第九章 钢筋混凝土杆塔承载力计算

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第九章 钢筋混凝土杆塔承载力计算

钢筋混凝土杆塔广泛应用在110kV 及以下的输电线路中，电杆的外径受制造、运输、安装等条件限制，使之在承载力和稳定性方面也受到限制。为了保证杆塔有足够的承载力和稳定性，杆塔总高一般不超过20m 。因此，在计算杆塔在特定计算情况各计算点的荷载设计值时，一般不需考虑高度的影响。

输电线路大部分为直线杆。耐张、转角及终端等电杆，通称为耐张型或特种杆。特种杆应当能够承受断线荷载，以限制事故波及范围。在导线紧线时，还用特种杆做锚杆并承受较大的安装荷载。所有特种杆都安装拉线，以承受外部荷载。

第一节 不打拉线直线拔梢单杆

不打拉线的直线拔梢单杆(以下简称拔梢单杆) ，具有结构简单、施工方便、运行维护简单、占地面积小、对机耕影响不大等优点，被广泛应用在110kV 及以下的输电线路中。拔梢单杆的主要缺点是电杆的抗扭性能差，荷载较大时杆顶容易倾斜，故一般用于LGJ-150以下的导线及平地或丘陵地带较为适宜，荷载较大的重冰区不宜采用。

一、正常运行情况的计算

拔梢单杆的锥度为1/75，由于不打拉线，故采用深埋式基础，以保证电杆基础的稳定可靠。这种杆型的主杆属于一端固定，另一端为自由的变截面压弯构件。电杆正常运行情况的受力，可按纯弯构件计算。由于杆顶挠度，考虑增加12%~15%的弯矩，如图9-1所示，主杆任意截面x-x 处的弯矩M x ，可按下式计算：

11223

(1)[(2)]x M m P h P h h P Z =++++ （9-1） 式中 M x —主杆x-x 截面处的弯矩，N.m ； P 1—地线风压荷载设计值，N ； P 2—导线风压荷载设计值，N ；

Py —计算截面x-x 以上的杆身风压对x-x 截面处产生的弯矩，N.m ； 图9-1 拔梢单杆 m —由于杆顶挠度和垂直荷载产生的附加弯矩系数，一般取0.12~0.15。 计算截面x-x 以上主杆档风面积为一等腰梯形，杆身风压为

2

2001.4()0.875()1.62150

x z s z s D D v h P B h Bv D h μμμμ+==+ （9-2）

x-x 截面以上杆身风压合力作用点，距截面x-x 处的高度y 为 002()3

x x D D h y D D +=+

故计算截面x-x 的杆身（按锥度为1/75）风压弯矩为

22200000023(/225)0.8750.875()()150331502(/150)

x z s z s x D D D h h h h Py Bv D h Bv D h D D D h μμμμ++=+⨯⨯=+⨯

++

2200.4375()225

z s h Bv h D μμ=⨯+

（9-3）

为简化计算，杆身风压P 的作用点，可考虑距截面x-x 的高度为h /2，则杆身风压弯矩可变为下式： 2200.4375()150z s z h Py B h v D μμβ=+ （9-4）

式中 μz —风压高度变化系数，按地面粗糙度类别和离地面或水面的高度Z (m)用指数公式计算：

A 类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，μz =0.794h 0.24，1.00≤μz μz ≤3.12；

B 类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区，μz =0. 478Z 0.32，1.00≤μz ≤3.12；

C 类指有密集建筑群的城市市区，μz =0.224Z 0.44，0.74≤μz ≤3.12；

D 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区，μz =0.08Z 0.60，0.62≤μz ≤3.12。

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μs —构件的体型系数，环形截面电杆取0.7；

B —覆冰时风荷载增大系数，5mm 冰区取1.1，10mm 冰区取1.2。

βz —杆塔风荷载调整系数，对杆塔本身，当杆塔全高不超过60m 时应按照表9-1对全高采用一个系 数，当杆塔全高超过60m 时应按现行国家规范GB50009《建筑结构荷载规范》的规定采用由 下到上逐段增大的数值，但其加权平均值不应小于1.6；对单柱拉线杆塔不应小于1.8；设计基 础时，当杆塔全高不超过60m 时应取1.0，全高超过60m 时，应采用由下到上逐段增大的数值， 但其加权平均值不应小于1.6取1.3；

D 0— D x —主杆x-x 处的外径，m ； v —计算风速，m/s ；

P —计算截面x-x 以上主杆杆身风压，N ； h —计算截面x-x 以上主杆高度，m 。

电杆在正常运行情况下，各截面除了受弯矩作用以外，还受剪力和主拉应力的作用。

截面x-x 所受剪力V x 为 V x =P+P 1+3P 2 （9-5） 式中符号意义同前。

构件截面x-x 处的最大主拉应力为： 1.2x x x V tD σ= （9-6）

式中V x 和D x 分别为计算截面x-x 的剪力和外径。

在实际计算杆身弯矩时，一般应分别计算主杆的A 点、B

点和C 点的弯矩，还应计算主杆分段和杆内抽钢筋处的弯矩。以便选配钢筋和杆段。

二、断导线情况的计算

由于电杆不打拉线，所以电杆的长细比很大，在断线张力T 的作用下，将使杆顶发生很大的位移，致使一侧地线拉紧，另一侧地线放松，从而产生地线支持力ΔT ，图9-2所示为断线情况电杆的受力图。

这时对电杆截面x-x 处产生的弯矩，除顺线方向的荷载（ΔT 和T ）引起的

弯矩M zx 以外，还有不平衡垂直荷载引起的弯矩M qx ，故截面x-x 的总弯矩为

x M = （9-7） 当计算主杆强度时，应按最不利情况考虑。取断线发生在上导线或下导线，

且地线有最小支持力∆T min 或最大支持力∆T max 时，取其中弯矩较大者。如图9-2所示的荷载及几何尺寸，对电杆任意截面产生的弯矩为

x M = （9-8） 图9-2 拔梢单杆断线情况 当计算下横担以上主杆各截面强度时，应取断线发生在下导线左边相，且取地线有最大支持力∆T max

时，这时，主杆A 点的最大弯矩为

A M = （9-9）

式中 M x —任意截面x-x 处的总弯矩，N.m ； T —断线张力，N ；

ΔT min —地线最小支持力，N ；