1、    我國輸電線路桿塔結構研究新進展    張文瀚 楊國峰 張帥摘 要：特高壓電網的建設、輸電新技術的推廣應用給輸電線路桿塔的研究提出許多新的課題，安全可靠、經濟合理是桿塔結構研究的主要目標和方向。文章介紹了我國輸電線路桿塔結構近年來在荷載取值、節點構造、結構優化、風致振動（塔線耦合振動和鋼管塔微風振動）以及新材料應用（高強鋼、鋼管、耐候鋼和冷彎型鋼）等方面的研究進展以及工程應用情況。并根據研究現狀和社會經濟發展需求，提出我國桿塔結構在設計理論和方法、承載性能試驗以及新材料應用、新塔型等方面需要進一步研究的內容。關鍵詞：輸電線路 桿塔 進展0.引言輸電

2、線路桿塔是支承架空輸電線路導線和地線并使它們之間以及與大地之間保持一定距離的桿形和塔形的構筑物，其安全可靠性直接關系到整個輸電線路的安全運行。在架空輸電線路工程中，桿塔建設費用約占本體投資的30%甚至以上，直接決定著線路的經濟性。隨著我國特高壓電網的建設以及同塔多回線路、緊湊型線路、大截面導線等輸電新技術的推廣應用，輸電線路電桿塔大荷載、大型化的趨勢愈發明顯?！百Y源節約型、環境友好型”社會的建設、大電網的安全穩定性、氣候變化復雜異常對桿塔結構的安全可靠性、經濟性、環保性能等都提出了更高的要求，輸電線路桿塔結構研究面臨新的挑戰。本文對我國輸電線路桿塔結構在荷載取值、結構優化、新材料應用、抗風設計

3、等方面的研究進展加以介紹，并且根據研究現狀和社會經濟發展需求，提出研究需要進一步加強的內容。1.輸電線路桿塔結構研究的主要內容1.1 桿塔荷載對桿塔荷載的研究，主要研究結構重要性系數、風荷載重現期、最小設計風速等的取值和桿塔的靜力和動力風荷載計算方法以及桿塔荷載的組合和取值原則。結構重要性系數和風荷載重現期，主要基于對結構可靠度指標的分析來確定；風振系數主要針對高塔來進行；荷載組合主要研究導線的斷線原則、張力取值以及與風、冰荷載的組合條件。這些外荷載取值的研究，目的是掌握桿塔外部荷載更為合理的作用和變化規律，為桿塔結構設計提供較為客觀的依據。1.2桿塔結構設計方法桿塔結構設計方法的研究，一方面

4、是研究桿塔結構設計中的分析計算力學模型、桿件承載力計算方法、桿端節點構造設計計算方法等；另一方面是研究桿件選型、塔頭型式、塔腿型式、坡度、根開以及塔身斷面、塔身斜材、橫隔面等的布置與優化方法。目前，鐵塔一般按照理想鉸接的整體空間桁架來設計。假設節點的約束為理想鉸接，將整個塔架作為超靜定空間體系，根據平衡條件和變形協調關系求解塔架的內力和變形，再根據強度和穩定性條件完成鐵塔設計的選材工作。我國輸電線路桿塔結構的設計方法1994 年以前一直沿用前蘇聯的容許應力設計方法（單一安全系數法），1999 年改為以概率論為基礎的極限狀態設計法，采用分項系數的設計表達式。2.我國輸電線路桿塔結構研究新進展2.

5、1桿塔可靠度及荷載取值研究（1）特高壓桿塔可靠度分析 。結構可靠度是對結構可靠性的定量描述，即結構在規定的時間內、規定的條件下，完成預定功能的概率。在特高壓輸電線路目前還缺乏運行、失效等統計資料的情況下，確定特高壓桿塔的可靠度可以借鑒現有的 500kv線路的可靠度，并使特高壓桿塔結構的可靠度指標與500kv線路的相協調。調查統計分析表明，我國 500kv線路桿塔結構的可靠度指標3.2，基本滿足建筑結構可靠度設計統一標準安全等級為二級的延性構件目標可靠度的要求。特高壓輸電線路輸送容量是 500kv線路的 5倍左右，且多用于跨區域聯網的骨干網架，其可靠度應比 500kv線路高一個等級。按建筑結構可

6、靠度設計標準規定，特別重要的結構安全等級應屬一級，特高壓輸電線路歸于一級較為合理，其延性破壞構件的可靠度指標不應小于 3.7。因此，對同類結構 500kv線路實際可靠度的校準及對特高壓線路重要性的分析得出，特高壓桿塔結構目標可靠度不宜低于 3.7。（2）特高壓桿塔的荷載取值。結構的失效狀態與外部作用直接相關，輸電線路桿塔主要承受的外部作用是風荷載，因而結構可靠度與風荷載直接相關。按照特高壓線路桿塔構件目標可靠度不應小于3.7 的要求，可推算確定桿塔結構重要性系數宜取 1.1，風荷載重現期宜為100年。2.2 桿塔風振研究架空線路是由多跨導線與多座桿塔、基礎以及附屬連接件等組成的連續、耦合的空間

7、體系結構。在目前的線路設計中，通常將各組成部分作為彼此獨立的對象分別進行受力分析，不考慮桿塔與導線振動的相互影響。但對于大跨越、特高壓和一些同塔多回線路，桿塔與導線之間的振動相互作用明顯增強，需要在線路設計和運行中考慮這一耦合振動。利用一塔兩線模型分析得到的系統動力特性，與三塔兩線等其它更為復雜的模型得到的結論基本一致。導線的邊界約束條件對其振動特性的影響也不顯著。2.3 鋼管在輸電鐵塔上的應用研究圓截面鋼管的空氣動力學性能好，受力各向同性，截面抗彎剛度大。輸電鐵塔采用鋼管構件，不但可以減小塔身風載荷，還能充分均衡地發揮材料的性能，減小桿件長度，提高結構的穩定性，特別是對于結構幾何尺寸較大、桿

8、件較長的大型鐵塔，這種優越性更為明顯。在受拉桿件中采用的鋼管截面與角鋼截面相等，此時鋼管不顯現其優勢，主要是由于用鋼量相等而鋼管造價高。但在壓彎構件中，在同時滿足穩定的條件下，鋼管的截面要比角鋼省35%左右，而且在承受風荷載時，鋼管的體型系數僅為相應角鋼體型系數的0.60.8倍，且擋風面積較角鋼小 20 % 40 %。在滿足相同強度、剛度和穩定要求時，當鋼管塔呼稱高度超過30m 時，其造價就低于角鋼塔，而且隨著塔高的增加優勢愈加明顯。根據大量的統計計算和工程經驗，在一定塔身坡度時，當鋼管塔相對于角鋼塔的重量減小超過 20%時，鋼管塔比角鋼塔造價低。對于那些四拼角鋼也不能滿足承載力要求的桿塔或者

9、是跨越高塔，以及走廊狹窄或有景觀要求的地區（城市及周邊、風景保護區等），適宜采用鋼管塔。3.我國輸電線路桿塔結構的未來研究方向3.1設計理論體系總體來看，我國輸電線路鐵塔結構設計理論較為傳統，需要適應發展需求，形成完善的更為先進的理論體系。常規的設計方法是以線彈性結構分析理論為基礎的，如何將結構分析的非線性理論、桁架結構極限設計的理論和方法等現代結構分析方法應用到輸電鐵塔設計中，需要研究。在加工誤差、初位移、初應力對桿件承載力的影響等方面，還缺乏深入研究和明確結論。需要繼續研究導線與桿塔、桿塔與基礎的相互作用，并在此基礎上，研究導線、桿塔以及基礎的一體化設計方法。3.2荷載取值桿塔荷載的取值，目前偏重于與靜力風荷載有關的幾個關鍵參數的研究。對于動力風荷載的取值，還缺乏較為深入和系統的研究。對冰荷載的取值，由于線路地形復雜、幅員遼闊以及可供利用的氣象資料較少，目前大多根據調查數據和工程經驗來確定，尤其是微地形、微氣象區域的冰荷載的取值，研究工作偏弱。對風、冰荷載組合以及與斷線工況組合的取值，也需要加強研究。結束語：新的發展趨勢和新的發展要求對以往的桿塔設計方案和思想都提出了新的挑戰，要求在桿塔結構設計方面必須尋求新的突破。這些都要求我們要不斷加強桿塔結構的研究工作，為保障線路的安全可靠運行不斷提供堅強支撐。參考文獻：1楊靖波，李正，江俊.