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杆塔荷载及强度校验（常用）.杆塔荷载及强度校验一、荷载种类及计算条件1•荷载分类根据荷载在杆塔上的作用方向，可划分为以下几种：(1)水平荷载。
杆塔及导线、避雷线的横向风压荷载，转角杆塔导线及避雷线的角度荷载。
(2)纵向荷载。
杆塔及导线、避雷线的纵向风压荷载，事故断线时的顺线路方向张力。
还有导线、避雷线的顺线路方向不平稳张力，安装时的紧线张力等。
(3)垂直荷载。
导线、避雷线、金具、绝缘子、覆冰荷载和杆塔自重，安装检修人员及工具重力，使用拉线时由拉线产生的垂直分力。
2.荷载的计算条件杆塔的荷载与气象条件有关，也与线路运行情况、杆塔型式等因素有关。
确定杆塔的荷载应考虑杆塔在施工、运行中可能遇到的外界条件。
对此，《架空送电线路设计技术规程》做了规定。
此外，中华人民共和国国家标准《工业与民用35KV及以下架空电力线路设计规范》对35KV 及以下架空电力线路杆塔荷载计算条件也做了规定。
过去的书刊上把这种规定叫做杆塔设计条件。
它既是设计杆塔时计算杆塔荷载的依据，也是线路设计中校验杆塔强度的依据。
现将有关规定综述如下：35KV及以上高压架空线路的各类杆塔均应计算线路的运行情况、断线(纵向不平衡张力)情况及安装情况的荷载。
但对35KV及以下采用针式绝缘子线路和10KV及以下的瓷横担线路，可不进行断线情况的杆塔荷载计算。
（1）正常运行情况。
各类杆塔的运行情况，应采用下列荷载计算条件：①最大风速、无冰、未断线；②覆冰、相应风速、未断线；③最低气温、无风、无冰、未断线（适用于终端杆塔和转角杆塔）。
（2）断线（不平衡张力）情况。
分以下几种）情况考虑：1）直线型杆塔（包括悬垂转角杆塔）的断线（不平衡张力）情况单回路或多回路直线型杆塔（包括悬垂转角杆塔）的断线（不平衡张力）情况，应采用下列荷载计算条件：①断一根导线（或一相不平衡张力）、避雷线未断、无风、无冰。
②一根避雷线有不平衡张力、导线未断、无风、无冰。
其中，单导线的断线张力和避雷线的不平衡张力计算应采用数值参见有关文献。
架空输电线路设计中杆塔荷载问题的分析摘要：输电线路杆塔是支承架空输电线路导线和地线并使它们之间以及与大地之间保持一定距离的杆形和塔形的构筑物，其安全可靠性直接关系到整个输电线路的安全运行。
文章主要针对高压输电线路杆塔荷载设计及计算进行了分析。
关键词：高压架空；输电线路；杆塔风荷载；设计随着我国高压电网的建设以及同塔多回线路、紧凑型线路、大截面导线等输电新技术的推广应用输电线路电杆塔大荷载、大型化的趋势愈发明显。
依据5B2模块输电线路通用设计，结合GB50545-2010《110～750kV架空输电线路设计规范》国家标准的实施，本院承担了500kV5B2模块的设计，在通用设计统一原则的基础上，结合省内设计及运行经验，分析相关工况下杆塔荷载计算时的取值。
1杆塔荷载的分类荷载作为输电线路设计中重要的荷载之一一直是输电线路的热点研究课题。
杆塔荷载可分为永久荷载和可变荷载，导地线、绝缘子及附件、杆塔结构等属于固定荷载，风和冰荷载、导地线张力、安装检修的附加荷载等属于可变荷载。
杆塔设计时的荷载分类主要是从作用方向角度来分的，一般分为水平荷载、垂直荷载和纵向荷载。
其中与杆塔规划密切相关的主要为导地线水平荷载、垂直荷载和导地线不平衡张力的取值，结合5B2模块设计条件，具体分析各种荷载的计算取值。
5B2模块为海拔1000m以内、设计基本风速27m/s（离地10m）、覆冰厚度15mm，导线4×LGJ-630/55的单回路铁塔，分平地和山区两个系列。
1.1导地线水平荷载风作用于电线上产生的横向风荷载Wx，并非理论风压于电线受风面之积，还要考虑电线的体型系数μSC、与风速大小有关的风压不均匀系数α、与电压等级和风速大小有关的风荷载调整系数βC、与电线平均高度有关的风压高度变化系数μZ，以及与电线轴线间的夹角θ等影响。
根据GB50545-2010，导线及地线风荷载的标准值应按下式计算：WX＝α·WO·μZ·μSC·B2·βC·d·Lp·sin2θ（1）WO＝V2/1600（2）式中：WO为基准风压标准值，kN/m2，应根据基本风速V（m/s）计算；d 为导线或地线的外径或覆冰时的计算外径，分裂导线取所有子导线外径的总和，m；Lp为杆塔的水平档距，m；B2为导线、地线覆冰后风荷载增大系数（10mm 冰区取1.2，15mm冰区取1.3，20mm及以上冰区取1.5～2.0）。
杆塔荷载计算及基础设计软件V2.0简介一、软件开发背景南网标准设计由于配网线路杆塔基础地质和环境复杂，基础型式多样，而没有杆塔基础标准设计图。
基础设计均由设计单位自行设计，之前广东省电网公司有基础标准设计图，但因其只考虑了单一的地形地质，基础型式单一，在实际应用中，现场常常会遇至流砂、淤泥等不良地基，或者基础底板受地形限制，难以实施而导致大量的设计变更。
杆塔基础设计必须根据实际的地质地形选择合适的基础型式，再根据杆塔荷载进行基础抗倾覆和强度等一系列的基础设计计算，然而基础计算繁锁，工作量大，目前国内又没有针对配网杆塔荷载及基础设计商业软件可应用，因此杆塔基础设计计算问题一直是设计人员感到很困难的问题。
在这种背景下，开发配网杆塔荷载计算及基础设计系统软件，对提升设计院设计水平和设计效率显得非常迫切重要。
近几年个人一直加强该软件的研究和开发，2012年开发的杆塔荷载计算及基础设计软件V1.0在本院的线路设计中广泛应用，对提高本设计效率起到了非常重要的作用。
2013年利用该软件编制的《广东沿海地区现有配网线路防风加固综合措施》已在全广东沿海地区普遍应用，2014年又在南网推应用，应用效果很好，得到了广东电网公司和南方电网的高度评价。
2014年我院编制的《广东电网公司配网线路防风加固典型设计》也是得益于本软件的杆塔荷载计算和基础设计功能。
目前《杆塔荷载计算及基础设计软件》已成为我院配网线路设计必不可少的工具。
二、杆塔荷载计算及基础设计软件V2.0主要功能简介V2.0，本版本是在以前开发的V1.0的基础上的升级，完善了软件界面，V2.0版在功能方面增加了自动生成各类基础cad施工图和材料表的功能，增加了拉线装置设计、钢管杆基础设计、电杆杯型基础设计和电杆套筒基础设计功能。
本版本的主要功能如下：1、杆塔荷载计算：计算各种工况下的塔荷载作为杆塔选型和基础设计的依据。
计算的杆塔类别如下：①水泥电杆水平综合荷载及根部弯矩计算②钢管杆综合水平荷载计算③铁塔综合水平荷载计算2、杆塔基础设计①水泥电杆直埋基础设计：根据电杆综合水平荷载及基础地质情况计算电杆埋深，卡盘尺寸，以确定最优电杆基础形式。
第一讲杆塔荷载第一节杆塔分类荷载按随时间的变异可分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,人工和工具等附加荷载。
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、安装荷载和验算荷载等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。
荷载按作用在杆塔上方向分根据计算需要，将它们分解成作用在杆塔上的垂直荷载、横向水平荷载、纵向水平荷载（如图2－1）。
1.垂直荷载垂直荷载G包括：（1）导线、避雷线、绝缘子串和金具的重量；（2）杆塔自重荷载；（3）安装、检修时的垂直荷载（包括工人、工具及附件等重量）。
2．横向水平荷载横向水平荷载P包括：（与横担方向一致）（1）导线、避雷线、绝缘子串和金具的风压；（2）杆塔身风载;（3）转角杆塔上导线及避雷线的角度力。
3.纵向水平荷载纵向水平荷载T(垂直横担方向的张力)包括：（1）导线、避雷的不平衡张力（对直线型杆塔和耐张型杆塔不平衡张力为顺线路方向，对转角杆塔的不平衡张力则与杆塔横担垂直）；（2）导线、避雷线的断线张力和断线导线时避雷线对杆塔产生的支持力；（3）安装导线时的紧线张力第二节杆塔荷载计算方法一、自重荷载1．导线、避雷线的自重荷载无冰时G=r1AL ch N覆冰时G=r3AL ch N式中L Ch−杆塔的垂直档距m；r1、r3−分别为导线、避雷线无冰、覆冰的垂直比载N/m.mm2；A −导线、避雷线截面面积 mm 2。
2．绝缘子串、金具的垂直荷载 无冰时为绝缘子串、金具自重，可查单片绝缘子及各组合绝缘子串的金具重量表。
覆冰时 NGK G JJ⋅='式中 G J 、G J ’ −分别为无冰、覆冰时绝缘子串、金具的重量 K −覆冰系数：设计冰厚5mm 时，K ＝1.075设计冰厚10mm 时，K ＝1.15 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。
二、导线、避雷线张力引起的荷载计算张力引起的荷载是不平衡张力 直线型杆塔：（1）正常运行情况不出现不平衡张力，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、耐张型杆塔：张力分解成横向荷载（称角度荷载）和纵向荷载（称不平衡张力）。
1．角度荷载：产生的横向荷载如下P J ＝T 1sin α1＋T 2sin α 2 式中 Ｔ１、Ｔ２−杆塔前后导线张力 Ｎ；α１、α２−导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P J =(T 1+T 2)sin α/2 当α＝0时 P J ＝0 为直线型杆塔23．断线张力荷载直线杆塔：按《规程》规定了直线杆塔的导线、避雷线的断线张力分别取各自最大使用张力乘以一个百分数T D ＝T Dmax .X% 式中 T D －断线张力 NT Dmax －导线、避雷线最大使用张力，T Dmax ＝KT N ；T －导线、避雷综合拉断力N （查导线手册）； K －安全系数，一般取K ＝2.5；X%－最大使用张力百分数（查规程）。
耐张杆塔、转角杆塔及终端杆塔：导线： 最大使用张力的70%；避雷线：最大使用张力的80%。
对于特殊情况，需要进行精确计算断线张力时，应按照线路力学介绍的计算公式及图解法进行精确计算。
冲击系数：冲击系数采用表2-4中的数值（以新规程为准）。
三、 风荷载的计算各类杆塔、导线及避雷线的风荷载的计算按《规程》规定有下列三种情况的风向： （1）风向与线路方向垂直（2）风向与线路方向的夹角成600和450； （3）风向与线路方向相同。
1．导线、避雷线风荷载的计算 (1) 风向垂直于导线的风荷载计算导线、避雷线的风荷载用下式计算：无冰时 P=r 4AL sh cos α/2覆冰时 P=r 5AL sh cos α/2 N 式中 r 4、r 5−分别为无冰、覆冰风压比载 N/m ⋅mm 2； A −导线、避雷线总截面积 mm 2； L sh −水平档距 m ； α−线路转角。
（2当风向与线路方向的夹角θ成450 P x =Psin 2θ 式中 P x −垂直导线方向风荷载分量 P — θ— 2．杆塔塔身风荷载的计算 计算： Pg=KK Z βA c V 2/1.6 式中 K Z — β— A c —杆塔塔身构件侧面 对电杆杆身：A c =h(D 1＋D 2 对铁铁身： A c =ϕh(b 1+b 2)/2 h —计算段的高度 mD 1、D 2—电杆计算风压段的顶径和根径 m ，锥度为1/75的锥形电杆D 2为 D 2= D 1+ h/75；b 1、b 2—铁塔塔身计算段内侧面桁架（或正面桁架）的上宽和下宽ϕ—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； K —风压体形系数,采用下列数值（修正挡风面形状不同引起的阻力变化）: 环形截面电杆: K ＝0.6 矩形截面电杆: K ＝1.4角钢铁塔: K ＝1.4(1+η) 圆钢铁塔： K ＝1.2(1+η)η−空间桁架背风面风载降低系数，一般按表2－8选用。
《规程》规定，60m 以上的杆塔，应考虑阵风的振动作用，杆塔塔身风荷载应乘以风振系数。
铁塔的风振系数取1.5，拉线杆塔取１.25。
3．绝缘子串风荷载的计算P j =n 1n 2A Z K z V 2/1.6 式中 n 1−一相导线所用的绝缘子串数；n 2−每串绝缘子的片数A Z −每片的受风面积，单裙取0.03m 2，双裙取0.04m 2;K z −风压随高度变化系数， 四、杆塔安装荷载1．直线杆塔安装荷载计算吊线作业和锚线引起的荷载；对钢筋混凝土电杆还要校核整体吊装时的强度和开裂问题（1）吊线荷载架设导线或避雷线时，需要将其从地面提升到杆塔上，此工作过程所引起的荷载叫吊G−被吊导线、绝缘子及金具的重力N；G F−考虑相应部位横担上施工人员和工具所引起的附加荷载N，按表2－10取值。
吊线时，还要考虑相应风荷载引起对导线横向水平荷载。
采用转向滑车吊线时:垂直荷载∑G＝KG+G F N水平荷载∑P=KG+P N式中P−导线或避雷风荷载N；其它符号与上式相同。
（1）锚线荷载在高压输电线路中经常采用张力放线、紧线。
由于施工场地的要求，放线、紧线不一定在耐张杆塔或者转角杆塔上进行，这时就会出现在直线杆塔上紧线、锚线等作业。
也就是在直线杆塔的相邻两档中，一档的导线已按要求架好，相邻档导线用邻时拉线锚在地上，如图作用在横担上的垂直荷载、横向水平荷载及纵向不平衡张力为垂直荷载∑G＝nG+G F+KTsinβ横向水平荷载∑P＝nP N纵向不平衡张力∆T＝KT（1-cosβ）N式中G、P−分别为所锚导线或避雷线的垂直荷载和横向荷载N；T−安装时导线或避雷线的张力N；β−锚线钢丝绳与地面的夹角；n−垂直荷载或横向荷载的分配系数，当相邻档距和高差相等时，一般取n＝0.5；G F−附加荷载N；K−动力系数，考虑滑动阻力和牵引倾斜等因素，取K＝1.1。
2．耐张杆塔安装荷载计算在耐张、转角杆塔上架线施工作业有两种方法：即牵引和挂线。
牵引和挂线时对耐张、转角杆塔要产生牵引荷载和挂线荷载。
（1）牵引荷载架设导线和避雷线过程中，要通过设在杆塔上的滑车将导线、避雷线拉紧到设计张力，横向水平荷载∑P=nP N纵向不平衡张力∆T=0b 相邻档已挂线作用在横担上的荷载：垂直荷载∑G=nG+KTsinγ+G F N纵向不平衡张力∆T=0式中n−导线垂直荷载或横向水平荷载分配系数；G、P−该根（或相）导线或避雷线的垂直荷载和横向水平荷载；K—动力系数，取K＝1.2；β−临时拉线与地面的夹角；γ−牵引钢丝绳与地面的夹角；T1—临时拉线的初张力，一般T 1＝5000～10000 N ；T −导线或避雷线安装张力； G F −附加荷载 N 。
（2）挂线荷载挂线是指按设计要求的弧垂，把导线与绝缘子串连接好后挂到杆塔上去的作业过程。
导线挂到杆塔上后松开牵引绳，使杆塔受到的一个突加张力荷载。
在实际工中，这种一般只能逐根（即逐相）进行。
由于荷载较大，杆塔设计中可考虑设置临时拉线平衡部分荷载。
此时作用杆塔上的荷载有：垂直荷载 ∑G=nG+T 0tg β+G F N 横向水平荷载 ∑G=nP+(KT-T 0)sin α N第三节 杆塔设计原则杆塔设计除了要保证合理的结构外，其计算内容有: （1）结构承载能力极限状态计算该计算是用来核算结构或构件在各种不同荷载作用下会不会发生破坏。
它包括强度、稳定与承载重复荷载时的疲劳计算。
显然此项计算是非常重要的。
（2）结构正常使用极限状态计算该计算是用来核算结构或构件是否满足正常使用情况下的各项规定的限值。
比如变形、裂缝等。
一、构件计算的各种理论：按对安全度的分析及表达式不同分下列四种A 许用应力计算法：以弹性理论为基础，只考虑材料的弹性，不考虑材料实际存在的塑性质，因此没充分发挥产承载能力，不经济；B 破坏阶段计算法：根据经验采用一个笼统的单一安全系数，故没反映各种荷载、不同材料对构件存在能力的变异性。
C 多系数分析单一安全系数表达：（材料、荷载、构件工作条件）D 近似概率极限状态计算法（分项系数法）： 二、近似概率极限状态计算法（分项系数法）对杆塔的设计，应根据《建筑结构统一标准》GBJ68-84（简称《标准》）规定的极限状态（分项系数法）计算原则进行计算。
其表达式如下：1．承载能力极限状态设计表达式 γ0S ≤R0γ≥SR 相当[]KMM ≥S ＝iK Qi Qi K G G Q C G C ∑+γψγ式中 S −荷载效应组合设计值（采用荷载设计值计算而得）；γ0−结构重要性系数（按构件破坏后的影响大小分别乘以1．1、1．0、0．9）； γG −永久荷载分项系数（取1．2）；γQi −第i 个可变荷载分项系数（风、冰取1．4。
安装取1．3）；G K −永久荷载标准值（没乘荷载分项系数时的荷载）； Q K −可变荷载标准值（没乘荷载分项系数时的荷载）；C G 、C Qi －分别为永久荷载和第i 个可变荷载的荷载效应系数（计算各种内力的常数281ql）；ψ－荷载组合系数；R －结构或构件的抗力设计值（采用材料的设计值计算而得）。
2．正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态，结构或构件应按下式计算荷载效应标准值，并保证变形、裂缝等计算值不超过相应的规定限值。
S l ＝C G G K ＋ψ∑C Qi Q Ik （注意两公式的差别）式中 S l －荷载效应标准值，其它符号与式相同。
