大学生结构设计竞赛输电塔模型设计与分析

输电线路铁塔基础结构设计分析摘要：基础是构成输电线路体系重要内容之一，基础设计的优劣关系整条线路的安全运行，一旦某个铁塔基础出现塌陷、滑坡、拔出等安全事故，整条线路运行将面临瘫痪。

针对不同的基础负荷，设计阶段必须保证基础设计安全可靠，同时，充分考虑环境保护理念，做到经济与环保，最大程度降低施工对环境的危害，实现其综合效益最大化。

在逐渐加大电网建设与改造力度背景下，城镇化建设一定程度上限制了线路路径走向，往往输电线路路径均具有以下特点：路径长度长、跨行政区域多、地形地势复杂多变。

想要使工程造价、施工难度有所下降，同时保护环境，有必要将合理的基础形式选择出来。

关键词：输电线路；铁塔结构；基础设计；引言桩基础承载能力高、沉降变形小、稳定性好，能适应各种复杂工程地质条件，是输电线路铁塔常用的基础形式。

铁塔基础与常规建筑基础不同，它除了要承受竖向（抗压和抗拔）承载力还承受横向作用力，特别是大转角耐张塔及终端塔基础。

1架空输电线路铁塔基础的选型架空输电线路铁塔基础的设计，在工程指标中起着举足轻重的作用，随着我国经济的发展，对环境的保护的意识也越来越重视，铁塔基础设计也正朝着“资源节约型、环境友好型”的方向发展。

设计人员在设计过程中应充分考虑环境因素对基础设计的影响，要切实做到因地制宜尽量做到一塔一方案的设计理念。

通过比较，结合工程的实际情况，我们大致可按如下表选择基础型式：2架空输电线路铁塔基础结构设计的要求由于架空输电线路路径通常跨越多个行政区，需要考虑不同的地质、水文等因素，为对这些因素进行准确分析，设计前需对土壤和地下水进行采样，以提高设计的准确性。

铁塔基础设计过程中应当考虑当地覆冰、年平均温度及有关周围压覆矿产、文物保护和自然危害等信息，设计制定应适合当地情况的设计方案，确保运行期间的稳定性。

3架空输电线路铁塔基础结构设计3.1插入角钢斜柱基础该基础型式采用铁塔主材角钢镶嵌与基础主柱的方式，基础主柱坡度与铁塔坡度保持一致。

架空输电线路铁塔结构与基础设计分析1. 引言1.1 研究背景架空输电线路是电力系统中常见的一种输电方式，其依靠铁塔作为承载结构，将输电线路悬挂在空中进行电力传输。

传统的架空输电线路铁塔结构设计主要侧重于结构的承载能力和稳定性，但随着电力系统的发展和技术的进步，越来越多的新型输电线路提出了对铁塔结构设计的更高要求。

在这种背景下，本文旨在对架空输电线路铁塔的结构设计进行深入分析，探讨目前常见的设计方法和存在的问题。

通过对铁塔的结构特点和设计原理进行研究，可以为设计者提供更科学、合理的设计方案，提高铁塔的稳定性和安全性。

本研究还将对架空输电线路铁塔基础的设计进行分析，探讨不同地质条件下的基础设计方法和优化方案。

通过对基础设计的深入研究，可以提高铁塔在不同地质条件下的承载能力，降低基础施工成本，确保输电线路的稳定运行。

本研究具有一定的理论和实际意义，对于提高架空输电线路的设计水平和运行安全性具有重要的参考价值。

1.2 研究目的本文研究的目的是对架空输电线路铁塔结构与基础设计进行分析，探讨其在实际应用中的优缺点和存在的问题。

通过深入研究，旨在为改进输电线路铁塔的设计提供参考和指导，提高其安全性、稳定性和可靠性。

通过对铁塔结构与基础设计的分析，可以为工程师提供更科学、更合理的设计方案，降低工程施工和运行维护的风险与成本。

本研究还旨在促进输电线路铁塔设计领域的发展与创新，推动相关技术的进步和提高。

通过对架空输电线路铁塔结构与基础设计的深入研究，有助于提高我国的输电线路建设水平，推动电力行业的可持续发展。

1.3 研究意义架空输电线路铁塔是电力系统中必不可少的组成部分，其结构设计和基础设计对输电线路的安全运行和稳定性有着重要影响。

本文旨在通过对架空输电线路铁塔结构与基础设计的分析，探讨如何提高其设计的科学性和可靠性，保障电力系统的正常运行。

研究的意义主要包括以下几个方面：架空输电线路铁塔的结构设计和基础设计直接关系到电力系统的安全性和稳定性。

输电线路杆塔的结构优化与分析输电线路杆塔是电力系统中的重要设施，用于支撑输电线路，保障电能的传输和分配。

杆塔的结构优化和分析是提高输电线路安全性能和经济性的关键。

本文将从杆塔结构的优化设计、力学分析、材料选用等方面探讨输电线路杆塔的优化与分析。

一、杆塔结构的优化设计输电线路杆塔的结构优化设计是提高杆塔整体性能并减少杆塔重量的关键。

优化设计的主要目标是确保杆塔的稳定性和抗风性能，同时降低运载杆塔的重量，减少杆塔成本。

通过数值模拟和实验数据分析，确定合理的杆塔高度、截面尺寸和杆塔架设方式等因素，以最大限度地提高杆塔的整体性能。

二、杆塔力学分析杆塔的力学分析是评估杆塔结构强度和抗风能力的基础。

杆塔承受的主要力包括垂直荷载、水平荷载和风荷载等。

在进行力学分析时，需要考虑杆塔的材料特性、截面形状和外部荷载条件等因素。

通过有限元分析等方法，分析杆塔在不同荷载作用下的应力和变形情况，评估杆塔的结构安全性能。

三、杆塔材料选用杆塔的材料选用是保证杆塔结构强度和耐久性的重要环节。

常见的杆塔材料包括钢材、木材和混凝土等。

钢材具有高强度、耐腐蚀性好等优点，广泛应用于输电线路杆塔。

木材在一些特殊环境下也被使用，但其强度和稳定性相对较低。

混凝土杆塔在高压输电线路中较为常见，具有良好的耐久性和稳定性。

根据杆塔的具体使用环境和技术要求，选择合适的材料，确保杆塔的结构安全和寿命。

四、杆塔结构优化与环境保护杆塔结构优化还需要考虑对环境的保护。

传统的杆塔设计和建设方式常常对环境产生一定的影响，例如土地利用、生态破坏等。

在进行杆塔设计时，需要充分考虑生态保护和环境可持续性发展的要求，减少对生态环境的破坏。

同时，根据地理地形和气候特点，优化杆塔的布局和高度，减少对风能利用和风景的影响。

总之，输电线路杆塔的结构优化和分析是电力系统中重要的研究方向。

通过合理的结构设计、力学分析和材料选用，可以提高杆塔的安全性能和经济性，同时减少对环境的影响，实现电力系统的健康发展。

1绪论大学生结构设计竞赛是教育部、财政部首次联合批准发文（教高函[2007]30号）的全国性9大学科竞赛资助项目之一。

大学生结构设计竞赛是一种培养创新意识、合作精神和工程实践的学科类竞赛，也是土木工程学科学生实践竞赛最高级别的赛事。

学生通过合理运用物理力学结合竹皮材料性能[1]等知识得到最终结构模型。

结构竞赛的发展有利于激发学生的主观能动性和独立性。

更有利于培养学生思维创造能力和实践动手能力。

2赛题简述本届大学生结构设计竞赛以应县木塔为依托，要求制作一座每层含8个挑檐加载点的三层木塔结构。

此外，木塔模型的尺寸还应保证处于规定的内外规避区范围内，且木塔各层外边界尺寸由低往高逐渐减小。

并规定在一定时间内完成模型制作。

其中外部挑檐和塔顶是比赛荷载加载点。

包括一级荷载的8个荷载点的竖向压力，主要是模拟木塔结构的抗压性能和抗拉性能。

二级荷载的2个荷载点的顺时针扭转力，模拟木塔结构的抗扭转性能。

三级荷载的1个荷载点固定方向的水平力，模拟木塔结构的抗拉性能。

每级荷载需维持10s 则算通过。

若在荷载期间模型出现垮塌或严重变形则算失败。

3杆件确定3.1杆件受弯性能分析以木塔整体结构上来看，梁的弯曲形变最大，若梁发生过度弯曲，则会导致模型整体发生形变，形变严重时甚至会导致模型垮塌。

当没有荷载时梁的下侧纤维受拉，上侧纤维受压。

从弯曲角度强度上考虑，合理的截面形状能够实现自身质量轻，抗弯能力强的特点。

经过多次的观察，发现矩形截面比圆形截面在相等的抗压环境下更加合理客观，且整体的质量相对较轻。

3.2杆件强度分析竹皮纸分为顺纹，横纹和斜纹三个方向，顺纹方向的抗拉强度，抗压强度最大，横纹方向最小。

顺纹的抗剪强度最小，而横纹最大，纹理交叉的相邻单板使得每个方向的强度都相对比较均衡，结合王汉坤[2]不同含水率对竹材的影响，表明得出当竹材中的含水率上升时，顺纹抗压、弯曲强度会下降，顺纹拉伸能力会加强。

但考虑模型在整体质量上有一定的要求，所以采用面板为单层竖纹竹皮纸每隔一定的间距横向设计竹制拉条，是面板竖向，横向强度都有均衡。

输电线路杆塔结构设计与安全分析1. 引言输电线路是将电能从发电厂输送到用户的重要途径，其中杆塔是支撑输电线路的重要组成部分。

杆塔的结构设计和安全分析对于确保输电线路的可靠运行至关重要。

本文将探讨输电线路杆塔结构设计与安全分析的相关问题。

2. 输电线路杆塔结构设计2.1 杆塔的类型和功能杆塔的类型根据输电线路的特点和需求决定，主要有悬垂塔、耐张塔和角钢塔等。

不同类型的杆塔承受不同的应力和荷载，因此其结构设计需要根据实际情况合理选择。

悬垂塔用于支撑输电线路的过渡杆塔，主要作用是承受电线重量和保持电线在合适的高度。

耐张塔用于承受输电线路的张力，主要作用是保持电线的水平张力，并通过绝缘子串将电线与杆塔绝缘。

角钢塔用于支撑输电线路在角点和转角处，主要作用是承受电线的拉力和侧荷。

2.2 杆塔的结构设计要考虑的因素杆塔的结构设计要考虑多个因素，包括荷载、持久性、地基条件、风荷载、地震荷载和冰荷载等。

在设计过程中，需要通过强度计算、稳定计算和刚度计算等方法，确保杆塔能够承受各种荷载条件下的力学和结构要求。

3. 输电线路杆塔安全分析3.1 强度安全系数强度安全系数是评估杆塔结构安全性的重要指标。

强度安全系数是指杆塔承受外力作用下的最大应力与杆塔材料的屈服强度之比。

通常情况下，强度安全系数应满足设计规范的要求，以确保杆塔在设计寿命内不发生延性破坏。

3.2 稳定性分析稳定性分析是评估杆塔结构在外力作用下抵抗倾覆、屈曲和滑移等破坏形态的能力。

稳定性分析主要包括几何稳定性分析和结构稳定性分析。

几何稳定性分析主要考虑杆塔倾覆和滑移的问题，通过计算抵抗倾覆和滑移的稳定性安全系数来评估结构的稳定性。

结构稳定性分析主要考虑杆塔抵抗屈曲现象的能力，通过计算抵抗屈曲的稳定性安全系数来评估结构的稳定性。

3.3 风荷载分析输电线路杆塔在风力作用下会受到风荷载的影响，因此风荷载分析是杆塔结构安全分析的重要内容。

风荷载分析需要考虑杆塔的几何形状、表面粗糙度、地理位置以及风力特性等因素。

CHINA MANAGEMENT INFORMATIONIZATION/大学生结构设计大赛竹制山地输电塔模型优化马文超,刘健,郑国旭,余明学,谷镇超,夏力库努尔·肉孜买买提(新疆农业大学水利与土木工程学院,乌鲁木齐830052)［摘要］竹材作为天然的绿色材料,具有良好的物理力学性能和加工性能,而输电塔作为输电通道最重要的基本单元,是输电线路的直接支撑结构。

文章结合大学生结构设计竞赛赛题以竹材为主要原料制作山地输电塔模型,结合迈达斯有限元软件,从制作工艺、结构特色等多个角度给出最优的模型。

［关键词］桁架结构;节点;优化;强度;稳定性doi:10.3969/j.issn.1673-0194.2021.17.062［中图分类号］F273.1［文献标识码］A［文章编号］1673-0194(2021)17-0151-03［收稿日期］2021-02-18［基金项目］2020年新疆农业大学校级一流本科课程(土木工程施工)建设项目2020XJYL23;2019年“水利水电工程”重点专业教育教学研究项目(工程施工技术课程建设与实践);2019年新疆农业大学校级大学生创新训练计划项目(大学生结构设计竞赛的竹结构模型设计与制作研究dxscx2020456);2019年新疆农业大学校级教研项目(土木工程专业认证准备过程中若干关键问题研究)。

［作者简介］刘健(1979-),男,乌鲁木齐人,新疆农业大学水利与土木工程学院副教授,硕士,主要研究方向:装配式建筑结构和BIM 工程技术应用(通信作者)。

1设计说明1.1方案构思本届大学生结构设计竞赛赛题要求结构满足尺寸、高度规定的同时,还能够良好适应六种荷载工况,其中,一、二级加载对应实际情况不同工况下输电线布置方式对输电塔的影响,其中一级加载主要模拟的是对结构构件抗压和抗拉能力的检验,二级加载对结构的主要影响为扭转作用,这就要求输电塔具有较高的抗压、抗拉、抗扭转能力,同时还要具有良好的稳定性,避免主要构件被破坏和模型超出允许的范围,三级加载对应着水平荷载(如风荷载)。

山地输电塔模型计算机仿真分析本文针对2019年第十三届全国大学生结构设计比赛中山地输电塔结构模型设计与制作。

将计算机仿真分析引入结构设计竞赛，有助于提高结构设计竞赛的分析和设计水平，对推动相关专业本科教学具有一定的指导意义。

标签：仿真分析;约束条件;结构大赛;结构优化结构设计比赛已被列为全国大学生科技创新赛事之一。

该赛事主要针对工程及相关专业的在校大学生，非常具有创造性和挑战性，巩固和提高学生的专业知识，培养学生的创新思维，应用和实践能力，强化团队意识和协作能力有很大帮助作[1] 。

比赛中对模型进行设计优化，让结构受力最优，能体现参赛者的工程技术程度和智慧[2] 。

文章以2019年第十三届全国大学生结构设计竞赛为背景，从材料特征、结构选型等方面，阐述了竹质结构模型设计优化的相关步骤和方法，并利用MIDAS分析软件对大赛模型优化选型提供有效思路。

1、赛题简介1.1模型概述要求设计并制作一个山地输电塔模型（以下简称“模型”），通过螺钉将模柱支腿固定在400 mm×400 mm×15 mm（长×宽×厚）的竹模上，模型的底面固定在薄模中心250 mm×250 mm正方形的正方形中，如图1a所示，底板中心点为o 点。

“高悬挂点”也可用作“水平加载点”低悬挂点应该是模具最远的外伸（悬要设计和制造山地输电塔模型），必须在模型上安装两个“低悬挂点”和一个“高悬挂点”臂）点，间隔薄模表面的高度应该在1000 mm～1100 mm的范围内。

底部表面上两个低悬点的投影应分别位于低悬挂突出部分，如图1a所示，分别位于上部和下部扇形环的阴影区域;底部悬挂点的高度应在1200mm～1400mm范围内，薄模表面的投影距离o不应大于350mm，高悬挂点应为模型的最高点。

模型低悬挂点和高悬挂点（和水平加载点）的垂直位置如图1b所示。

1.2加载概述荷载施加分三级，一、二级加载均为挂线荷载，分别在指定导线的加载盘上码放砝码，三级加载是通过侧向加载指导线施加侧向水平荷载。

附件1: 2024年“构力杯”第十七届全国大学生结构竞赛赛题《考虑水平振动的高耸塔式结构设计与模型制作》1.命题背景高耸塔式结构是建筑结构的重要类型，在电视塔、发电塔、观光塔中应用广泛。

由于其高耸入天，独树一帜，往往成为各地的一道亮丽景观。

随着我国经济高速发展，各个城市都兴建了地标性的塔式建筑，一方面满足功能需求，另一方面也丰富了城市面貌，显示了我国高超精湛的建筑技术和大国工匠精神。

广州塔（图1）外形奇特华美，纤细的塔身给人一种独特的视觉观感，是广东乃至华南地区的地标建筑之一。

其位于我国沿海地区，高耸的结构给抗风以及抗震带来极大的挑战。

由于在设计中充分考虑了各种不利工况，采用主被动联合控制阻尼器，控制结构的侧向位移和加速度，广州塔在面对2018年台风“山竹”时，依然能安全矗立。

除了预期荷载外，结构还可有一定的改进考虑突发的偶然荷载。

在2021年发生的深圳赛格大厦振动，更是引起了人们对结构风振控制的重视。

本次赛题以高耸塔式结构为基本单元，要求参赛者针对水平荷载、竖向荷载及水平振动复杂工况对其进行受力分析、结构设计、模型制作及加载试验。

图1 广州塔2.结构要求2.1 结构概述本竞赛需设计并制作一个塔式结构模型，结构形式不限。

如图2所示，加载前需要将指定质量的砝码固定在塔顶，结构底部固定在振动台上。

通过放置不同质量的砝码和施加不同的激励振动来实现不同工况下的结构受力。

参赛队员可在塔身设置附加质量块实现减振效果。

图2 模型及加载装置示意图2.2模型尺寸要求塔身内部给出圆柱体内规避区，外部给出圆柱外规避界限，如图3所示。

具体要求如下：（1）塔顶要求：塔顶需为水平面，平面标高为H，可以通过热熔胶可靠粘贴顶部砝码盘并放置顶部砝码，安装后的顶部砝码盘底面标高须与结构顶面要求高度H一致，以确保位移计能够可靠读数。

模型制作时间内，参赛队员应将顶部砝码盘固定位置外边界及朝向等用红色中性笔标志在模型顶部平面，顶部砝码盘中心点的平面投影须与模型底板中心点重合。

图3山字型结构图2Y字型框架结构山地输电塔模型设计选型与优化包淑珉，史佳遥，赖韬，邓洪永，张昊（南京工业大学土木工程学院，江苏南京211816）一、引言创新是民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭源泉。

全国大学生结构设计竞赛是土木工程学科创新性和实践性最高水平学科竞赛，被誉为土木皇冠上最“璀璨的明珠”。

自2005年浙江大学成功举办第一届全国大学生结构设计竞赛以来，至今已成功举办十三届。

该赛事创新的主旨十分契合大众创业、万众创新的号召，为广大青年学生搭建了一个展现其创新意识、合作精神和工程实践能力的平台。

本届赛题要求参赛队员针对静载以及荷载随机选位等多种工况下的山地输电塔结构进行结构选型、结构优化、模型制作及试验，并现场抽签决定三级加载工况，检验模型承受弯剪扭组合作用下的受力性能。

二、赛题简述本届大赛以“山地输电塔模型设计与制作”为主题，聚焦西部大开发和“一带一路”倡议，关注各地区能源分布不均衡，服务区域发展需求，具有鲜明的时代特点与国情特色。

赛题首次将材料利用率和制作时间计入评分标准项，同时，加载工况现场抽签决定，所以本届赛题更加凸显对实际问题的综合性考查。

竞赛赛题要求参赛队员以竹皮和竹条为原材料，在规定的16小时内设计并制作一个山地输电塔模型，模型须设置2个“低挂点”、1个“高挂点”（兼水平加载点），通过砝码进行加载，考验模型在弯剪扭组合作用下的受力性能。

加载工况随机抽取，且分三级加载，最大加载质量为46kg。

三、结构选型1.桅杆型结构。

桅杆型结构模型以三角形为基本构型，塔身为两端收缩成锥体的空间梭形格构柱，并采用拉杆将塔身和塔臂分别与底板相连，以保证结构的整体稳定性（如图1所示）。

将支座设为铰接，将荷载带来的弯矩与扭矩转化为杆件内部的拉力与压力，使结构受力合理并发挥每根拉杆的作用。

整个结构能够使荷载以最短的传力路径传到底板，在保证承载力的同时能够极大地减轻自重，达到轻质高强的目标。

浙江大学、浙江工业大学等参赛队均采用该种结构形式，并获得了一等奖。

附件：第五届中南地区大学生结构设计竞赛赛题高压输电塔结构设计一、选题背景高压输电塔线体系是高压电能的输送载体（如图1所示），是极其重要的生命线工程，具有塔体高、跨距大、柔度大等高耸结构和大跨结构的共同特点，对地震、强风等水平动力作用响应灵敏，容易发生振动疲劳损伤，甚至会引起结构倒塌破坏，造成严重的灾害。

图1 高压输电塔二、竞赛模型及制作要求2.1 竞赛模型采用高压输电塔作为竞赛模型，图2为输电塔实例照片（输电塔并不局限于该形式）。

(a) 轴测图(b)立面图(单位：cm) (c)俯视图(单位：cm)图2 模型示意图a ( cb ( d )2 ( 4 )1 ( 3 5 ( 76 ( 8 )图2为输电塔轴测图、立面图和俯视图。

数字1到6表示与输电塔连接的六根输电线（输电线方向沿Y 向水平布置），a 、b 、c 、d 分别为输电线与输电塔的连接点，其中a 点和b 点同高，c 点或d 点同高。

模型高度（Z 轴方向）为1000mm ，允许误差为±5mm ；a 点和d 点距底板高度为300mm ；c 点和d 点距底板高度为700mm ；1和2、3和4、5和6、7和8号输电线之间的间距均为300mm 。

模型底面X 和Y 方向尺寸限制在300mm ×300mm 以内，模型底脚用热熔胶固定于底板之上， 底板尺寸及预留空洞见图3所示。

2.2模型制作要求（1）输电塔采用格构式结构；（2）下部净空尺寸要求：底层中部空间能容纳一个底面直径250mm 、高700mm 的圆锥；（3）1和5号输电线与输电塔的连接点为同一点（即a 点），2和6号输电线与输电塔的连接点为同一点（即b 点），3和7号输电线与输电塔的连接点为同一点（即c 点），4和8号输电线与输电塔的连接点为同一点（即d 点）；（4）输电线与输电塔的连接点的悬挑长度l 不得小于90mm ；（5）除竖向高度外，模型其他尺寸精度要求为±3mm ；（6）加载点a 、b 、c 、d 处竖向配重各2 kg 。

重庆大学第十七届大学生结构设计竞赛赛题山地输电塔模型设计与制作1 命题背景输电塔（如图1所示）作为输电通道最重要的基本单元，是输电线路的直接支撑结构，为高耸构筑物。

由于输电塔所处环境复杂，承受包括风荷载、冰荷载、导地线荷载等多种荷载作用，其安全性和可靠性长期以来受到广大学者及设计人员的密切关注。

图1 输电塔2 模型概述要求设计并制作一个山地输电塔模型（以下简称“模型”），模型柱脚固定于400mm×400mm×15mm（长×宽×厚）的竹制底板上，模型底面尺寸限制在底板中央250mm×250mm 的正方形区域内，如图2（a）所示，底板中心点为O点。

模型上需设置“低挂点”2个、“高挂点”1个用于悬挂导线。

低挂点应为模型最远外伸（悬臂）点，距离底板表面高度为1000mm以上，2个低挂点在底板面上的投影应分别位于如图 2（a）所示的上、下扇形圆环阴影区域内；高挂点距离底板表面高度为1200mm以上，其在底板面上的投影距离O点不得大于 350mm，且高挂点应为模型的最高点。

模型低挂点、高挂点的竖向位置要求如图2（b）所示。

(a) 俯视图(b) 三维简图图2 输电塔模型尺寸要求（单位mm）3 加载概述山地输电塔模型的加载装置主要由承台板、下坡门架、上坡门架和侧向加载架组成，如图 3 所示。

导线悬挂在下坡门架、模型和上坡门架的对应挂点上，如图 4 所示。

加载前，将底板卡扣在承台板上，按如图所示方式挂上 3 根导线（导线1、2、6）、共9个加载盘，此时为“空载”阶段。

一、二级加载均为挂线荷载，分别在指定导线的加载盘上放置砝码。

图3 加载装置示意图(a) 三维简图(b) 俯视图图4 模型悬挂导线边界（单位mm）4 制作要求（1）模型、导线制作材料由科协统一提供，各参赛队使用的材料仅限于组委会提供的材料。

（2）模型采用竹材制作，竹材规格如表 3 所示，竹材参考力学指标见表 4。

1设计说明1.1方案构思本赛题要求结构满足尺寸、高度规定的同时,还能够良好适应二种荷载工况,其中,一、二级加载对应实际情况下不同工况下输电线布置方式对输电塔的影响,三级加载对应着水平荷载(如风荷载),受力特点主要为:压弯与扭矩作用组合荷载,模拟工况与实际工况相近,对于输电塔实际工程设计有较好的指导意义[1]。

根据大赛规则要求,考虑到竹材的力学性能、所施加荷载的大小及方式、结构刚度等方面的要求,兼顾节省材料、简洁美观的原则,我们使用比赛提供的竹条、竹皮、胶水等材料,设计并制作符合赛题要求的输电塔结构。

1.2结构方案整体结构主要采用格构立柱和桁架悬挑组成,主体立柱是由4根长柱组成,其主要承受一级和三级荷载组合作用的弯矩与压力,桁架式悬挑主要用于承担二级荷载所产生的扭矩[2]。

针对本次比赛的目的,模型的抗弯、抗扭、抗压性能得到充分的体现,同时限制模型的重量,展现良好的经济效益,对模型的结构形式以及承载能力提出了很大的要求。

基于此基础,塔身整体采用变截面设计,降低重心,柱高为930mm。

为了实现高层结构的整体稳定,防止出现失稳破坏,同时在立柱之间加入横撑用于减小立柱的长细比;悬挑设计为格构三棱柱,外伸长度为300mm。

为了提高抗扭性能,在柱间空格拉入竹条;为了满足模型高度要求,在主体立柱上加入2层空间桁架结构,把桁架式悬挑放在第一层桁架结构中。

在模型最高点与悬挑外伸点拉入竹条,提高整体稳定性[3]。

为了保证结构整体稳定性,立柱之间采用连杆连接,连杆选用截面为5mm×5mm的竹皮拼杆,且杆件内部布置多道加劲肋。

杆件之间采用竹皮拉条,传递受力[4]。

通过多次加载实验,对结构进行优化,最终确定连杆与拉条的布置形式,加强结构稳定性,保证结构联合受力,可靠传力。

1.3结构特色1)框架选型设计合理。

本结构选用格构立柱和桁架悬挑,其受力合理,形式美观。

2)节点的特殊加固。

根据Midas软件分析结果对不同受力情况的节点采用不同的加固方式,契合“强柱弱梁”“强剪弱弯”“强节点弱构件”的设计理念[5]。

架空输电线路铁塔结构与基础设计分析架空输电线路是电力系统中常用的输电方式之一，其主要由输电线路和铁塔组成。

铁塔作为架空输电线路的支撑结构，承受着输电线路的重量和风荷载等外部荷载，而铁塔的基础设计则是为了保证铁塔的稳定性和安全性。

架空输电线路铁塔的结构设计要满足一定的要求。

铁塔的结构必须能够承受输电线路的重量，包括导线、绝缘子串、横担等部件的重量。

铁塔还要能够承受风荷载、冰荷载等外部荷载的作用。

铁塔的结构还应具有一定的刚度和稳定性，以确保输电线路的安全运行。

在设计铁塔结构时，需要考虑铁塔的几何形状、材料的选择和构造的设计等因素。

铁塔的几何形状应根据输电线路的要求来确定。

常见的铁塔形状有直线塔、转角塔和终端塔等。

在选择材料时，应考虑到材料的强度、韧性和耐腐蚀性等因素。

目前常用的铁塔材料有角钢、钢管和钢板等。

在构造设计方面，要考虑到节点的刚度和连接方式的可靠性等因素，以确保铁塔的稳定性和安全性。

除了结构设计外，架空输电线路铁塔的基础设计也是十分重要的。

铁塔基础主要承受铁塔的重量，并将其传递到地基中，保证铁塔在风荷载等外部荷载作用下的稳定性和安全性。

在基础设计中，需要考虑到地基的承载能力、地质条件、环境要求以及地震等因素。

常见的铁塔基础形式有浅基础和深基础两种。

浅基础包括台基、板基和筏基等，适用于土质良好、地质条件较稳定的地区。

深基础包括桩基和井筒基等，适用于土质较差、地质条件较复杂的地区。

架空输电线路铁塔结构与基础设计是确保电力系统正常运行和安全稳定的重要环节。

合理的结构设计和基础设计能够保证铁塔的稳定性和安全性，提高线路的可靠性和稳定性，为电力系统的运行提供保障。

在进行架空输电线路铁塔的结构与基础设计时，需要综合考虑线路要求、材料选择、地质条件等因素，并参考相关规范和设计规定，以确保铁塔的质量和安全。

“大鹏展翅”输电塔结构模型设计理论方案浙江省大学生结构设计竞赛组委会二OO七年十月目录序 (2)1. 设计说明书 (4)1.1 研究背景和意义 (4)1.2 结构的构思和结构的选型 (4)2. 方案图 (7)2.1 模型三维图 (7)2.2 模型三视图 (8)2.3 主要构件图 (9)2.4 支座与连接详图 (10)3. 计算书 (11)3.1 计算模型 (11)3.2 荷载分析 (11)3.3 内力分析 (12)3.4 整体结构水平方向变形分析 (13)3.5 材料的力学性能与粘结工艺 (13)四研究中存在的问题及反思 (14)序输电塔作为这个电器的时代的支撑点，她需要耐人寻味的体态，轻盈的身躯，以及一副刚强的骨架。

一个构筑物第一时间传递给我们是视觉上的冲击，那就是外形。

自身的重量是任何物体所必须克服的，轻盈的身躯将为基础减去相当的负担。

承受再轻的重量，也必须有相应的骨架。

面对高耸的输电塔更是如此。

一副合理的骨架结构是承载能力的关键。

短短10年时间内我国输电线路长度增加了一倍多。

在电网建设的过程中，输电塔也得到了前所未有的发展，从早期的以木材为主要材料作为输电杆，到后来以钢筋水泥杆为主要材料作为输电塔，到现在的以钢材为主要材料作为输电塔；塔重从单基重量1－2吨，发展到现在最大单基塔重3980吨；塔高从几米发展到2004年10月建成投产的江阴段长江大跨越，塔高346.5米，是世界输电第一高塔。

因而在此次我们主要考虑以下几个方面来来设计我们的结构：承载能力高、自重轻、结构稳定，合理、外形新颖、符合实际制作、使用时结构变形小。

满足以上各个方面，我们舍弃了传统的类似于筒体的桁架，采用了单刚片受扭的双刚片交叉结构。

她作为一个刚片受水平垃力，可以减少较多面上的短杆件的使用。

自重轻，耗材少。

外形更是完成了一个突破。

同时长杆件的使用减少了结点的处理更符合实际制作的要求。

更为了使结构为创新，经济，美观，使用，我们采用了双刚片X交叉的结构。

大学生结构设计竞赛输电塔模型设计与分析苏骏，杨硕，余佳力，李扬（湖北工业大学土木建筑与环境学院，湖北武汉430068）引言在土木工程高等教育中，结构设计竞赛可以为土木相关专业的大学生提供一个展现自我创造力的平台，使其创新探索、实践动手等方面的能力得到充分的锻炼和提升[１]。

鉴于此，为将所学专业知识运用到工程实践，提高大学生团队协作能力和创新意识，我校参加了竞赛题目为“山地输电塔模型设计与制作”的2019年全国大学生结构设计竞赛。

[２]一、结构方案选型分析（一）方案构思分析赛题后，选择以实际输电塔结构为背景，参考其对设计此次竞赛输电塔结构模型的指导作用，总结出以下几个难点：①分析承受不对称竖向荷载时结构承载力及变形性能；②分析承受竖向和变方向水平向荷载时结构的承载力；③控制结构质量、减小所受应力以及提高结构的刚度之间做到合理平衡的方法。

（二）结构选型通过反复计算和加载试验，最终模型经优化后选定了带长拉索的塔式结构，0°、15°和30°模型相同（如图1所示），为了避免45°工况时模型与加载装置碰撞将高挂点向外水平偏移。

模型采用等腰直角三角形截面（如图2所示），由横梁划分的塔体层数由四层改为三层，之间用交叉拉带相连，大大减少了构件数量。

但因此梁柱受力较大，尤其是在二级扭转情况下大量的圈梁拉带受力较大，此问题通过调整杆件截面和厚度得以解决。

悬挑水平偏移45°以减小导线张力的水平分量，减小了扭矩以及倾覆力矩，并且仅保留下弦两根杆件，上弦杆则用连接高挂点和低挂点的拉带代替。

将上弦拉杆改为拉带使应力集中，随构件受拉力因此加大但采用拉带充分利用了竹材抗拉不抗压的特性，并且减少了节点拼接的构件降低了节点处理的难度。

另外利用偏移的低挂点，设置两条长拉索，连接于低挂点和塔底，以此抵抗二级的扭转作用将低挂点所受拉力传递至柱脚避免塔身受力过大。

但由于制作误差长拉索很难在开始加载时立即发挥作用，所以要在一定程度上降低塔身刚度以使模型发生扭转变形，进而使长拉索充分发挥作用。

山地输电塔模型计算机仿真分析作者：赵雄辉马云飞陶杰来源：《科学与技术》2018年第18期摘要：本文针对2019年第十三届全国大学生结构设计比赛中山地输电塔结构模型设计与制作。

将计算机仿真分析引入结构设计竞赛，有助于提高结构设计竞赛的分析和设计水平，对推动相关专业本科教学具有一定的指导意义。

关键词：仿真分析；约束条件；结构大赛；结构优化结构设计比赛已被列为全国大学生科技创新赛事之一。

该赛事主要针对工程及相关专业的在校大学生，非常具有创造性和挑战性，巩固和提高学生的专业知识，培养学生的创新思维，应用和实践能力，强化团队意识和协作能力有很大帮助作[1]。

比赛中对模型进行设计优化，让结构受力最优，能体现参赛者的工程技术程度和智慧[2]。

文章以2019年第十三届全国大学生结构设计竞赛为背景，从材料特征、结构选型等方面，阐述了竹质结构模型设计优化的相关步骤和方法，并利用MIDAS分析软件对大赛模型优化选型提供有效思路。

1、赛题简介1.1模型概述要求设计并制作一个山地输电塔模型（以下简称“模型”），通过螺钉将模柱支腿固定在400 mm×400 mm×15 mm（长×宽×厚）的竹模上，模型的底面固定在薄模中心250 mm×250 mm 正方形的正方形中，如图1a所示，底板中心点为 o点。

“高悬挂点”也可用作“水平加载点”低悬挂点应该是模具最远的外伸（悬要设计和制造山地输电塔模型），必须在模型上安装两个“低悬挂点”和一个“高悬挂点”臂）点，间隔薄模表面的高度应该在1000 mm～1100 mm的范围内。

底部表面上两个低悬点的投影应分别位于低悬挂突出部分，如图1a所示，分别位于上部和下部扇形环的阴影区域；底部悬挂点的高度应在1200mm～1400mm范围内，薄模表面的投影距离o不应大于350mm，高悬挂点应为模型的最高点。

模型低悬挂点和高悬挂点（和水平加载点）的垂直位置如图1b所示。

第七届结构设计大赛细则一、大赛题目输电塔结构模型设计与制作。

利用指定的材料，设计并制作一个输电塔结构模型，承受一定的竖向和水平静荷载。

具体竞赛内容包括：方案设计与理论分析、结构模型制作、作品介绍与答辩、模型加载试验。

模型制作材料为：牛皮纸、腊线、白胶，固定模型的底板为木工板。

材料由组委会统一提供，不得使用非组委会提供的其它任何材料。

否则，一经查实，取消其参赛资格，并予以通报。

二、大赛要求1、参赛要求(1) 参赛内容应包括理论设计方案和结构模型两部分。

(2) 每个赛队只能提交一份作品，并对模型命名。

(3) 每位学生只允许加入一个参赛队，各队应独立设计、制作。

比赛时，任何人不得为参赛队提供帮助和指导。

一经查实，将取消参赛资格。

(4) 各参赛队必须在规定时间和地点参加竞赛活动，缺席者作自动弃权处理。

竞赛期间不得任意换人，若有参赛队员因特殊原因退出，则进行缺席竞赛。

2、理论方案要求结构设计理论方案内容包括：方案图和计算书。

方案图包括若干结构图及主要构件、结点详图；计算书包括荷载分析、内力分析、结构选型、计算简图、承载能力估算等。

3、模型制作要求(1) 模型制作材料由竞赛组委会统一提供。

各参赛队在规定时间内完成模型制作，最终模型需与提交的结构设计方案相一致。

(2) 模型结构形式和总高度不限。

模型的主要受力构件应合理布置，整体结构应体现“创新、轻巧、美观、实用”的原则。

(3) 参赛队在模型上设置两个加载点A和B（必须关于底版中心线对称），距底板高度为500±5 mm，距底板中心线水平距离为120±5 mm(用于设置加载点的结构的端面距底板中心距离不得超过125mm)。

每个加载点均要求设置可以施加水平力和竖向力的拉线环各一个，同时各固定一块与水平力相垂直的20mm×20mm测试板C（测试板由赛指导小组统一提供），以布置位移测点。

详见示意图。

（同时，各加载点还必须提供一个与水平力相垂直的20mm×20mm测试面C（详见示意图），该测试面必须有足够的刚度，以测量加载点的位移。

第4期（总第228期）0引言输电塔是电力行业传输电力资源的一个基本结构，由导线把各个独立的输电塔连接而成一个系统。

随着我国电网建设的发展，输电线路长度成倍增加，输电塔遍布各地，而其所处环境复杂，承受包括风荷载、恒荷载、冰荷载、导线荷载等多种荷载作用，其安全性和可靠性长期以来受到广大学者及设计人员的密切关注。

特别是随着近年来我国钢铁产业的发展以及特高压输电通道所采用的输电塔正逐步趋于大型化，出现了多种有趣的结构型式。

福建省第十二届结构设计竞赛赛题将工程中常见的输电塔作为设计主体，在不同角度、不用工况的共同作用下受力，以求结构模型质量最轻、承载力最大为最优模型。

1模型要求1.1模型参数输电塔模型由底板和上部结构组成。

底板采用竹集成板材，规格400mm×400mm，厚度15mm。

上部结构总高度为1300mm，高挂点距离底板的高度为1300mm，低挂点为模型最远外伸点，距离底板高度为1060mm，水平投影距离底板中心点的距离为36mm。

1.2竹材力学指标上部结构模型采用竹条与竹皮制作，竹材力学指标为密度0.8g/cm3，弹性模量6GPa，顺纹抗拉强度60MPa，抗压强度30MPa。

1.3荷载参数根据抽签结果，一级加载，自选3根指定导线中的1根，在其上所有加载盘上放置砝码，该级砝码总质量为12kg；二级加载，在一级荷载保持下，对剩余2根指定导线上所有加载盘内放置砝码，该级砝码质量为24kg，模型累计承受荷载总质量36kg（一级12kg+二级24kg）；三级加载，在一级、二级荷载保持下，对模型“水平加载点”通过“砝码+引导绳”的方式施加侧向水平荷载，荷载大小取10kg，模型累计承受荷载总质量为46kg（一级12kg+二级24kg+三级10kg）。

2设计思路输电塔在偏心导线荷载作用与水平荷载作用下，由于其自重轻、刚度小，容易发生弯扭破坏，设计不当甚至可能发生倾覆破坏，因此如何提高结构的强度、刚度又尽可能地减轻自重是设计的关键。