电力线路杆塔荷载计算

二、导线、避雷线张力引起的荷载计算
直线型杆塔： （1）正常运行情况 导线、避雷线张力不产生不平衡张力，但当 气象条件发生变化时，或因档距、高差不等引起 荷载改变，从而产生纵向不平衡张力。 （2）事故断线时 在纵向产生断线张力。
转角杆塔： 导线Βιβλιοθήκη Baidu避雷线会产生张力，分解成横向水平荷载 （称角度荷载）和纵向水平荷载（称不平衡张力） 。
GD n 1D AD LV n 2 D AD LV KGJD
1 35.8 10 181.62 368 117.5 10 181.62 368 1.075 520 4122N
3 3
垂直荷载设计值GD： 永久荷载分项系数γG=1.2 可变荷载分项系数γQ=1.4
输电杆塔及基础设计
第二章
杆塔荷载的分析计算
杆塔标准荷载计算方法
第一节 杆塔荷载分类 第二节 一、自重荷载 二、张力引起的荷载计算 三、风荷载的计算 四、杆塔安装荷载 第三节 习题 杆塔设计原则
第一节 杆塔荷载分类 一、按荷载随时间的变异可分 １．永久荷载： 包括杆塔自重荷载、导线、避雷线、绝缘子、 金具的重力及其它固定设备的重力,土压力和预应 力等荷载。 ２．可变荷载： 包括风荷载、导线、避雷线和绝缘子上的覆冰 荷载，导线避雷线张力、事故荷载、安装荷载、 验算荷载、人工和工具等附加荷载
例 4 绝缘子串采用7片x－4.5，串数n1=1, 每串的片数n2=7,单裙一片绝缘子挡风面积 AJ=0.03m2,绝缘串高度约15m，正常情况Ⅰ的风 速为25m/s,计算作用在绝缘子串上的风压。 解：绝缘串高度约15m，查表2－4得风压高度变化 系数μZ=1.0 PJD=n1(n2+1)μZ AJW0 =1×(7+1) ×1.0×0.03×252/1.6=94N
特别说明: 荷载有: 1 、荷载标准值 按照各种荷载标准规定计算而得的荷载叫标准荷载, 如杆塔塔身自重为体积乘容重,风载为基本风压乘 挡风面积. 2 、荷载设计值 荷载标准值乘分项系数 一般分项系数: 永久荷载取1.2 可变荷载取1.4
第二节 杆塔标准荷载计算方法 一、自重荷载(自重引起的荷载为垂直荷载) 1．导线、避雷线的自重荷载 G n 1 ALV 无冰时 覆冰时 式中 n 每相导线子导线的根数； LV 杆塔的垂直档距，m； γ1 导线、地线无冰垂直比载， N/m.mm2； γ2 －导线、地线覆冰垂直比载，N/m.mm2； A 导线、地线截面面积 mm2。
解： 水平荷载标准： P= r4D(25) ADLp+PJD =35.19×10-3 ×181.62×350+94
＝2330.9N
问题：设计荷载是多少？
3. 杆塔塔身风荷载的计算 风向作用在与风向垂直的结构物表面的风荷载用下 Pg=μZμSβZAfW0 B 式中 （1）μZ—风压高度变化系数(查表2-5)， 物理意义：修正地表面粗糙不平对风产生摩 擦阻力而引起风速沿高度的变化。距地面越近，地 面越粗糙，影响就越大。 （2）μS－构件体形系数,采用下列数值环形截 面钢 物理意义：修正在相同风力作用下，结构曝 露在风中的形状不同（物面不标准）而引起的风 压值及其分布的改变。
物理意义：修正背风面产生的负压 多边形截面μS按表2-7选用。
（3）βZ—杆塔风荷载调整系数(表2-8查取)。 物理意义：风压将随着风速、风向的紊乱变化而不 停的改变，风压产生的波动分量(波动风压)，使结 构在平均侧移附近产生振动效应，致使结构受力增 大。 （4）Af—杆塔塔身构件承受风压的投影面积计算 值 对电杆、钢管杆杆身：Af=h(D1＋D2)/2 h—计算段的高度 m D1、D2—电杆计算风压段的顶径和根径 m， 锥度为1/75的锥形电杆D2= D1+ h/75；
解 查表 由高度20m，电压110kV，地面粗糙度B类 风压高度变化系数取μZ=1.10 杆塔风荷载调整系数βZ=1.0 环形截面钢筋混凝土电杆 构件体形系数取μS=0.7 P=μZμSβZAfW0=1.10×0.7×1.0×0.5×252/1.6 =236.7N/m 答：作用在杆身上的风荷载标准值为236.7N/m
构件体形系数μS的确定： 钢筋混凝土杆 0.7 圆断面杆件： 当W0d2≤0.002时 1.2；当W0d2≥0.015时 0.7 (上述中间值按插入法计算) d－圆断面杆件直径，m； 由圆断面杆件组成的塔架 (0.7－1.2)×(1+η) 型钢(角钢、槽钢、工字型和方钢) 1.3 由型钢杆件组成的塔架 1.3(1+η) η－塔架背风面荷载降低系数，按表2-6选用。
900
例 3 已知某220kV线路耐张自立铁塔，地线采用： 1×7－6.6－1370－A－YB/T5004-2001型，试求该地线 断线张力。 解：查表得破坏拉断力TP ＝33.50kN，安全系数取2.7， 地线最大使用张力百分比值为80%。 地线最大使用张力：
TP 33.50 Tmax 12.41kN KC 2.7
2．不平衡张力：产生纵向荷载（如图3） △T=T1COSα1-T2COSα2 当α1＝α2＝α／2时 则： △T=（T1-T2）cosα／2 当T1=T2时，△T=0；当α=0时，为直线型杆塔。
T1 α1
T 1COSα 1
T1
T1
α 2
T1
T1
T 1 COS α 2 T 2 COSα 2
T1
T 2 COSα 2
地线断线张力： TD＝TDmax.X%＝12.41×80%＝9.93kN 问题：该张力是标准值还是设计值？
三、风荷载的计算(风荷载引起的为横向水平荷载) 1、导线、地线风荷载的计算 ①风向垂直于导线的风荷载计算 ②风向与导线不垂直时风荷载计算 （1）风向垂直于导线的风荷载计算: 无冰时 P=γ4ALPcosα/ 2 N 覆冰时 P=γ5ALPcosα/2 N
例1 已知正常情况下某导线自重比载γ1D＝ 35.8×10-3 N/m.mm2,导线冰比载γ2D =17.5×10-3N/m.mm2， 导线覆冰厚度b＝5mm,导线垂直档距LV＝368m，导线水 平档距为LP＝350m，导线采用LGJ－150/35，截面面积 为AD＝181.62mm2 ，绝缘子串和金具的总重量为520N （7片x－4.5），求导线作用在杆塔上的垂直荷载标准 值和设计值。 解：垂直荷载标准值GD：
例2 已知某干字型转角杆塔的转角为 900 ，正常运行情 况杆塔前后导线张力为T1＝2500N，T2＝2000N,并且 α1=α2 • ，试求作用在杆塔下横担上纵向水平荷载和横向 水平荷载的荷载标准值，要求画出荷载示意图。 解：根据题意有α1=α2 , 作用在下横担上的角度力（横向水平荷载标准值）为: PJ＝（T1＋T2）sin /2 ＝（2500＋2000）sin900/2 ＝3181.5N 不平衡张力(纵向水平荷载标准值）为： △T＝（T1－T2）cos900/2 =(2500-2000) cos 900/2＝353.5N 注：以上计算均为一相导线。 问题：如果求荷载设计值，荷载分项系数是多少？
式中γ4、γ5分别为无冰、 覆冰风压比载N/m.mm2 A导、地线截面面积，mm2 LP水平档距，m； α线路转角。
图4
注意：新标准规定重冰还要乘以风载增大系数B。5mm冰 区取1.1，10mm冰区取1.2。
（2）风向不垂直于导线的风荷载计算: Px=Psin2 N
式中 Px垂直导、地线方向风荷载分量 N； P—垂直导、地线方向风荷载，按式 （2-9）、（2-10）计算； θ—实际风荷载的风向与导、地线的夹角。
G n 2 ALV
2．绝缘子串、金具的垂直荷载 无冰时为绝缘子串、金具自重 GJ ， 可查绝 缘子及各组合绝缘子串的金具重量表。
覆冰时
G KGJ
' j
式中 K覆冰系数 ，设计冰厚5mm时， K＝1.075
设计冰厚10mm时，K＝1.150 设计冰厚15mm时，K＝1.225
3．杆塔自重荷载 杆塔自重荷载可根据杆塔的每根构件逐一统计 计算而得，也可根据设计经验，参照其它同类杆塔 资料，做适当假定获得。
KC－导、地线的设计安全系数，导线取K ＝2.5，地线取K＝2.7； X%－最大使用张力百分比值，按《规程》 规定选用；参照表2-1～2-3。 （2）对各级电压的耐张杆塔、转角杆塔及终 端杆塔导线断线张力取最大使用张力的70%。 （3）地线的断线张力取最大使用张力的80%。 特别说明：直线型杆塔与耐张型杆塔的区别在于 承受的荷载不同，主要是杆塔纵向荷载： 1、两者断线张力的最大使用张力的X%不一样； 2、耐张型杆塔要承受杆塔纵向的不平衡张力。
1．角度荷载：（横向水平荷载如图2） PJ＝T1sinα1＋T2sinα2 式中 Ｔ１、Ｔ２杆塔前后导、地线张力 Ｎ； α１、α２导、地线与杆塔横担垂线间的夹 角（０）。 当α1＝α2＝α／2时，（α为线路转角）则 PJ=(T1+T2)sinα/2 当α ＝0时 PJ＝0 为直线型杆塔
T1 α1 T1 T1 T 1 sinα 1 T 2 sinα 2 α2 T2 T2 T2 α 2 α 2 T1 T1 T1 T 1 sinα 2 T 2 sinα 2
３．特殊荷载： 地震引起的地震荷载，以及在山区或特殊地 形地段，由于不均匀结冰所引起的不平衡张力等荷 载。 二、按荷载作用在杆塔上方向分 据计算需要，将它们分 解成作用在杆塔 上三个方向的力 垂直荷载G：垂直地面方向 横向水平荷载P：与横担方向平行的力 纵向水平荷载T：垂直横担方向的力,如图1。
图1 杆塔荷载图
例 5．同例 1，已知某输电线路直线杆塔水平档距 为350m，垂直档距为368m，正常情况下最大风、无冰， 导线的垂直比载r1D=35.80×10-3 , 绝缘子串风载PJD=94N,
导线截面积AD=181.62mm2,导线风比载r4D(25) =35.19×
10-3 ,试求作用在杆塔导线上的水平荷载标准值。
α2 T2 T2
T2
α 2
图 3a
图 3b
3. 断线张力荷载 产生纵向水平荷载 （1）直线杆塔： 按《规程》规定了直线杆塔的导线、地线的断线 张力分 别取各自最大使用张力乘以一个百分比值。 TD＝TDmax.X% 式中 TD－断线张力 N TDmax－导、地线最大使用张力， TDmax＝ TP/KC N； TP－导、地线的拉断力，N（查导线手册）；
图5
2．绝缘子串风荷载的计算 Pj=n1(n2+1) AJμZ W0 B kN 式中 n1－一相导线所用的绝缘子串数； n2－每串绝缘子的片数,加“１”表示金具受 风 面相当于１片绝缘子； μZ－风压随高度变化系数； AＪ－每片的受风面积，单裙取0.03m2，双裙 取0.04m2； W0 －其本风压标准值， kN/m2。 W0=V2/1600，V基准高度为10m的风速。
例7 已知某110kV上字型窄基铁塔塔顶宽 D1＝0.4m,下横担处宽D5＝0.839m，根开D9＝ 1.75m,塔头高h1=6m，塔身高h2=13.5m,计算塔身 风荷载，线路经过乡村,运行情况Ⅰ时风速30m/s 解：一、塔头风荷载 1、风压随高度变化系数μZ 110kV,高度19.5m粗糙程度为B类，查表2－5 得μZ＝1.10 2、风荷载调整系数βZ 查表2－8得βZ＝1.0
GD G n 1D AD LV Q n 2D AD LV 1.2GJD 1.4GJD (1.075 1)
=(1.2×1×0.0358×181.62×368) +(1.4×1×0.0175×181.62×368)+(1.2×520) +1.4×520×0.075 =5188N
对铁塔铁身： Af=h(b1+b2)/2 b1、b2—铁塔塔身计算段内侧面桁架（或正面 桁 架）的上宽和下宽 —铁塔构架的填充系数，一般窄基塔身 和塔头取0.2～0.3，宽基塔塔身可取 0.15～0.2,考虑节点板挡风面积的影 响,应再乘以风压增大系数,窄基塔取 1.2,宽基塔取1.1 。
例 6 已知拉线等径电杆高度21m，埋深2m ， 电杆外径D=500mm,内径d=400mm,电压等级110kV， Ⅳ级气象区，试计算作用在杆身上的风荷载标准值。