输电杆塔及基础设计课程设计

三峡大学电气与新能源学院
杆塔课程设计说明书
学期: 秋季
专业：输电线路工程
课程名称：输电杆塔及基础设计
班级学号：2009148210
姓名：
指导老师：文老师
2012 年12 月
目录
一﹑杆塔外形的尺寸1﹑杆塔高度及弧垂………………………………1—3
2﹑导线比载…………………………………………4-6
3﹑档距计算 (6)
4﹑间隙及带电作业的校验…………………………7—8
5﹑地线支架的高度…………………………………9--11
二﹑部分
1﹑避雷线的比载计算 (11)
2﹑运行情况……………………………………………12—13
三﹑配筋计算
1﹑配给计算 (14)
四﹑强度校验
1﹑计算条件 (14)
2﹑荷载列表 (15)
3﹑裂缝计算…………………………………16—17
4﹑单吊点起吊计算 (17)
5﹑断线情况内力计算 (18)
五﹑基础设计
1﹑抗压承载力计算及验算 (19)
2﹑地盘强度计算 (20)
六﹑总结
1﹑课程设计小结 (21)
设计参数表格 ：
第一部分 确定杆塔的尺寸外形
（1）杆塔的呼称高度
（参考书－）公式（3－1）h h f H x ∆+++=m ax λ
① 施工裕度h ∆的确定，根据设计任务书提供的水平档距
m L h 265=，查表（3－7）为了更加安全取h ∆＝0.7m
② x h 为导线到地面及被跨越物的安全距离，假定此杆塔安装处取非居民区，根据（参考书－）x h ＝6.0m ③ λ绝缘子串的长度：（参考书目五）
（图一）
（表一）
覆冰时导线的自重：G=n N AL v 64.318875.2773701035.47133=⨯⨯⨯⨯=-γ（）。

的取值来自后面的计算和A 3γ
绝缘子串，金具的重量：()N G j 4.4218.99.1297.42=⨯+= 绝缘子的最大使用载荷：N k T T R 2.222227
.260000
][===
，K 取2.7 由以上结果可以看出，绝缘子的强度时肯定足够的 ④ 杆塔的最大弧垂max f
⒈可能成为控制气象条件的最低温，最大风，覆冰有风和年均温，（参考书二）整理该典型气象四区的相关参数如下表二
2 根据任务书提供导线LGJ-150/20的参数，（参考书二）整理后列下表三
（2） 计算导线的比载 A 导线的自重比载： )/(1075.32105
.16480665
,94.54910)0,0(333
1m MPa A
qg ---⨯=⨯⨯=
⨯=γ
B 冰重比载：
)/(1026.18105
.164)
507.16(5728.27)0,5(332m MPa --⨯=⨯+⨯
=γ
C 垂直总比载
m M P a
/1001.5110)26.1875.32()0,5(333--⨯=⨯+=γ
D 无冰风压比载,假设风向垂直于线路方向，
0.1110;190sin ,90==︒==c Kv βθθ线路可以得出下式：
)/(10625.0),0(32
4m MPa A
v d v sc f -⨯=μαγ
1） 外过电压，安装有风：v=10m/s, f α=1.0,sc μ=1.2
m Mpa /1083.12105
.1641007.162.10.1625.0)10,0(332
4--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=γ
2） 内过电压 v=25m/s, f α=0.85,sc μ=1.2
m
Mpa /1098.28105
.1642567.162.175.0625.0)15,0(332
4--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=γ
3) 最大风速 v=25m/s,设计强度时，f α=0.61,sc μ=1.2
m
M p a /1098.28105
.1642567.162.161.0625.0)25,0(332
4--⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=γ
4）最大风速 v=30m/s,计算风偏时，f α=0.61,sc μ=1.2
m
Mpa /1098.281045
.1662567.162.161.0625.0)25,0(332
4--⨯=⨯⨯
⨯⨯⨯=γ
E 覆冰风压比载计算： v=10m/s,计算强度和强度时，
f α=1.0,sc μ=1.2
m M p a /1016.12105
.16410)5267.16(2.10.1625.0)10,5(332
5--⨯=⨯⨯
⨯+⨯⨯⨯=γ F 无冰综合比载
1) 外过电压，安装有风：
m Mpa /1062.33)10,0(36-⨯=γ
2) 内过电压 ：m Mpa /1017.35)15,0(36-⨯=γ
3) 最大风速,设计强度时：m Mpa /1099.5)25,0(36-⨯=γ
4）最大风速 v=30m/s,计算风偏时， m Mpa /1037.43)25,0(36-⨯=γ
G 覆冰综合比载
m Mpa /1044.52)10,5(36-⨯=γ
将计算的结果汇成下表四（单位：m Mpa /103-⨯）
3 计算比值0/σγ，将计算的结果列入下表五：（单位1/m ）
4 计算临界档距，利用列表法（表六）
由此得出年均温为控制气象条件
5 由任务书给出最大弧垂发生在最高温气象条件下，需要求出此状态的应力
已知条件：
m MPa /1075.3231=⨯=γ，Mpa 32.670=σ，t=10°C ,无高差，档距为
L=265m
m MPa /1075.3232=⨯=γ，t=40°C
通过状态方程求解：参考书目二解法： 系数A ＝26.155 系数B ＝229100
通过迭代法得出：Mpa 5.531=σ 参考书目三：m l f
365.559
.538265
75.3282m ax
=⨯⨯==
σγ 所以得出杆塔的呼称高度：h h f H x ∆+++=m ax λ＝1.289+5.365+6+0.7=13.354m
（3）单回路两相导线水平列表间距的确定 根据参考书目一公式3－3
m f U
D m 89.2365.565.01289.14.065.0110
4.0m ax =⨯
++⨯=++
=λ
（4） 间隙圆校验.
1) 规程给出的最小空气间隙为 .0.1,7.0,25.0m R m R m R ===雷操正 2) 三种气象情况下绝缘子串风偏角 ①基本风压
()(
)(
)
222222/16
1160010/649160015/6425160025m KN m KN m KN ======雷
操
正
θθθωωω ②绝缘子串所受风压
()()()()N
P N
P N P m A n n A n n P j j j j j
z J 9.1303.016
1
93.01714.3103.0649
93.01712.8703.01625
93.017103.0, 0.93 风压变化系数，得出4－2查参考书目一表, 12m 绝缘子串的位置高度为,7,112z 21021=⨯⨯⨯+⨯==⨯⨯⨯+⨯==⨯⨯⨯+⨯=====+=雷
操正μωμ
③导线风荷载计算
N
P N P N P d d d 3.3312655.1641060.729.5592655.1641038.1231.12632655.1641098.29333=⨯⨯⨯==⨯⨯⨯==⨯⨯⨯=---雷操正
④导线自重比载计算
N G D 2.20473805.1641075.323=⨯⨯⨯-＝正
⑤绝缘子串风偏角，即⎪
⎪⎭
⎫
⎝⎛++=-2/2/tan 1
j d j d G G P P ϕ计算，即 '
1'
1131
82/4.4212.20472/9.137.364tan 30142/4.4212.20472/4.3129.599tan 06.302/4.4212.20472/2.1873.1263tan ︒=⎪⎭
⎫
⎝⎛++=︒=⎪⎭
⎫ ⎝⎛++=︒
=⎪⎭⎫
⎝⎛++=---雷操
正ϕϕϕ
根据γϕλ,,45.1R d 和=值，制作好间隙圆校验图，三种气象条件下间隙校验合格。

（5）带电作业校验。

带电作业气象条件刚好和外过电压气象条件相
同，绝缘字串风偏角雷雷ϕϕ=，人体活动范围0.5m,带电作业安全距离
m 0.1R =带。

校验结果：地电位作业风偏人员对导线作业时，作业人员
只能在杆塔顺线方向前后作业，不得在杆塔横线路方向作业。

否则带电作业安全距离不够。

（5）杆塔横担和地线水平距离的确定
杆塔塔头示意图――（图二）
（参考书目一）公式3－9
)sin (2b R D h ++=ϕλ
mm b R D h 4090)3.0'30sin 289.11.1(2)sin (2=+︒⨯+⨯=++=ϕλ
上图中mm D D h 46903002=⨯+= 2）横担长度：mm D D h 8180240902=⨯== （6）地线支架的高度
(1)防雷保护角，根据参考书目四，线路在避雷保护角取25°其中取a=300mm,c=1289mm,b=2045mm 根据示意图一：
mm h h
h a b Tan 3742,300
204525tan =-=-=
︒=可以求出α
(2)避雷保护角的验算： 参考书目六，公式8－2－4
防雷也是安全的
根据公式中央导线：安全的边导线防雷保护是足够边导线保护范围：
mm p
p D h h h h r x x 1335452.1592344690374213354422820456276)3742374213354(47.0)(47.00>=⨯-+=-
=-->=-+⨯=-=
(3)避雷线的相关参数，根据参考书目三和四，任务书的要求，选地线：
结构形式：1×7，截面积为37.15mm,公称直径7.8mm 公称抗拉强度为1470Mpa,A 级渡锌层的钢绞线。

标记为：1×7-7.8-1470-A-CB 12000-88
地线的相关的金具表格：
（图三）
（表七）
所以图二中地线支架的高度H1=h+d-c=3742+362-1289=2815mm
由参考书表一3-10.d取3.50m。

至此杆塔的结构尺寸基本确定
杆塔总高度H=13354+2815+3500+3000=22670mm
至此杆塔的结构尺寸基本确定
第二部分，杆塔的荷载计算
（1）避雷线的比载计算
已知参数钢绞线1×7-7.8-1470-A的弹性系数E=181400N/mm2,温度膨胀系数a=11.5×10-6(1/°C)，截面积为56.30mm,公称直径9.6mm，计算拉断力71.50KN,还要乘一个换算系数0.92，导线的比载已经在上一部分计算过了，不用重复，避雷线的计算方法和导线的计算方法是一样的。

下面图示四为自己所编的小计算程序，这里只给出了计算的结果：
（表八）
3 （图四）
（二） 运行情况一
气象条件：最大设计风速，无冰，未断线，其中，v=25m/s,t= —5,b=0 地线重量G B : G B=N G L A jB v B B 12999038015.371065.8531=+⨯⨯⨯=+-γ
地线风压P B ：N L A P P B B B 82426515.371066.833)30(4=⨯⨯⨯==-γ 导线重量G D :N G L A G JD V D D D 27865483805.1648.351=+⨯⨯=+=γ
导线风压P D :
N L A P P B B B 184********.371066.833)30(4=+⨯⨯⨯==-γ
气象条件：覆冰，相应风速，v=10m/s,b=－5mm,t=5° 地线重量G B ：
()N
P L A P N A n n P P P N G K L A G L A G G N P L A P P N
G K L A G L A G JD p D D D j z JD JD D JD V D D JD V D D D D JB p B B B B JB V B B JB V B B B 544142655.1641016.12146.1/93.01003.0)71(113230]548)1075.1(3805.1641026.18[)5483805.1641075.32(]
)1([)()
(35426515.371094.351993]90)1075.1(38015.371068.48[)9038075.371065.85(075
.1K ],)1([)(3520213321353321=+⨯⨯⨯=+==⨯⨯⨯+⨯=+==⨯-+⨯⨯⨯++⨯⨯⨯=-+++==⨯⨯⨯=+==⨯-+⨯⨯⨯++⨯⨯⨯=-+++=------γωμγγγγγ：绝缘子串的风压：
导线风压：导线重量用计算风荷载避雷线绝缘子无裙，不：地线风压＝覆冰系数（四）
断导线情况Ⅰ，Ⅱ，断一根导线的荷载组合情况为：无冰，无风
N
X T T N K T T N T L G J N G G N
G G G N G G M a x D P M a x P D D D D D B B 6528%3518652%%35186525
.246630
4663020/15019454822786
27861299=⨯=====
=-=+比：导线最大使用张力百分的最大使用张力为：断线张力：＝
：断导线相＝：未断导线相：
导线重量＝：地线重量
（5）断地线情况：断地线的荷载组合情况：无冰，无风，导线未断
N
X T T N
K T T N T N
G G G N
G G DMax D P DMax D B B B D D 3719%2018593%%20185937
.25020050200T A -1470-7.8-716492/2786P '
'=⨯======⨯=比：地线最大使用张力百分地线最大使用张力：的最小计算拉断力：断线地线张力＝：地线重量＝：导线的重量至此：杆塔
的外力荷载安要求计算得出
第三部分 配筋计算
1）初步选用配筋为14
18φ，C40混泥土
22/310,/5.21mm N f mm N f y cm ==二级钢筋
断面外半径：
2
222
2
1254950)150200(14.3)4
4
(,150,200mm d
D
A mm r mm r =-⨯=-===π混泥土的面积钢筋的面积：
m
N M A f A f A f a r A f r r A f M mm A g y cm g y g g y cm g ⋅=⨯+⨯⨯⨯++⨯⨯=<=⨯⨯+⨯⨯=+=++=--=⨯⨯=66.15097114
.3297
.0180sin )21502005.353231022150200549505.21(3.0297.05.35323102549505.215
.35323102sin )
22(,966,5.35321841414.31222ππα
按受弯构件计算：
根据参考书三公式
2）设计处的剪切力V ：
m N f tD V N
V T m T V t D Q D Q ⋅=⨯=<=⨯⨯==⨯⨯===26.18.17.07.05835.0400
502.114006
2.1140061333975.04.1,75.0,4.1,为断线张力＝其中ψγψγ
剪力由混泥土承受，环形截面的螺旋筋仅按配置构造。

第四部分 强度校核、校验
(一)计算条件（整理前面的结果）
1线路电压110kv
2导线型号LGJ-150/20,地线型号1×7-7.8-1470-A
3 设计水平档距265m,垂直档距380m
4 采用固定线夹和固定横担
5 主干采用离心法制造。

全长2267mm,按（11335mm+11335mm）分段,壁厚50mm,主杆采用电焊连接，混泥土采用C40,Ⅱ级钢筋.
6 杆塔的呼称高度13354m
(二)计算荷载列表
1 零力矩点位置的确定（计算模型图参考附图电杆外型图） 嵌固点的深度为3000/3=1000mm,mm h 5105410510004=+=
参考书目一，等径杆适合代带叉梁的门型杆，此处使用等径杆，取直径为400mm
mm h Z O cm W cm d cm D 5.25525.04293)3040(40
3214
.3,30,404244===-⨯=
==点，点的位置由于是等径杆，零力矩端面系数为：
2 正常情况主杆弯矩的计算 （1）杆身风压
m N q /8.934.06.06
.1252
=⨯⨯=
（2） 各段风压合力作用点高度：
mm
h mm h o o 5.8427168555.05.140728155.021=⨯==⨯=--
（3）各段弯矩计算
m
N M M m N M m
N M ⋅=⨯⨯⨯+⨯⨯==⋅=⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯=⋅=⨯+⨯⨯+⨯=54425)4275.8855.168.93265.11902(55.012933)3175.2635.413525.13.21283855.168242(55.030813.01299815.24075.18.93815.28244321可以看出M 2，M 3 的弯矩比较接近，叉梁的起作用了 由计算结果，可以看出主杆时足够安全
为负值，不会出现裂缝
最大风荷载时：计算裂缝宽度
）计算开裂弯矩
（采用光面配筋取螺距已知参数：
v r E A M M S m
KN M m KN W f M mm KN f r r mm r A r r W mm A A A E E v mm S mm N E mm N E mm r mm r mm r S
s s cr
S Max S d tk cr tk s d s E c c s E c s s ⋅-⋅
+=⋅=⋅=⨯⨯====⨯-=-==⨯⨯+=+==⨯-+=-+====
=======)200(369.19)3(2.27653178645.27.12/45.27.1200
1504.024
.026531786175
454950
)150200(4)
(731565.3532)115.6(54950)1(15.65
.322001
200,/5.32,/200,175,150,200)1(21232202
22
1202221δγγαα（4）单吊点起吊计算
横担悬挂处设起吊点。

起吊方法为每一根杆的横担重量为则取N m N q m KN R 4000,/1374)15.02.0(14.325,/25223=-⨯⨯==
图示门型杆为对称结构，半个横担重为2000N,计算单杆就行了，叉梁重量小忽略，C 点为支撑点。

1．求支座反力
N
Y N
F q F q M
c B B c
307142435200067.22137424350
32
1
855.16855.16200067.19210
22=-+⨯===⨯⨯-⨯-⨯+⨯⨯=∑ 2．计算各点的弯矩m
N M m
N M m
N M m
N M D c B A ⋅=⋅-=⨯⨯-=⋅-=⨯⨯-=⋅=06183313742
1
5444815.213742
1
022
对比设计强度，在起吊时是安全的。

(5) 断导线情况下内力计算
断边导线荷载系数取0.75,不带拉线电杆，考虑地线支持力
N T N T Min Max 4650,4750=∆=∆
由此得出杆根弯矩：
m N M ⋅=⨯⨯+⨯⨯-⨯⨯⨯=1
49
7
6
75.0)045.21941670.2046504.1855.1765284.11.1(4
横担处主弯矩：m N M ⋅-=⨯⨯-=10028815.275.047501 由计算结果，可以看出主杆时足够安全
第五部分 基础设计
此处采用下压基础，基础型号为DP12-2，适合主径为400mm 的杆，
计算参考图见附图，基础图，下面进行强度验算计算 1．
抗压承载力计算
地盘地面压力：244.112001200,0.1,m A A
G
N p G G =⨯==+=
γγ取N 为垂直下压力计算值，其中应该加上导线地线在覆冰情况下的重力：
N N 3414593.15.0200067.221374=⨯++⨯=
取3/17m KN s =γ（粗沙）（参考书一表11－2）
由于梯形体积计算复杂，土的重量计算采用简化计算的方法进行，
2
2122132
322221/76616344
.175529
34145755296.62916.692376.62918.96426.692370728.4170728.432.4344.13768.02.014.331296.0)44.109.0(906030m N P N G N G N G m v v v V m v m v m v mm h =+=
=+==⨯==⨯==-+==⨯==⨯⨯==⨯==+=基础重量为
2.
抗压承载力验算偏心矩计算
mm a a a a a a e 3.220420
1200)
4202400)(4201200(61)2)((61111=++-=++-=
由于e>0.033a,所以采用下式计算：
安全！
，粗沙－参考书一表＝中等风化参考书一附表其中75.0//7.40271.2174.4020017
,21.3,3)311(4.4,0.3)
,14(/200)
5.0()3(22a a d b ak s d b ak a f p m KN f m h m b m KN f h b f f <=⨯⨯++======-+-+=γηηγηγη
3．地盘强度计算：
参考书籍一，公式11－54
'22'26
00212111884514.3241.1411021021.0875.05545210
,21.3875.05545)42.02.12()42.02.1(24
26163)2()(24s s s s y y
s A A mm A mm A f m h f h M
A m N a a a a q M <=⨯⨯==⨯⨯⨯=
===⋅=+⨯-=+-=
其中地盘配筋面积公式：
地盘强度是足够的
参考书目
东北电力设计院，《电力工程高压送电线路设计手册》第二版 ．DL_T5092-1999(110-500KV 架空送电线路设计技术规程)
1．陈祥和，《输电杆塔及基础设计》
2．孟遂民，《架空输电线路设计》
5．懂吉锷，《电力金具手册》2001第二版，中国电力出版社 6，周泽存，《高电压技术》第二版，中国电力出版社
六﹑课程设计小结
在没有做课程设计之前只是单纯的零散的课本知识没有形成一定的体系，对各部分之间的联系也不是很了解。

这次课程设计的学习使我们对这门课有了更深入的了解。

同时上一周关于线路设计的课程设计刚好对应了这周的学习且为施工设计也做了一定的准备。

原来对
专业各方面的认识也渐渐由模糊变深刻了。

理论的学习应该结合实际的生活，我们现在学习的有些内容是不能代替实践经验的。

我们应该把课本上的知识和实际生活中的知识相结合，在平时有机会时多出去锻炼锻炼使理论升华。

去工作单位后当一个有心人，在这次学习中遇到了一些难题，有的可以问同学解决，有的则要自己查书查资料。

在这近似苦闷的生活中学的了工具书的用法及自学的能力。

也从学习中看到了自己不足的一面，知识点的漏洞还有没有形成结构性的体系，这些都是问题。

问题发现了在以后的日子一定应该注意将其消灭。

认真学习。

兴趣其实是从汗水中获得的，一份耕耘一份收获。

到时能成为一个上塔能干活下塔能学习的输电人。

最后要感谢我们的指导老师文中老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

虽然这个设计可能做的不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。