输电线路铁塔结构优化设计的几点思路_郭翔.pdf
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1、书书书 输电线路铁塔结构优化设计的几点思路郭翔(内蒙古鲁电蒙源电力工程有限公司)摘要:铁塔结构设计是在满足线路电气间隙要求的基础上,通过荷载计算与组合,杆塔结构型式选择,结构内力与变形计算分析,强度、稳定和刚度等计算,得出最优的杆塔型式的过程。关键词:铁塔;结构设计;强度;可靠度 引言输电线路主要由五大部分组成,即线、金具、绝缘子、塔和基础,杆塔是组成输电线路的重要部分之一,其造价占工程本体的 以上,杆塔的选型取决于输电方式(单回、多回、交直流、紧凑型、电压等级)、路径情况(沿线的规划情况、房屋、林木等)、地质情况、地形条件和使用条件,杆塔设计时应在满足上述要求的前提下,根据综合技术经济比较,
2、精心设计,以实现安全、经济、环保、美观的目标 。铁塔结构优化的主要原则杆塔结构优化,应以达到安全可靠、先进适用、经济合理为目标。()确保铁塔有足够的强度和稳定性以保证线路的安全运行。()尽可能减少线路走廊宽度,节省走廊清理费用,保护环境。()采用先进、合理的构造减小铁塔钢材耗量,从而降低工程造价。结构优化主要从以下几个方面进行 -:()在结构型式上,塔身有最优的坡度。()铁塔构件的布置合理、结构型式简洁,传力路线直接、简短、清晰。()尽可能少用隔面,隔面要采用几何不变结构,隔面结构要合理。()斜材尽可能直接连于主材,尽可能少采用节点板。()合理划分节间,充分发挥构件的承载能力。依据的规范、规程
3、 -架空输电线路设计规范 -架空输电线路杆塔结构设计技术规定 -钢结构设计标准 电力工程高压送电线路设计手册 -输电线路铁塔制图和构造规定 优化方法.动态规划法和满应力准则法相结合的设计方法下面给出具体计算方法。目标函数为:,()式中,为子结构数;为第 个子结构的杆件数;为第 个子结构的第 杆件的截面面积。约束函数为:()(),(),(),()式中,为子结构连接节点数;为表示工况;为工况数。对于第(,)个子结构,用满应力准则作为最优决策。.满应力算法()比例步(),()对(),(),(),)进行各工况的有限元结构分析,求出第 个子结构各杆的最大内力(),进而电气技术与经济 技术与应用 计算应力
4、比(),其表达式如下:()()()其中,()()()。用()分别修改各杆的截面面积,得到()()()。()射线步对(),(),(),)作各工况的有限元结构分析,求出各杆的最大内力(),进而计算应力比(),其表达式如下:()()()其中,()()()。找出()(),(),(),)用()统一修改各杆的截面面积,得()()()。()计算。()以()为初始值重复进行比例步、射线步,即进行迭代。()迭代终止条件:若上次的 小于或等于下次的,则停止迭代。.动态规划计算法用满应力准则法确定第 个子结构。在第 个和第 个子结构相连的节点上,把第 个子结构在各种工况下的内力作为第 个子结构的荷载。用满应力法确定
5、第 个子结构。递推进行到最后一个子结构。最后一个子结构的最优解,也就是整个杆塔的最优解。铁塔材质的选用铁塔构件应首先采用运输方便易于组装的轻型材料,国内常用的输电杆塔的构件截面形式主要有角钢和钢管两种,这两种构件组成的塔型均有各自的特点。.角钢塔优点和不足角钢结构是输电线路最常见的杆塔结构,相关内容的设计、实践经验也比较丰富。综合起来角钢塔有以下优点 :()积累了比较丰富的设计经验,有成熟的设计规程、规定作为设计依据;()加工制造简单,焊接工作量小;()杆件轻;()角钢市场供应充足,单价较低等。角钢塔存在的缺点:()角钢连接会产生一定的附加弯矩,会降低承载力;()截面回转半径小;()存在明显的
6、最小轴,抗扭能力差;()风载体型系数大等。.钢管塔的优缺点.钢管塔的优越性 ()钢管塔的风压体型系数小杆塔受力很大一部分为风荷载导致,圆管截面载风时,阻力系数要低于角钢截面的阻力系数。根据 -建筑结构荷载规范,钢管截面的体型系数仅为角钢的 ,对于将大风荷载作为受控荷载的输电钢塔,采用钢管杆件可以有效减轻塔重和造价。()钢管截面回转半径大钢管和角钢相比,相同截面面积杆件的回转半径更大。回转半径大,计算长度则小,整体稳定性大大提高。钢管构件承载能力高,可以集多回路于一身,相比角钢塔同样的荷载可以使用较小的铁塔根开,这样线路走廊可以减少很多,大量节约用地。截面积相当的钢管和角钢回转半径比较见表 。表
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