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钢管塔结构设计


钢管塔结构设计要点
一 概况

魏顺炎

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


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