王信

摘要：本文主要就塔身坡度、傳力面的設(shè)定、桿系傳力對結(jié)點構(gòu)造的影響、塔身斜材布置和分段模式間的選擇以及橫隔面桿件布置等方面分析了高壓輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的一些經(jīng)驗、看法和常被忽略的問題，可供同行參考借鑒。
關(guān)鍵詞：輸電線路； 鐵塔結(jié)構(gòu)； 設(shè)計； 分析；
一、塔頭鉸結(jié)點的設(shè)置分析研究
在輸電線路鐵塔內(nèi)力分析時，均將桿系結(jié)點作為鉸結(jié)點。本節(jié)所述塔頭鉸結(jié)點的設(shè)置，是指兩鉸拱或三鉸拱力學(xué)模型的選擇及構(gòu)造模式。如：酒杯型塔頭K節(jié)點，從力學(xué)模型看是純鉸，將其處理成結(jié)實的剛性節(jié)點，雖不會影響結(jié)構(gòu)的正常工作，但浪費了不少鋼材。又如：有些線路工程，直線塔開始使用中相V串、三鉸拱塔頭。但有的塔在中間鉸部位下，又加設(shè)了平連桿。三鉸拱在國外輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計中，已早有應(yīng)用，如美國500 kV直線塔、南非400 kV直線塔，都大范圍使用了三鉸拱塔頭，且中間鉸部位下均未加設(shè)平連桿。建議我國在修訂《架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》時，在基本規(guī)定一節(jié)中應(yīng)強調(diào)指出，桿塔結(jié)構(gòu)加工圖必須與內(nèi)力計算圖保持一致。不得輕易改動結(jié)構(gòu)布置，或添加未經(jīng)計算和可能影響受力的桿件。
二、導(dǎo)線橫擔(dān)下平面斜材布置分析研究
導(dǎo)線橫擔(dān)下平面斜材常見的布置形式為交叉斜材(雙斜材)式，且交叉斜材布置到導(dǎo)線橫擔(dān)根部時，大多連接到導(dǎo)線橫擔(dān)的主材上。在縱向荷載作用下，其連接部位的主材或節(jié)點板極易變形。為此，常見設(shè)計者在這一部位節(jié)點上，增設(shè)了1根短角鋼，以增強這一部位抵抗縱向荷載的能力。雖然這一辦法能解決問題，也沒有因此引發(fā)事故。為使設(shè)計盡可能合理，滿足桿系傳力的要求，只需設(shè)計者將橫擔(dān)下平面交叉斜材桿系布置到導(dǎo)線橫擔(dān)根部時，與塔身橫隔面?zhèn)让鏅M材的中點相連接，使導(dǎo)線縱向荷載通過塔身橫隔材直接傳遞到塔身上去，就可解決主材和節(jié)點板彎曲變形問題。
三、塔腿平連桿的使用分析研究
在設(shè)計和真型塔試驗中發(fā)現(xiàn)，塔腿結(jié)構(gòu)加設(shè)平連桿后，力學(xué)模型發(fā)生了從靜定到超靜定的變化，和僅靠80年代中期推求出的近似實用公式，已不能滿足內(nèi)力分析的需要。并考慮1997年4月在真型塔試驗中，曾因平連桿加工負(fù)誤差偏大，出現(xiàn)將塔腿主材拉彎，不能滿足試驗荷載要求的情況。故平連桿的使用直接影響到桿系的布置，甚至影響到相鄰桿的工作狀態(tài)。建議在新版《架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》中指出：當(dāng)塔腿采用平連桿時，應(yīng)作為桿件與塔體同時計算。
四、派生結(jié)構(gòu)的桿系布置分析研究
由于城網(wǎng)建設(shè)的需要，同塔多回路并架已廣泛使用。經(jīng)專家分析，一致認(rèn)為與110 kV橫擔(dān)連接的塔身節(jié)間是K形三分段桿系，110 kV橫擔(dān)吊桿直接拉在K形三分段輔助材支撐的主材小節(jié)間點上，塔身主材在110 kV橫擔(dān)的拉拽下，位移過大，塔身主材不能在原設(shè)計條件下正常工作，只要將原K形斜材桿系中的塔身主材三分段下端的小節(jié)間與110 kV橫擔(dān)連接方式，改為塔身節(jié)間與110 kV橫擔(dān)連接的小節(jié)間，脫離原K形斜材桿系，獨立自成一個節(jié)間，使桿系傳力均由受力材傳遞，節(jié)與節(jié)之間互不干擾，就可以使結(jié)構(gòu)正常工作。
五、曲臂傳遞縱向荷載的問題分析研究
國內(nèi)設(shè)計的500 kV酒杯型直線塔，大都對塔頭部位的上下曲臂采取了外側(cè)面主材取直的作法。這樣不僅從外觀上看，塔型顯得利落、美觀，而且縱向荷載傳力路線直捷，自是最佳方案。但此時傳遞縱向荷載的任務(wù)，還是由曲臂內(nèi)外側(cè)斜材共同擔(dān)負(fù)。這是由于力學(xué)模型是理想的模式，內(nèi)側(cè)斜材與K節(jié)點實際構(gòu)造沒有做到符合力學(xué)模型的要求，傳遞它應(yīng)擔(dān)負(fù)的縱向荷載的任務(wù)。因此，需要設(shè)計者自己設(shè)定傳力面。通常做法是設(shè)定外側(cè)面為100 %傳力面，內(nèi)側(cè)斜材從桿系布置、節(jié)點構(gòu)造處理，使它不再傳遞縱向荷載。只是設(shè)計者要注意的是，自己一定要把傳力路線搞清楚，且設(shè)定的傳力面及構(gòu)造處理要能把力傳走。
六、塔身斜材的布置分析研究
制約塔身斜材的基本條件是斜材對外荷載抵抗力矩和計算長度的選擇。其中，斜材對外荷載抵抗力矩的大小，即斜材和水平面的夾角大小，將直接影響到該節(jié)間主材分段及主材選材。從國內(nèi)外科研成果以及工程設(shè)計實踐經(jīng)驗看，塔身斜材和水平面的夾角取40°～50°為宜。當(dāng)然，塔身斜材的布置形式，還和塔身的寬度有關(guān)，在塔型選型時，要分析控制選材的條件，塔身主材節(jié)間分段情況、主材計算長度，以及不同的接腿配置不同的塔身等多因素，進(jìn)行優(yōu)化組合。另外塔身斜材布置的形式，外荷載的大小，幾何尺寸大小材料截面的性質(zhì)，是選擇單斜材，還是雙斜材，還是再分式雙斜材，是選擇交叉式斜材，還是正K形布置斜材，或是倒K形布置斜材，以及在什么部位選擇什么布置形式等，都要認(rèn)真比較選擇。
七、大坡度塔身分析研究
使用的寬身、大坡度塔身塔，均存在著不同程度的塔身斜材彎曲問題，是設(shè)計者應(yīng)當(dāng)解決也可以解決的問題，以下就此探討了幾個解決辦法： (1)在塔身主材和節(jié)點板之間或節(jié)點板和塔身斜材之間采用加斜墊的辦法(加工難度較大)；(2)塔身主材若是單角鋼，可采用設(shè)置雙排螺栓，靠主材肢端的螺栓以保證主材軋制邊為準(zhǔn)，制彎節(jié)點板的辦法；(3)若是四角鋼組合成十字?jǐn)嗝�，可直接采用制彎�?jié)點板的辦法;若是雙角鋼組合十字?jǐn)嗝�，則只能使用前2種辦法，使節(jié)點板和塔身斜材置于一個平面內(nèi)共同工作。鋼管塔為寬塔身、大坡度塔身展示了一個更加美好的前景，塔身主材、斜材均用鋼管，做成十字拉條的構(gòu)造模式，不僅力學(xué)模式合理、構(gòu)造形式可行，還有良好的視覺效果。
八、偏心引出的思考
1、單包鐵接頭引起的主材力線的偏心
為消除單包鐵接頭因偏心產(chǎn)生的附加彎矩，導(dǎo)致鄰近輔助性桿件需按相鄰主材內(nèi)力的3 %進(jìn)行選材的弊端，采用雙包鐵已得到廣大設(shè)計人員的普遍認(rèn)同。由于主材相對于相鄰的輔助材而言，近似于連續(xù)梁，輔助材則相當(dāng)于支點，故主材由于單包接頭出現(xiàn)附加彎矩，相鄰支點的反力比其他支點的反力就大了1. 5倍，也就是說輔助材的內(nèi)力大了1. 5倍。常規(guī)輔助性桿件選材按相鄰主材內(nèi)力的2 %進(jìn)行選材，此時則應(yīng)按相鄰主材內(nèi)力的3 %進(jìn)行選材。
2、橫隔面材連接上的偏心
對于橫隔斜材與橫材背對背連接，在真型塔試驗中，出現(xiàn)橫隔面斜材被壓曲的現(xiàn)象�？捎脵M隔斜材背向下放置的解決方法，但往往要通過節(jié)點板進(jìn)行連接，鋼材要多用一些。若將橫隔斜材改為十字組合截面，不僅可以減少偏心，還可能省了節(jié)點板，甚至還能節(jié)省斜材的鋼材耗量。
九、拉線塔分析研究
1、拉線塔主柱的計算撓度。主柱的計算撓度對主柱的選材有很大的影響，以往計算柱中撓度時，國內(nèi)各設(shè)計院考慮的影響因素組合也不盡相同。80年代末，有關(guān)專家就曾指出：取自重、風(fēng)荷載引起的撓度和2 L/ 1 000初撓度進(jìn)行組合，不用再考慮螺栓滑動變位引起的撓度，是可以滿足要求的。  
2、拉線塔的鉸。我國500 kV輸電線路拉線塔型，都是由拉線系統(tǒng)和中心受壓柱組成的塔架體系，橫擔(dān)與主柱、主柱與基礎(chǔ)均為鉸接。只有拉貓塔的塔頭與塔身連成一體，主柱與基礎(chǔ)為鉸接，區(qū)別于其他拉線塔型。由于拉線塔在外荷載作用下變位較大，且鉸又是可轉(zhuǎn)動的鉸。因此，處理好鉸的構(gòu)造相當(dāng)重要。一是柱頭的鉸。70～80年代，我國第1批500 kV輸電線路的拉線塔，柱頭鉸均為單剪穿釘鉸。施工中發(fā)現(xiàn)有的塔連接穿釘?shù)墓?jié)點板焊接變形過大，穿釘不易緊到位，呈歪斜狀態(tài)。后在新拉V塔設(shè)計中。將單剪改為雙剪，實施至今，狀況良好。二是柱腳的鉸。我國500 kV輸電線路拉線塔，柱腳鉸大都做成圓鍋型鉸。為防止主柱滑出鍋頂，有的在基礎(chǔ)鍋頂加焊一段圓鋼，在主柱鍋頂打孔;有的在基礎(chǔ)鍋頂、主柱鍋頂打孔后，加擰一個螺栓。
3、拉線塔的應(yīng)用前景
單回500 kV輸電線路使用拉線塔己積累了不少經(jīng)驗，可拉線懸索塔卻從未在工程中得到應(yīng)用，而拉線懸索塔是所有塔型中受力最合理、指標(biāo)最經(jīng)濟(jì)的塔型。