钢管塔结构设计

钢管塔结构设计要点魏顺炎

一概况

钢管塔是主材用钢管构件，斜材用钢管或角钢或园钢组成格构式输电塔的述语，是输电杆塔的结构型式之一。最常用的结构是主材和斜材都用钢管。其次是主材用钢管，斜材用角钢。国外也有塔身全用钢管，横担全用角钢。

国内在上世纪70年代，首先在220KV大跨越工程上采用了钢管塔，主材用钢管，斜材用园钢拉条，取得了较好的技术经济效益。之后，在各电压等级的大跨越塔中大都采用钢管塔，但斜材也用钢管。因为斜材用园钢要求施加初应力，这个初应力值施工难以精确控制。在一般线路上多四路塔、受力较大的塔以及考虑美观的塔也常选用钢管塔。近几年在特高压工程上大量采用了钢管塔。钢管塔的设计逐步规范化，最近出版了钢管塔设计技术规定。

国外美国、日本私欧洲对钢管结构有很多试验研究，在公共建筑上有很多应用如桁架、空间网架私网壳结构等。但是在输电线路上只有日本应用钢管塔较早也较广泛，早在上世纪80年代己出版了输电线路钢管制作标准，对钢管塔的连接件等作了标准化，对节点构造、节点受力分析也形成规定，对我们设计钢管塔有参考价值，尤其是对一般线路的钢管塔。

二设计标准

110KV-750KV架空输电线路设计规范GB50545-2010

架空送电线路杆塔设计技术规定DL/T5154-2002

架空输电线路钢管塔设计技术规定DL/T5254-2010

三结构特点

1 钢管构件迥转半径大，承载力大

以两个角钢组成的十字型断面为例

构件2L160X12 Q345 L＝300cm

迥转半径Υ＝0.188x33.4＝6.28cm

截面积A＝2X37.38＝74.76cm平方

细长比λ＝300/6.28＝47.7

压屈系数Φ＝0.817

承载力N＝0.817X7476X310＝1893446N-1893KN

如考虑弯扭

折算细长比λ＝5.07X16/1.2＝67.7 Φ＝0.676＜0.817 承载力

还要减少。

如用截面积相当的钢管D325X7.5

迥转半径Υ＝11.23

截面积A＝74.81CM

细长比λ＝300/11.23＝26.71

压屈系数Φ＝0.928

承载力

N＝0.928X7481X310＝2152KN

比值2152/1893＝1.137 钢管承载力高13.7％

2钢管构件体型系数小，受风荷载小

仍以上述构件为例

假设离地高10m风速30m/s

组合角钢受的风压：

Ws＝30x30/1600x1.0x1.3x0.32x3x1.1＝0.772kn

上述式中数值依次为基准凤压标准值、风压高度变化系数、构件体型系数、构件受风面积、断面系数

钢管构件的风压：

Ws＝30x30/1600x1.0x0.70.325x3x1.0＝0.384Kn

比值0.384/0.772＝0.50钢管构件风压小一半

如果直线塔荷载按导地线风压与塔身风压各一半计算

对组合角钢塔0.5＋0.5＝1.0

对钢管塔0.5＋0.5x0.5＝0.75

作用在塔上的风压钢管塔小25％

钢管塔缺点：

不能像角钢那样在流水线上生产，因此每吨加工费比角钢塔高。

四结构布置及构件选择

1塔架杆件内力分析可视为铰接的条件

在桁架平面内杆件的节间长度或杆件长度与截面直径之比对主杆不小于12，对支管不小于24。

因此通常钢管塔的主材节间长度要取角钢塔的二倍左右才比较合理。

如果不满足要考虑节点刚性引起的杆端次弯矩影响，可按梁元分析进行校核。

主管：节点上贯通的杆件，通常称主材

支管：节点上其余杆件，通常称斜材

2钢管杆件各向同性，通常不采用平行轴布置

3杆件载面型式选择

A 塔身及横担的所有杆件除挂线点外均用钢管，是国内最常用的钢管塔。

B 塔身及横担的主材用钢管，斜材用角钢，国内直线塔及小转角塔有应用实例。

C 塔身及横担的主材用钢管，斜材用国钢，国内220kv及以下大跨越塔有应用实例。

D 塔身全材钢管，横担全用角钢，是日本一般线路钢管塔的常用型式。我国尚未见到应用实例。

4钢管的微风振动

常用的对策是控制杆件的细长比，工程实践表明细长比控制在160以内尚未发生钢管杆件由于微风振动而损坏的现象。

目前也可按钢管塔设计技术规定进行校核。5材料

Q235、Q345、Q420

五塔体构造