组塔受力分析

项目总工培训教材汇编
（组塔部分）
2007年8月10日
前言
公司培训中心于2007年7月23日—25日举办了全公司项目总工程师技术培训班，重点对组塔施工技术进行了培训。

参加培训的全体学员都很认真学习和听讲，但因课时安排有限，不能太详尽讲解，另外，尚有部分学员未能参加学习，为使学员所能够在培训班结束后，业余时间进一步学习和提高，现将培训班讲课内容加以整理和完善，并将培训前摸底测试题和结业测试题答案汇编到本教材内，供大家参考。

笔者
2007.8.5
第1节：铁塔施工发展概况
1、一般铁塔施工：
解放初期采用小抱杆（本质）施工（35～110kV）。

60～70年代：60kV～220kV,小抱杆、内外拉线、分解组塔。

80～现在：220～500kV,内外拉线（单吊或双吊）分解组塔；整立铁塔（抱杆或吊车）；倒装（包括混合倒装）；全液压顶升工艺；直升机分段吊装（内外导轨）。

2、大跨越铁塔施工：
70年代：绝大部分采用内悬浮内（外）拉线摇臂抱杆。

例如：武汉阳罗长江大跨越铁塔、南京燕子矶长江大跨越塔等。

76年我公司采用钢绳滑轮组系统倒装组塔（前榆线松花江大跨越）。

80年代：我公司施工“长江吉阳大跨越塔头全液压吊装”。

90年代至今：采用落地冲天摇臂抱杆组大跨越塔，以及采用建筑用“塔吊”内、外置吊装大跨越铁塔。

例如：山西送变电采用附着QT80A-250塔吊，施工235m高塔等。

第2节：内（外）拉线组塔施工设计程序
为清晰明了起见，用框图描述其设计过程和方法。

（见图2-1）内（外）拉线组塔施工设计程序
图2-1
本节讲述的是采用厂家现成产品抱杆的设计程序，如果是自行设计抱杆时，除按上述程序外，还要使用本节中的抱杆受力数据（还要考虑抱杆的偏心受力），来设计抱杆的参数。

第3节：组塔施工设计中要考虑的有关问题
1、如果组塔抱杆是采用市售的现成产品，那么，我们应该向厂家索要抱杆的特性参数，即抱杆材质、结构的几何尺寸（主、斜材规格、断面尺寸、各段长度和总长）、重量、允许轴向压力、允许偏心距等，以及试验报告。

2、设计布置抱杆倾角时，不要受“5°”倾角限制，而应以满足铁塔构件就位方便为准。

也就是说尽量减小控制大绳的张力。

以减少整个起吊系统的受力，但要注意不要使下拉线两侧受力过于不均衡（保证其安全系数）。

3、设计吊装平口以上上下曲臂和横担时，抱杆提升高度及上、下拉线绑扎点位置，构件固定绳绑扎点位置一定要画示意图标识清楚，并适当做以文字说明。

4、对不规则形状的铁塔构件的固定绳绑扎位置，应事先在室内计算出理论重心，初步确定其较合适的绑扎位置现场组塔试点时再做微调。

5、导线横担吊装，原则上尽量整体吊装为宜，如果抱杆承载能力满足不了要求，再行考虑分片吊装。

为确保片吊的安全和质量，横担一定要做好补强。

另外，抱杆不超载的情况下，尽量将地线支架一起带上，以减少单独吊装地线支架带来的麻烦。

（对750kV以上的铁塔尤其如此。

）
第4节：内（外）拉线组塔受力系统分析
本节重点讲解一下内拉线组塔的受力分析，外拉线组塔因外拉线对抱杆压力小于内拉线组塔，系统各部受力都较小，这里就不做讨论了。

下面介绍内拉线组塔系统受力计算原理。

1、按静力学原理，受力情况可通过三个关键结点受力分析来解决：
A 、总牵引绳、起吊构件、控制大绳组成的受力三角形。

B 、上拉线、抱杆、牵引绳（起吊绳和磨绳）组成的受力三角形。

C 、下拉线（承托绳）与抱杆组成的受力平衡三角形。

下面对上述A 、B 、C 三受力三角形中各部受力做以分析。

A:起吊钢绳、控制绳受力分析
0 — 起吊绳受力；
— 控制绳受力；
β— 起吊钢绳与垂直方向夹角； λ— 控制大绳与地面夹角； — 起吊构件重量；
根据节点力的平衡原理，列出以下方程组： ∑X=0时，T 0sin β=Fcos λ…………………………① ∑Y=0时，T 0cos β=G+Fsin λ………………………②
G
x
图4—1控制绳受力分析图
①②式联立，求解，则F=G
)
cos(sin βλβ
+………………③
分析公式③，假设起吊钢绳与铅垂方向夹角不变，构件重量G 不变，那么从公式③中可以看出，当入角增加时，控制绳张力F 亦随之增加，反之则减少。

这就是我们设计控制大绳角度不大于45°的道理。

另外，利用图解法亦可证明这一原理。

（见图4-2）
同时从图4-2也可以看出，随控制绳对地夹角增大，起吊绳受力也相应增大。

所以在组塔施工中，为了避免起吊绳受力过大，我们应尽量减小控制大绳对地夹角，也就是说控制绳地锚尽量控得离塔远些为宜。

另外，吊重越大，T 0亦越大。

B ：上拉线、抱杆牵引绳受力分析 根据节点力平衡原理，由图4-3可知：
图4—2 图解控制绳受力
轴
45° °
控制绳对地
夹角变化
∑X=0时，N 0sin α+T 0sin β=P h cos γ………………① ∑Y=0时，T 0cos β+P h sin γ=N 0cos α………………② ①、②式联立，解得： P h = T 0
)
cos()
sin(αγβα++………………………………………③
另①、②式联立，还可得： N 0= T 0
)
cos()
cos(γαβγ+-………………………………………④
下面依据③、④式对起吊系统进行受力情况分析：
由公式③：我们可以看出上拉线受力P h 的大小除与起吊绳受力成正比外，还与α、β、γ角度有关。

假设γ和α角不变，那么，上拉
图4—3
线受力除随T 0的增加而增加外，还随β角的增大而增大，反之则减小。

由此可以看出，我们在构件起吊设计中，应尽量减小起吊绳对铅垂方向（Y 轴）的夹角“β”。

也就是说应尽量使控制大绳受力小些。

当β角不变，变更α和γ角时，对P h 受力变化不明显，因为α和γ角变化方向正相反所致。

由公式④：抱杆轴向压力
N 0除也随
T 0增加而增加外，还与β角
的增加而减小，随α和γ角变化不明显。

从上面受力分析，也得出同样结论，若想改善上拉线和抱杆的受力条件，应尽一切办法，使起吊绳对铅垂方向的夹角β尽量减小及起吊绳受力尽量降低为宜。

C ：下拉线（承托绳）与抱杆系统的受力分析：
抱杆所受的轴向力及抱杆自重，经由抱杆根部传递给承托系统，承托绳所受张力在四根绳间分配（指四绳彼此独立的情况下，如通过滑轮两绳方式时其受力为彼此相等的两根）。

由于起吊构件时，抱杆产生一定倾角，而且倾斜方向随起吊构件位置及腰滑车位置变化而变化，这就使其计算变得很复杂。

为简化计算，假设抱杆倾斜方向基本上是在垂直线路方向线的立面内，且抱杆根部位置与塔身轴线上。

承托绳和抱杆的受力状态见（图4—4）。

（A ）
（B ）
-δ
（C ）
图4—4
由（图4—4）中（C ）根据正弦定理可列出：
)
sin(1
δφ+S
=
)
sin(2
δφ-S
=φ
2sin 0G N +
由上式可推得： S 1=φ
δφ2sin )
sin()(0
++G N …………………………① S 2=
φ
δφ2sin )
sin()(0
-+G N …………………………②
式中：S 1 — 抱杆的起吊构件侧承托绳的合力； S 2 — 抱杆的起吊构件对侧承托绳的合力； G 0 — 抱杆自重；
φ— 承托绳合力线与铅垂线间夹角； δ— 抱杆轴线与铅垂线夹角
从①、②式，我们可以得出如下结论：
1、承托绳系统受力大小与抱杆所受轴向压力和抱杆自重成正比。

2、铁塔轴向两侧承托绳受力与抱杆倾角方向有关，铁塔构件起吊侧（即抱杆倾斜侧）承托绳受力大于对侧。

当δ=φ时（假设的极限情况），则①、②式将变为： S 1=φ
φφ2sin )
sin()(0
++G N =N+G 0； S 2=
φ
φφ2sin )
sin()(0
-+G N =0
由上二式可以看出，当抱杆倾角为φ时，整个抱杆轴向压力和自重力都作用到S 1上，而S 2受力为零（不受力），这一点也说明了在组塔施工设计中，为什么要控制抱杆的倾角的原因之一。

第5节：组塔抱杆的技术参数选择及其试验
1、技术参数选择
目前，随着输变电行业的飞速发展，组塔抱杆已由施工单位自行设计加工转向专业生产，可根据需要采购现成的产品，很是方便。

为了选购适合各工程的组塔抱杆，我们必然先针对工程进行组塔施工设计，预先确定所需抱杆设备的强度要求。

那么，对选择合用的抱杆，究竟要考虑那些因素呢？下面就简要介绍一下如何选购抱杆？抱杆是组塔工序中一套重要的起重设备，所以在选择时要很慎重。

抱杆很重要的两项技术指标，一是抱杆允许的轴向压力，二是其抱杆断面尺寸和高度。

其它一些参数，例如：材质、主斜材规格、分段长度、连接方式等次之。

因为抱杆在铁塔构件起吊过程中始终处于轴向受压状态，有时可能会出现偏心受压状态。

所以厂家应提供各种规格抱杆的允许轴向压力（已考虑了安全系数），及允许的偏心矩等特性参数。

另外，其高度可以根据我们的组塔需要，还要考虑不仅能适用一个工程，以达到其充分利用的目的。

抱杆分段长度在满足运输、拆装方便的条件下，尽量减少接头为原则，以提高抱杆的整体强度。

材质方面，500kV及以下一般采用铝合金抱杆较多；750kV以上普遍采用钢结构形式，主要考虑抱杆受力较大，断面又大，以保证结构在搬运、装拆过程中不易变形，甚至损坏。

综上所述，选购抱杆要考虑的因素归纳如下：
①材质；
②允许的轴向压力及偏心；
③总高度、分段长度；
④断面尺寸；
⑤主斜材规格。

2、抱杆的强度试验
抱杆设计完成，加工完毕，为保证工程中使用的安全，出厂前必须做强度试验，合格后方能销售。

对于我们用户来讲，采购进货使用前，亦要做强度检验，合格后方能发放现场使用。

厂家产品出厂前，应对以下几方面进行检查和试验：
①外观检查：
抱杆组装后，用视觉观察结构主、斜材等部位焊缝是否符合要求。

接头处连接螺栓与接头法兰或接头背铁等是否连接紧密可靠。

另外用线绳或钢尺测量整体是否对称，有否挠度或硬弯。

第一次测量完后，将其翻转90°，再测量一次，确认是否有挠度或硬弯，记录之。

②强度试验：
比较规范的试验方法是应将抱杆立起来，模拟组塔施工的方式进行加荷试验，这样所得试验结果才能反映出实际的强度质量情况。

一般要求做120%的负荷试验，先加荷至100%，进行外观质量检查（最好用经纬仪测量抱杆正侧面的变形情况及外观检查，同时对主、辅材进行应变测量），当100%负荷强度无问题时，再继续加荷至120%，再重复上述测量检查，并做好记录。

最后得出试验结论，写出试验报告，该试验报告应提供给用户一份。

为简单易做起见，施工单位可以将抱
杆平放于平坦的地面试验，当第一次加荷做完后，应将抱杆再翻转90°，再重复加荷一次，检查是否一致，并写出试验报告。

第6节：如何编制好组塔作业指导书
编制作业指导书目的和宗旨即是通过编制一个指导具体施工操作的一种技术文件，使施工队长、队技术员、安全质量管理人员，乃至施工作业人员，通过阅读本文件即可了解和掌握组塔施工的全过程的工艺方法，应注意的安全质量等有关问题。

能够按有关规范标准要求完成组塔施工。

依照上述宗旨，我们在编制施工作业指导书时，更要侧重阐述具体施工工艺方法、程序，施工中特别应该注意的安全、质量问题。

关键步骤、操作应详细说明和强调，能用示意图标识的尽量用示意图，并应标明详尽尺寸，其它保证安全、质量措施、文明施工计算书等尽量入另册出版。

为使作业指导书编制能够更加规范、标准和统一，建议施工作业指导书编制内容主要包括：
①编制依据；
②各型铁塔设计结构概况(绘制单线图)：标明结构尺寸、分段重量、线路塔位地形条件等；
③有关施工质量及技术规定；
④组塔前的施工准备工作；
⑤内、外拉线组塔施工平面布置、吊装程序及方法。

⑥吊装难度较大塔段（直线塔上下曲臂、横担、地线支架等）的固定绳绑扎位置，固定绳套高、抱杆提升高度；上、下拉线绑扎位置，尤其要详细说明和标识；
⑦建议做出分解组塔起吊系统受力参数表（各型铁塔分段吊装重量、每吊抱杆升高高度；上、下拉线绑扎位置；起吊绳、抱杆、上下拉线等设备受力值），供施工人员参考，使其能够做到心中有数；
⑧组塔工器具表；
⑨保证安全、质量措施（也可单独出版）。

上面列出的内容，其中③～⑥项在编写时，应尽量详尽和具体，按施工程序清晰明了地阐述。

附录
本次总工技术培训班，公司领导非常重视，学员听课也很认真，遗憾的是学习时间较紧，要讲的内容很多，无法作到详尽细致。

同时，讲课的内容也难于在这么短暂的时间内消化吸收。

为弥补这一缺憾，笔者将本次培训班讲述的内容加以整理和补充，并将开班前摸底测试和结业测验试题答案汇集在一起打印成册，供大家业余时间阅读参考。

铁塔施工技术培训班测验试题
姓名：得分：
一、概念题：
1、目前我国在输电线路铁塔施工中，都采用过哪几种方法施工？答：A：小抱杆；
B：内外拉线（双吊或单吊）分解组塔；
C：整立铁塔（抱杆或吊车）；
D：倒装（包括混合倒装、钢绳滑轮组、全液压）；
E：直升机分段吊装（内、外导轨）；
F：内悬浮、冲天抱杆、建筑用塔吊组大跨越铁塔。

2、内外拉线抱杆组塔各有何优越性？
答：内拉线组塔不受地形条件限制，地面平面布置简单，适用于地形条件恶劣的塔位环境施工。

对青苗和环境破坏较小；外拉线组塔抱杆等各部受力系统与内拉线相比受力较小，减少部分高空作业。

3、选购组塔抱杆时，我们要咨询生产厂家关于抱杆产品的哪些特性和参数？
答：A：抱杆材质；
B：总长度和分段长度；
C：断面尺寸，主斜材规格；
D：允许轴向压力（考虑了安全系数）；
E：出厂前是否已做试验，索取其试验报告。

4、组塔施工作业指导书中应该着重编写哪些内容？
答：A：编制依据；
B：各型铁塔设计结构概况（绘制单线图），标明结构尺寸，分段重量线路塔位地形条件等；
C：有关施工质量及技术规定；
D：组塔前的施工准备工作；
E：内、外拉线组塔施工平面布置、吊装程序及方法；
F：吊装难度大塔段（直线塔上下曲臂、横担、地线支架耐张塔大断面塔身及横担等）的固定绳绑扎位置，固定绳套高（横担部分），上下拉线绑扎位置，尤其要详细说明和标识；
G：建议做出分解组塔起吊系统受力参数表（包括：各型铁塔分段吊装重量，每吊抱杆升高高度、上下拉线绑扎位置；起吊绳、抱杆、上下拉线、地锚等设备受力值）；
H：组塔工器具表；
I：保证安全、质量措施（也可单独出版）。

5、简述内拉线抱杆组塔施工设计程序。

答：A：收集技术资料：塔图、设计说明、铁塔设计变更及代料情况。

塔位地形条件，抱杆参数等。

B：方案选择及受力分析：依据起吊所有塔型中，受力系统受力最大，受力条件最不利的情况，计算出各部受力，依此确定方案。

C：工器具选择：依据确定方案，根据各部最大受力，考虑动荷、不平衡等安全系数后，选出设备规格、数量。

D：列出工器具表。

二、判断题：
1、下列三种简单受力系统，试判断哪种情况钢绳受力最大？哪种最小？请列出由大到小的字母顺序。

答：（C ）、（A ）、（B ）
2.指出下面三种起吊方式，哪种抱杆及上下拉线受力最大？ 说明：三构件重量相同，控制绳角度相同。

答：由大到小的顺序是：（A ）>（B ）>（C ）
°
°
°
（A ） （B ） （C ）
10KN
(A) 10KN (B) 10KN (C)
3.判断下拉线系统受力情况：
请检查下图的判断是否正确，正确者画“√”错误者画“×”。

判断结果： 判断结果： 判断结果：
左右下拉线受力相等。

左侧大，右侧小。

左侧小，右侧大。

（√） （√） （×）
4. 判断总牵引绳（起吊绳）受力状态，请按受力从小到大排列。

答：（C ）、（A ）、（B ）
（A ） （B ） （C ）
培训试题
姓名：单位：项目部得分：
一、判断题
1、起吊500kVZB型塔同一曲臂，用21～23米抱杆，抱杆向吊件侧预倾（A）5°、（B）8°，哪种角度各部受力大。

答：（B）8°各部受力大。

2、如图示的组塔布置有无缺陷？
答：有；图中磨绳无腰滑车，结果会造成磨绳可能磨上下拉线或抱杆。

另外，对上拉线受力不利。

3、在绞磨3t牵引力作用下，A、B两方案中那种地滑车套子Φ15钢绳受力大？
答：A 方案受力大。

4、B 拉线受力情况下，A 拉线不受力（√ ）
你认为说得对，在（ ）内画√；说得不对在（ ）内画×。

5、组塔因地形等因素影响，控制绳对地夹角大于45°，为了安全起见，由原二根再增加二根，这项措施是否全面？
答：不够全面，因为当控制大绳角度大于45°时（正常设计为不超过45°）
，起吊绳已超过设计最大值，由此引起起吊系统受力都将增
磨 A 方案
B 方案
磨
钢绳
大，所以，上述措施不够全面。

二、概念题
1、内拉线抱杆组塔和外拉线抱杆组塔各有何优越性？
答：内拉线组塔不受地形条件限制，地面平面布置简单，适用于地形条件恶劣的塔位环境施工。

对青苗和环境破坏较小；外拉线组塔抱杆等各部受力系统与内拉线相比受力较小，减少部分高空作业。

2、怎样选择分解组塔用的内拉线抱杆？抱杆承力大小的唯一标志参数是什么？
答：对各型铁塔进行分解组塔施工的结构和受力分析，最后根据选择的最佳吊装方案的抱杆所须高度，及轴向压力等去选购抱杆。

抱杆承力大小的唯一标志是允许轴向压力。

3、组塔起吊过程中，腰滑车起何作用，绑扎在什么位置最合适？答：腰滑车起到向作用，挂在适当位置可避免磨绳与抱杆上下拉线及塔构相碰。

其最重要的作用是使上拉线受力减轻。

最理想的绑扎位置是起吊绳的反方向上拉线绑扎点高处。

为方便习惯上绑挂在主材上拉线固定点处。

4、组塔施工作业指导书应编写哪些内容？
答：A：编制依据；
B：各型铁塔设计结构概况（绘制单线图），标明结构尺寸，分段重量线路塔位地形条件等；
C：有关施工质量及技术规定；
D：组塔前的施工准备工作；
E ：内、外拉线组塔施工平面布置、吊装程序及方法；
F ：吊装难度大塔段（直线塔上下曲臂、横担、地线支架耐张塔大断面塔身及横担等）的固定绳绑扎位置，固定绳套高（横担部分），上下拉线绑扎位置，尤其要详细说明和标识；
G ：建议做出分解组塔起吊系统受力参数表（包括：各型铁塔分段吊装重量，每吊抱杆升高高度、上下拉线绑扎位置；起吊绳、抱杆、上下拉线、地锚等设备受力值）；
H ：组塔工器具表；
I ：保证安全、质量措施（也可单独出版）。

5、如图示，施工中垂直起吊净重3t 的构件，1#、2#、3#起重滑车都应选何规格的？（有30KN 、50KN 、80KN 起重滑车供选用）。

答：1#：50KN ；2#、3#：50KN 。

3m
4m 3m
4m。