《线路杆塔结构设计》课件

线路杆塔结构设计本课程介绍输电线路杆塔结构设计的基本理论和实践应用探讨各类杆塔结构、荷载分析和设计标准结合工程实例，展示现代杆塔设计技术和发展趋势杆塔在电力系统中的作用输电线路支撑维持导线安全高度结构安全保障承受各种外力作用电网稳定运行确保电能安全传输结构设计的主要内容需求分析线路等级与环境条件荷载计算风冰荷载组合分析结构建模有限元分析与优化图纸输出施工与制造依据常用术语与定义杆塔类型结构部位技术参数直线塔主材额定电压•••转角塔横担档距•••终端塔斜材耐张度•••分支塔接地装置挠度•••设计依据规范及标准国家标准钢结构设计规范GB50017行业标准架空输电线路杆塔结构设计技术规定DL/T5154国际标准架空输电线路设计准则IEC60826企业标准电网公司技术标准与规范杆塔设计的历史与发展趋势早期木材结构1年代初1900钢格构结构2年代1930-1980钢管塔3年代1980-2000智能化设计4年至今2000杆塔基本分类按电压等级按结构形式低压杆塔格构式••高压杆塔杆式••按材料分类按功能分类超高压杆塔门型••钢塔特高压杆塔干字型直线塔••••混凝土塔转角塔••木杆终端塔••复合材料塔耐张塔••框架结构塔主要特点应用场景四角支撑结构高压与超高压线路••杆件交叉布置大跨越工程••空间桁架体系大转角位置••受力明确复杂地形••门型塔与干字塔门型塔干字塔工程应用两柱支撑，上部横梁干字形排列，横向延伸常用于变电站出线占地面积大，稳定性好适合多回路线路适合平原与开阔地形柱式塔与桁架塔柱式塔占地优势单根立柱支撑基础面积小，适合城市桁架塔成本对比空间网格结构，承载力强桁架工程量大，成本高钢筋混凝土杆塔耐久性优势年以上使用寿命50维护简便无需定期防腐处理施工工艺预制与现浇技术应用范围中低压线路，城镇配电钢管杆结构材料特性圆管截面，抗扭性能好制造工艺工厂化生产，品质稳定安装优势组装便捷，施工周期短木杆、复合材料杆塔木杆特点复合材料杆塔优势低成本重量轻••易获取抗腐蚀性强••施工简便绝缘性好••使用寿命短维护成本低••新型复合材料杆塔安装现场杆塔构件详解基础混凝土基础，传递荷载至地基主柱主要受力构件，承受压力和弯矩横担支撑绝缘子和导线斜撑与连接件增强整体稳定性，传递内力荷载分类与设计原则恒载风荷载结构自重与固定设备重量风对结构与导线作用力断线荷载冰荷载导线断裂引起的不平衡拉力导线覆冰增加重量与风压面积恒载与自重构件典型单位重量计算方法kg/m角钢截面积×长度×密度

2.5-

15.0钢管×长度×密度

15.0-

200.0πD²-d²/4混凝土体积×密度2400kg/m³附属设备制造商提供参数-导线荷载垂直荷载导线自重覆冰重量+随档距与弧垂变化水平荷载张力分量风压+温度变化影响显著跳跃荷载覆冰脱落引起振动需考虑动力放大效应风荷载35m/s

2.5基本风速风压高度系数年一遇标准值随高度增加而增大

501.0-

2.2风压形状系数与构件截面形状相关冰荷载覆冰分类覆冰厚度融冰轻冰区••:5-10mm粒状冰中冰区••:10-20mm雨凇重冰区••:20-30mm混合冰特重冰区••:30mm导线覆冰效应显著增加垂直荷载地震荷载及特殊荷载地震荷载1按地震烈度确定，考虑场地类别施工荷载2安装过程中的临时荷载，按考虑4kN安全附加荷载3特殊地区增加安全系数10-20%不平衡张力4断线时产生，按最大张力计算70%荷载组合及工况正常运行工况极限工况自重导线张力大风工况•+•自重导线张力风荷载覆冰工况•++•自重导线张力覆冰覆冰风荷载•++•+断线工况•施工安装工况吊装工况•临时固定工况•人员荷载工况•荷载取值与调整策略基于区域气象数据参考历史极值记录重要性系数调整关键线路提高15-25%地形因素修正山区、峡谷风速增大力学分析方法简介静力分析动力分析稳定性分析确定构件内力、应力和研究振动响应和疲劳效计算临界荷载和屈曲模位移应态有限元法数值模拟复杂受力状态图解杆塔受力状态典型杆塔各部位受力状态分析图示杆塔稳定性分析整体稳定性局部稳定性抗倾覆稳定压杆屈曲••抗滑移稳定扭转失稳••地基承载力侧向失稳••整体变形控制节点稳定••杆塔整体稳定性有限元分析模型节点连接力学计算螺栓连接焊接连接抗剪承载力与抗拉承载力验算焊缝长度与厚度设计连接板计算销轴连接厚度确定与开孔减弱验算销钉直径与承压面积计算结构有限元建模模型简化杆系结构，考虑偏心与刚度常用软件、、、TOWER PLS-TOWER ANSYSABAQUS网格划分关键节点细化，确保计算精度边界条件基础约束，荷载施加方式典型承载力验算拉杆验算压杆验算×××N≤A fN≤φA f轴向拉力稳定系数N-φ-截面面积与长细比相关A-λ材料强度设计值有效长度回转半径f-λ=l/i/构件承载力验算流程图地基基础互动分析地基勘察土质参数获取承载力确定基础设计选择基础形式尺寸初步确定互动分析地基弹性变形影响整体稳定性评估杆塔常用材料介绍钢材、、、Q235Q345Q420Q460混凝土、、强度等级C30C40C50铝合金用于特殊工况，重量轻复合材料玻璃钢、碳纤维增强材料杆塔用钢主要性能钢材牌号屈服强度抗拉强度适用范围MPa MPa一般构件Q235B235370-500主要受力件Q345B345470-630重要塔型Q420C420520-680特高压工程Q460D460550-720连接件类型与要求高强度螺栓焊接连接销轴连接等级、角焊缝、对接焊允许转动

8.

810.9抗剪切和抗拉伸工厂预制优先用于特殊节点防腐与耐久设计表面处理喷砂除锈达到级1Sa

2.5热镀锌锌层厚度≥85μm涂装系统底漆中间漆面漆++质量控制附着力、厚度检测构件局部强化加劲肋加厚连接板增加局部刚度提高连接强度••防止局部屈曲分散集中应力••应力集中区域应用延长疲劳寿命••杆塔节点局部加劲措施主要材料检测与验收化学成分力学性能无损检测光谱分析，检验合金成拉伸、弯曲、冲击试验超声波、磁粉、射线探分伤几何尺寸精度、平直度、垂直度测量节点与构造细部设计各类节点详图展示连接方式与受力传递路径杆塔制造工艺流程图纸放样下料尺寸确定下料加工剪切、冲孔、钻孔焊接组装焊接工艺控制表面处理除锈、防腐处理架设运输与吊装工艺运输方案吊装设备施工工艺分段运输汽车吊整体吊装•••特种车辆要求履带吊分段吊装•••运输限高限宽人字抱杆逐层攀登法•••现场组装与焊接90%≤1mm工厂预制率装配误差减少现场作业量确保结构整体性100%关键焊缝检验确保受力可靠防腐与装配验收防腐层检查螺栓紧固12厚度测量、附着力试验扭矩检查、锁紧装置垂直度测量尺寸复核34塔身垂直度关键尺寸与设计值比对≤H/1000杆塔基础施工方案独立基础岩石锚杆基础桩基础常用于一般地质适用于岩石地区软土、水域应用包括扩展基础和桩基础节省混凝土用量提高承载能力施工安全与环境保护安全培训安全设备高空作业专项培训防坠落系统配置废弃物处理环境保护建筑垃圾分类处置植被保护与恢复检测与后期维护定期检查内容检测周期结构变形一般检查年次••:1/连接松动详细检查年次••:3-5/防腐层损坏特殊检查灾害后••:基础沉降•无人机检测技术提高效率与安全性常见杆塔结构病害案例腐蚀损伤防腐层失效导致截面减弱变形与失稳超设计荷载造成永久变形构件开裂疲劳损伤或焊缝缺陷基础沉降地基承载力不足引起倾斜国家重点工程杆塔设计实例新型杆塔结构与技术预应力杆塔采用预应力技术提高承载力减轻结构自重25-30%组合结构杆塔混合材料优化应用适应特殊环境要求智能监测技术传感器实时监测结构状态预警与健康评估与信息化应用BIM三维参数化建模一体化分析数字孪生完整数字模型模型与计算融合运维管理平台快速调整与优化多专业协同全生命周期管理行业未来发展趋势智能化设计人工智能辅助优化新材料应用高性能复合材料推广模块化结构3标准化与工业化生产低碳环保碳足迹评估与减排设计结构设计常见问题解析设计易错点防控措施荷载组合不全面多方案对比分析••稳定系数选取不当专家评审把关••节点设计简化过度典型工程经验总结••地区差异考虑不足设计软件验证••设计方案专家评审会现场课程总结与答疑荷载分析设计方法风、冰、地震等荷载计算方法静力学、动力学分析技术结构类型材料与工艺各类型杆塔特点与适用条件材料选择与制造安装技术。