钢管杆的设计与计算
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摘要:本文结合近年来用电负荷迅猛增加及钢管杆的特点,首先阐述了钢管杆设计型式和设计载荷,进而分析了钢管杆的计算。
关键词:钢管杆;设计;计算
一、概述
近几年来,由于城市建设高速发展,用电负荷迅猛增加,供电网络已不能满足用电发展的需要,势必要新建一批高压进城线路,对原有的城网线路进行增容改造。传统的空间立体衍架式铁塔,占地面积大,它的造型又与现代化城市环境很不协调。采用高压电统造价昂贵。采用钢筋泥凝土电杆,它的纵向、环向裂纹问题,一直未能得到很好的解决。采用拔梢型钢管秆用环形或多边形截面型式,结构简单,受力清楚,加工制造容易,施工方便,运行安全可靠,维护工作量少。
钢管杆的主柱不像钢筋混凝土杆那样,受钢模长度、直径的限制,可根据结构受力、变形等要求,较随意调整杆段长度、坡度、壁厚等设计参数,使设计更趋于合理化。头部两侧布置成对称(或非对称)型横担根据具体情况横担造型可适当工艺性美化,架上导线、地线,造型美观大方,在解决城市电网建设、节省土地资源的同时,又美化了现代化城市的整体环境。主要缺点是,它比铁塔、钢筋混凝杆的造价高,使用前要综合分析,做好全面的技术经济比较。设计中应认真贯彻执行国家的基本建设方针和技术经济政策,各有关标准和规范。
二、钢管杆设计型式
1.按导线排列方式
单回路钢管杆导线为三角形排列,主要有“上字型”“干字型”。
双回路或多回路钢管杆,导线多为左右对称布置,垂直排列,有“鼓型”“正伞型”“倒伞型”等。
2.钢管杆的种类
无论单回路、双回路或多回路的钢管杆,按其用途可分为直线杆、转角杆、耐张杆、终端杆、分歧秆、换位杆等。
3.钢管杆的横担型式
横担由角钢组成的平面衍架,亦称为片横担;也有用钢板焊成工字型或箱型的变截面型式。为了节省材料及充分利用电气间隙,横担设计成弧线或折线型,从顶部至根部为变截面型式,增加了杆型的整体美观性。
三、设计载荷
钢管杆所承受的荷载主要有:水平荷载(它包括横向与纵向的荷载)和垂直荷裁。横向荷载是指垂直线路方向,即指沿横担方向的荷载,如直线杆的地线、导线水平风荷载,转角杆的地线、导线的张力产生的水平分力等。纵向荷载是指垂直于横扭方向的荷裁,如导线、地线的张力在垂直横扭或地线横扭(地线支架)方向的分力等。垂直荷裁是指垂直于地面方向的荷载,如导线、地线的重力等。水平荷裁也包括在风作用于钢管杆身、横担等产生的横向或纵向荷裁。垂直荷载也应计及杆塔本身的重力。
钢管杆的设计荷载所涉及到的荷载计算、荷载组合的基本原则、基本方法等,应遵照《送电线路杆塔设技术规定》等相关技术规定。
1、导线及地线风荷载的标准值
式中 V--------基准高度的风速V, m/s;
--------基准风压标准值,KN/
式中――垂直于地线或导线方向的水平荷载标准值,KN.
――风压不均匀系数,按表1取用。
――风压高度变化系数,按表2取用。
――导线、地线的体型系数;线径小于17mm或覆冰时(不论线径大小)取=1.2;线径大于或等于17mm时,应取=1.1。
d――导线、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。
――杆的水平档距,m。
――风向与导线或地线方向之间的夹角,(°)。
表1风压不均匀系数
基准高度风速v(m/s) ≤15 20≤v
1.0 0.85 0.75 0.7
表2风压高度变化系数
高地面高度(s) 10 15 20 30 40 50 60
0.88 1.0 1.10 1.25 1.37 1.47 1.56
注:中间值按插入法计算
2、 杆身风荷载的标准值
杆身风荷载的标准值:
式中――作用在杆身上单位高度的风荷载标准值,kN/m;
――风载体型系数,按表3取用;
――杆身风荷载调整系数,按表4取用;
D――杆身直径的平均值,m。
表3风载体型系数
端面形状 风载体型系数
环形及十六边形 0.9
十二边形 1.1
八边形及六边形 1.2
四边形 1.6
注:已包括杆身附件的影响。
表4杆身风荷载调整系数
杆全高(m) 20 30 40 50 60
66kv及以下 1.0 1.20 1.20 1.20 1.50
110―220kv 1.0 1.25 1.35 1.50 1.60
注:中间高度值按插入法计算
3、绝缘子串风荷载的标准值
式中――绝缘子串风荷载的标准值,kN;
――绝缘子串承受风压面积计算值,m2
四、钢管杆的计算
钢管扦的强度、稳定和连接强度,应按承载能力的极限状态,采用荷裁的设计值和材料强度的设计值进行计算;钢管杆的变形,应按正常使用极限状态的要求,采用荷载的标准值和正常使用规定限值进行计算。钢管杆的计算应考虑挠度的二次效应影响,为简化计算,可把计算公式中的弯矩值乘以1.05――1.10的增大系数。
1、钢管杆常用的材料性能
钢管杆常用的材料性能见表5。
2、钢管杆的断面特性钢管杆的断面性能见表8。
表5钢材(钢板)机械性能
3、钢管杆的构件计算
(1)构件的轴心受拉计算:
式中――轴心拉力,N;
――构件净截面面积, ;
f――钢材的强度计算值,(N/mm2 )
(2)多边形构件的压弯局部稳定计算;
1)多边形构件的压弯局部稳定的强度设计值
①当b/符合以下要求时,其强度设计值取钢材的设计值。
四边形、六边形、八边形
当
十二边形
当
十六变形
当
式中――多边形构件压弯局部稳定的强度设计值,N/ ;
②当b/不符合上述公式要求时,其强度设计值按下式计算:
四边形、六边形、八边形,当
=1.42f(1.0-0.000448•b/)
十二边形,当
=1.45f(1.0-0.000507•b/)
十六变形,当
=1.42f(1.0-0.000539•b/)
2)多边形构件的压弯局部稳定计算
(3)环形构件压弯局部稳定计算
1)环形构件压弯局部稳定强度设计值
①当 /符合下列要求时,受压和受弯局部稳定强度设计值取钢材的强度设计值
②当不符合上述公式要求时,其强度设计值按下式计算
2)环形构件压弯局部稳定计算
(4)多边形或环形构件的弯曲强度计算
(5)多边形或环形构件的切力强度计算
(6)多边形或环形构件的复合受力强度计算:
参考文献
[1]丁海方, 邓永宏. 浅谈送电线路钢管杆基础设计[J]. 山西建筑, 2009,(06)
[2]涂崇巍,郭耀杰. 钢管杆输电线路中K值的取值原则[J]. 武汉大学学报(工学版), 2008,(S1) .
[3]林世袍. 钢管杆横担结构设计[J]. 水利电力机械, 2007,(11) .