110KV输电线路转角塔设计毕业设计

毕业设计（论文）
题目厦门市李同线110KV输电线路转角塔设计 学生姓名 学号 专 业 输电线路工程 班级 指导教师 评阅教师 完成日期 2014年 X 月X日 目 录 摘要 1 前言 3 1输电铁塔简介 4 1.1 国内外输电事业的发展状况 4 1.2 输电线路耐张塔的现状及存在问题 5 1.3 输电铁塔的特点和分类 6 1.4 输电铁塔设计的复杂性 6 1.5 设计步骤 6 2设计条件选择 7 2.1原始资料及主要参数 7 2.2架空线应力弧垂计算 8 2.3金具的选用 13 2.4塔头尺寸的确定 16 3 铁塔的荷载组合及计算 18 3.1运行工况杆塔荷载计算 18 3.2断线时杆塔荷载计算 22 3.3安装工况荷载计算 26 3.4杆塔风荷载计算 27 4 铁塔的内力计算 28 4.1塔身受压计算 29 4.2塔身受扭计算 32 4.3塔头内力的计算 34 4.4 塔腿内力的计算 36 4.5 受压构件稳定性的计算 40 5 铁塔节点连接计算 41 5.1螺栓数目的计算 41 5.2 铁塔节点的设计 42 6 铁塔的稳定计算 43 6.1 等截面格构式柱的强度和稳定计算 43 致 谢 45 参考文献 46 厦门市李同线110KV输电线路转角塔设计 学 生：
指导老师：
单位：
摘要：厦门市110kV李同线，现成为洪塘头变和叶厝变的电源进线，该线路的安全可靠运行对洪塘头和叶厝区域一带的正常、安全、可靠供电起着重要的作用。但由于线路运行多年，加之地貌变化，造成导地线金具腐蚀，绝缘老化严重,部分水泥杆产生明显的裂纹，存在着诸多安全隐患，因此急需对该段水泥杆线路进行改造，本毕业设计是通过设计完成改造线路一基完整干字形耐张铁塔。本文通过完成铁塔各种荷载计算来选定铁塔尺寸，然后进行验算其安全距离、强度和稳定性等，让我们在认识到干字形转角塔结构组成的同时，也让我们对干字形转角塔的特性有了一定的理解。

关键词：干字形耐张塔；
设计；
荷载；
内力 The design of 110Kv Corner tower tower for Xiamen Litong transmission line Student: Faculty Adviser: Abstract: Xiamen 110kV Li with the line, now become power Hongtang head and leaf CuO variable into the wire, the safe and reliable operation of the line ofHongtang head and leaf CuO regional area normal, safe, reliable power supplyplays an important role in. But because the line running for many years,landscape change caused by the earth wire fittings, corrosion, insulation agingserious, some cement rod produced obvious cracks, there exist many securityhidden danger, so it is urgent to carry out the transformation of the cement poleline, this graduation design is the design of complete transformation circuit basedcomplete dry type strain tower. In this paper, through the completion of variousload calculation to the selected tower tower size, and then check the safety distance, strength and stability, let us recognize dry shaped tower structure at the same time, also let us tension Tata to stem shape had certain understanding. Keywords:stem shape strain tower; design; load; internal force 前言 随着我国国民经济的持续发展，人民群众对用电量的需求也越来越大，因此，我国的电力建设的发展也越来越快。在架空高压的输电线路中，输电线路杆塔的结构占有非常重要的地位，输电线路是电网的重要组成部分，而杆塔又是输电线路的重要组成部分。由于输电线路距离远、电压高的特点，从而对输电线路的设计就提出了新的要求，对输电线路杆塔的设计进行优化，可以使整个输电线路建设的水平大大提高。同时，还有很多旧线路的铁塔需要改造建设。

由于我国地域辽阔，人员和低电压等级的用户分散较广。因此，以110KV为代表的运行电压等级将会在我国的电力输送中将长期扮演着重要的角色。另外，虽然近年来高压和超高压的技术发展迅猛，但是事实上在单位功率电能输送上110kV电压等级比其他电压等级成本小得多。因此，在今后110kV线路依然是我们国家电力线路中最重要的部分。另外，110kV线路的施工难度及其技术要求比220kV低得多，很多低资质电力建设单位都能参与建设，这样能够更好提升社会生产力。因此，在今后将会有越来越多的新建低电压等级线路。

作为工科高校毕业生走上工作岗位之前的最后一门课程，也是综合其本科四年学习的理论知识和社会实践，本设计是一次综合运用所学理论和技能的训练，能够进一步提高分析和解决问题的能力。同时，我们将通过本次设计，促使我们学会查阅相关参考文献，以及提升我们收集、运用原始资料的能力。另外对于如何使用规范、手册、产品目录，选用标准图等方面也将会有一个知识上的提升。

我国的铁塔构造设计在解放初期主要采用原苏联模式, 根据我国地理和气候条件进行强度校核, 只对原有铁塔进行局部修改。从60年代以后, 开始自行设计, 逐渐形成了从35KV到500KV输电线路铁塔系列. 70年代中期, 随着国民经济的恢复和对电力需求的急剧增长, 我国开始进行500KV输电线路的设计、实验和建设, 但第一批500KV输电工程结构本体的设计, 因缺乏经验, 比国外同类工程材料消耗多30%。直到1984年电力建设研究所84型酒杯塔实验研究成功, 才使设计人员造在思想方法上冲破了旧模式的束缚。短短几年中,东北电力设计院和华北电力设计院设计的酒杯型直线塔以及电力建设研究所研制的猫头型自立塔均达到了国际先进指标, 1987年华北电力设计院设计的ZVX拉V塔和电力建设研究所研制的LV87拉V塔进入了国内先进水平的行列。这些成果, 缩小了我国500KV输电结构设计和世界先进水平的差距。

目前国内架空线路设计领域尚未成熟，特高压输电及其大跨越输电还在探索中前进。同时，也仅有为数不多的几所高校开设了输电线路工程学科，其中我校和华北电力大学的输电线路工程走在国内前列，但设计运用到实践中反馈回来的问题还有很多，值得我们继续探索。

1输电铁塔的简介 1.1 国内外输电事业的发展状况 目前国内架空线路设计领域尚未成熟，特高压输电及其大跨越输电还在探索中前进。同时，也仅有为数不多的几所高校开设了输电线路工程学科，其中我校和华北电力大学的输电线路工程走在国内前列，但设计运用到实践中反馈回来的问题还有很多，值得我们继续探索。

110kV是我国区域电力网的主要电压等级之一，输送距离在50～300km的电力网。它可以将较大范围内的发电厂联系起来，通过较长的高压输电线路向较大范围内的各种类型的用户输送电能。目前我国县市主杆电网是采用110kV的电力网。110kV的线路电压等级较高，杆塔荷载较大。目前一般采用双杆门型电杆、带叉梁门型电杆带、叉梁V型拉线门型电杆、V型拉线撇腿门型电杆以及铁塔。为了提高110kV输电线路的耐雷水平，实际工程中常常采用一根避雷线，防雷保护角为25°左右这样防止雷击线路及杆塔造成停电事故；
自动重合闸是减少雷击跳闸而造成供电中断的有效措施；
增加绝缘子的片数也可以提高耐雷水平。但是随着绝缘子片数的增加杆塔所受的荷载增加，要求杆塔强度提高，不能满足经济要求所以实际工程中一般采用7片绝缘子。

目前国内架空线路设计领域尚未成熟，特高压输电及其大跨越输电还在探索中前进。同时，也仅有为数不多的几所高校开设了输电线路工程学科，其中我校和华北电力大学的输电线路工程走在国内前列，但设计运用到实践中反馈回来的问题还有很多，值得我们继续探索 美国目前标准化导线有铜质绞线，导电能力大于铝值绞线，但成本较高，密度较大。在一些发达国家，如美国和加拿大拥有较为成熟的线路设计流程和技术，超高压特高压方面起步早，前苏联曾尝试过2000KV交流输电线路，目前运营中的最高电压等级输电线路为1200KV。

1.2 输电线路耐张塔的现状及存在问题 目前国内杆塔设计、制造的水平与其他行业的先进制造技术相差甚远。国内的杆塔制造企业可分为2 类:一类是手工生产企业，大多为人数少的乡镇企业或个体、集体企业，其生产、加工能力和水平都很差，一般没有什么技术力量。在这些企业的生产过程中，杆塔的放样、机加工等均由手工操作完成，整塔加工完成后，虽经试装，其制造质量仍难以保证。另一类是国营大企业或电力部的定点生产厂，这些铁塔生产厂的技术力量相对较强，有一定的加工设备和加工能力，企业从业人员较多，加工制造多为80 年代设计生产的设备和技术水平，利用现代制造技术的企业几乎没有。因此，引进先进制造技术和设备，提高杆塔制造行业的自动化水平，推动技术进步是必要的。这些杆塔设计制造中的技术问题可归纳如下: （1）杆塔结构强度的分析方法 杆塔结构中存在有大量的不确定因素，传统的满应力设计方法很难反映设计参数的不确定性因素，由此所得到的结构是不安全或不经济的。结构的可靠性设计方法，考虑了载荷、结构中的不确定因素，从统计学与可靠性理论出发，对杆塔的可靠性进行分析与设计是杆塔结构设计的一个新方向。杆塔结构是一种超静定结构，某一杆件的破坏并不能导致整个结构的破坏，只有当破坏的杆件达到一定数目时，杆塔不能再承受载荷，才算杆塔破坏。

（2）杆塔新型式、新结构的研究 随着电压等级的提高，杆塔的载荷大大地增加了，原来的单肢角钢和双肢角钢结构等已不能满足工程要求。目前，国内可以生产特高强度的钢材(如15MnVNa—C)型材除角钢外，还有管材等，合理利用这些新材料开发研究新的杆塔结构型式是当务之急。杆塔的结构可分为两大部分，即头部和身部。杆塔结构的优化设计是降低其耗钢量。优化设计的主要方法有采用满应力设计的最轻重量设计，以及有待进一步研究的以重量最小为目标的形状优化设计和改变杆件结构形式的拓扑优化设计。利用这些优化设计方法，可得到新一代的杆塔形式，并进一步降低其耗钢量，降低制造成本。新型杆塔的头部结构是根据电气特性要求确定的，塔身部分及其杆件的布置形式则可通过结构形状优化与拓扑优化技术确定。形状优化确定杆塔结构的主要控制尺寸，拓扑优化确定杆件的最优布置。二者相结合，有望得到新一代的杆塔结构形式，并降低其耗钢量。

（3）杆塔设计的新工艺研究 利用计算机技术，智能设计与制造技术和CIMS技术等，解决杆塔设计与制造中的问题，避免繁重的体力劳动和经验性的工作，是杆塔设计与制造新工艺的关键所在。利用目前的铁塔结构满应力设计软件，要得到一个新塔型，设计者需要人为地反复设定塔型的主要控制尺寸，人为地反复调整，要花费很多的时间和精力，得到的也仅仅是人为条件下的“优化”。更为重要的是从设计、制造到完成组塔，整个周期较长，不易满足工期的要求。在以往杆塔设计、生产过程中，单线图设计、放样、制造等工作分别独立完成。单线图设计时的大量信息，在放样、制造等工序无法继承，相互之间缺乏必要的信息联系，重复性劳动、人为干预很多，工作效率低，这是当前杆搭设计行业的弊端所在。研究基于三维杆塔智能化建模、分析计算、设计与制造的计算机控制系统，从而实现新型杆塔的无图纸设计，完成从设计到制造一体化，提高生产效率，保证产品质量是摆在杆塔制造行业面前的重要课题。

1.3 输电铁塔的特点和分类 输电线路铁塔简称电力铁塔，按其形状一般分为：酒杯型、猫头型、上字型、干字型和桶型五种，按用途分有：耐张塔、直线塔、转角塔、换位塔（更换导线相位位置塔）、终端塔和跨越塔等，它们的结构特点是各种塔型均属空间桁架结构，杆件主要由单根等边角钢或组合角钢组成，材料一般使用Q235（A3F）和Q345（16Mn）两种，杆件间连接采用粗制螺栓，靠螺栓受剪力连接，整个塔由角钢、连接钢板和螺栓组成，个别部件如塔脚等由几块钢板焊接成一个组合件，因此热镀锌防腐、运输和施工架设极为方便。对于呼高在60m以下的铁塔，在铁塔的其中一根主材上设置脚钉，以方便施工作业人员登塔作业。

直线塔是输电线路最常用的一种塔型，也叫过线塔。在输电线路中直线塔一般用来承受导线的重力，即垂直荷载。常见直线塔型有干字型、杯型、猫头型等。此次设计是110KV猫头直线塔,是一种普遍塔型。

1.4 输电铁塔设计的复杂性 杆塔设计的工作技术要求多，工作量大，劳动强度大，是整个输电线路工程设计中最能够体现设计水平的主体部分之一。杆塔设计水平的高低、质量的优劣将直接影响到整个工程的质量、造价，也影响到杆塔的加工制造和施工安装，最终影响到电网的安全运行。对于杆塔选型、布置、计算和构造，应遵循科学规划、准确计算、规划设计、充分优化、合理构造的原则。

1.5 设计步骤 本次设计的目的是通过设计完成改造线路第一基完整铁塔（铁塔的主材和辅材都是角钢），按照杆塔设计规范要求，根据电压等级，气象条件等，计算塔头荷载，确定危险工况，选择钢材，设计塔头有关尺寸，然后验算。编写计算说明书并用CAD出图。

2设计条件选择 2.1原始资料及主要参数 电压等级：110KV 塔形：单回路干字形转角塔 塔材：主辅材均使用角钢 代表呼高：24-27米 使用地区：福建厦门 水平档距：400米 垂直档距：650米 转角：0°~30° 最大风速：35m/s 覆冰：无冰区 厦门属于典型气象I区，各项参数如下: 表2-1 气象条件表 气象条件 气 温（℃）
风 速（m/s）
覆 冰（mm）
最高温 +40 0 0 最低温 -5 0 0 覆冰 - - - 最大风 +10 35 0 安装 0 10 0 外过电压 +15 15 0 内过电压、年均温 +20 17.5 0 导线和地线参照规范自选，考虑设计的适用性，选择110KV常用导线避雷线组合中荷载较重的组合，选择导线LGJ240/55，地线选择GJ50.参数如下：
表2-2 LGJ240/55参数表 截面积A (mm2) 导线直径d(mm) 弹性系数 E (MPa) 温度膨胀系数 (1/°C) 计算拉断力(N) 计算质量(Kg/km) 抗拉强度[] MPa 安全系数 K 许用应力 [] Mpa 年均应力上限 [] MPa 297.57 22.40 80000 17.8× 102100 1108 325.96 2.5 130.38 81.49 注: 表2-3 GJ/50参数表 截面积A (mm2) 地线直径d(mm) 弹性系数E (MPa) 温度膨胀系数 (1/°C) 计算拉断力(N) 计算质量(Kg/km) 抗拉强度 Mpa 安全系数K 许用应力 Mpa 年均应力上限 MPa 56.3 9.6 181400 11.5× 65780 447 1109.96 3.0 369.99 277.49 注：
2.2架空线应力弧垂计算 2.2.1计算架空线路的比载 (1)垂直比载 自重比载 （2）水平比载 无冰风压比载（假设风向垂直于线路方向）
式中 αf—风速不均匀系数，可取表2—3中的数值；

βc—500kV线路架空线风荷载调整系数，仅用于计算架空线作用于杆塔上的风荷载，对500kV的线路可取2—3中的数值，对于其他低于500kV的线路取1.0；

μsc—风载体型系数，对于无冰架空线，线径d<17mm时取μsc=1.2，线径线径d>17mm时取μsc=1.1；

表2—4 风荷载参数表 设计风速m/s 10及其以下 15 20~30以下 30~35以下 35及其以上 αf 计算杆塔荷载 1.00 1.00 0.85 0.75 0.75 校验杆塔电气间隙 1.00 0.75 0.61 0.61 0.61 βc 计算500KV杆塔荷载 1.00 1.00 1.10 1.10 1.30 因为110KV线路且d=26.82mm>17mm所以μsc=1.1；
βc=1.0。

则 安装有风， v=10m/s, =1.0；

外过电压，v=15m/s, =0.75 内过电压， 最大风速: 计算强度时：v=35m/s，=0.75 计算风偏是：v=35m/s，=0.61 (3) 无冰综合比载 安装有风时，有 外过电压时，有 内过电压时，有 最大风速：计算强度时，有 最大风速：计算风偏时，有 表2-5 导线比载汇总表：
项目 自重 γ1（0，0）
安装γ6（0，10）
外过电压γ6（0，15）
内过电压 γ6（0，17.5）
最大风(强度）
γ6（0，35）
最大风（风偏）
γ6（0,35）
数据（×10-3）
36.52 36.89 37.55 38.41 59.96 53.19 备注 =0.75μsc=1.1 =0.61 μsc=1.1 2.2.2计算避雷线比载 计算过程同上 表2-6 地线比载汇总表 项目 自重 γ1（0，0）
安装γ6（0，10）
外过电压γ6（0，15）
内过电压 γ6（0，17.5）
最大风(强度）
γ6（0，35）
数据（×10-3）
77.86 78.90 80.80 81.86 78.90 备注 =0.75 μsc=1.2 2.2.3判定有效临界档距 (1) 可能控制条件的有关参数建见表2-7。

表2-7 控制条件参数表 条件 最大风速 最低气温 年均气温 130.38 130.38 81.48 比载γ() 57.469 36.515 36.515 γ/[σ0](1/m) 0.4408×10-3 0.2801×10-3 0.4481×10-3 温度°C 10 -5 20 比值编号 b a c (2)按等高悬点考虑，计算各临界档距。

计算各临界档距时，把一种控制条件作为Ⅰ状态，其比载为γi，温度为ti，应力达到允许值[σ]Ⅱ 临界档距可由下公式求得 无高差时，即cosβ=1时：
(3)判断有效临界档距，确定控制条件。

判断有效临界档距，确定控制气象条件。

将各临界档距填入有效临界档距判别表如下：
表2-8 临界档距判别表 可能的控制条件 a(最低气温) b（最大风速）
c(平均气温) 临界档距(m) lab=虚数 lac=235.19m lbc=虚数 — 容易看出，有效档距是lac=235.19m，最低气温和最大风速起控制作用，当档距时，控制条件为平均气温，当档距时，控制条件为最大风速。

2.2.4最大弧垂判定 当档距为400.00m高差为 0.00m时，控制条件为：年均气温 比载, 应力, 温度t = 20. 临界气温，最大弧垂发生在最高气温状态：
求外过电压状态的弧垂，用于档距中央导线与地线的垂直距离计算：
2.3金具的选用 2.3.1污区的划分及绝缘子选型 本线路位于福建省厦门市，地处沿海，查《福建省电力系统污区分布图修订说明》，厦门市内存在c1、c2、d1、d2几种等级的污区，故将设计所用污区取为其中最严重的d2级污区。线路的爬电比距为30mm/kv（计算时取系统最高工作电压）。

线路电压为110KV，爬电距离应大于3300mm 绝缘子串的泄漏距离应满足下式 D≥Ud 式中D―绝缘子串的泄漏距离，cm；

U―线路额定电压，KV；

d―泄漏比距（爬电比距），cm/kv；

直线杆塔每串绝缘子片数为 n＝D/S(5—13) 式中D—绝缘子串应有的泄漏距离，cm；

S—每片绝缘子的泄漏距离，cm；

n—直线杆绝缘子串的绝缘子片数。

综合考虑，本线路初步选定XWP1-60型悬式绝缘子，单片爬电距离400mm 悬垂串绝缘子片数n≥3300/400=8.25 悬垂串选择9片绝缘子，耐张串按照规范多加1-2片，故选择10片绝缘子。

2.3.2绝缘子串力学与电气性能数据：
表2-9 XWP1-70绝缘子参数 型号 机电破坏荷载 主要尺寸 工频电压 雷电全波冲击耐受电压 爬电距离 重量 H D d 湿耐受 击穿 XWP1-70 70 160 255 13C 50 120 120 400 6.0 2.3.3缘子串的安全系数和联数 组成绝缘子串元件的机械强度应满足规程要求。查《架空输电线路设计》表1—11可知，盘型绝缘子最大使用荷载时的最低安全系数取2.7，断线时的最低安全系数取1.8，断联是的最低安全系数取1.5。双联及以上的多联绝缘子串应验算断一联之后的机械强度。

耐张绝缘子串的计算公式 查《电力金具手册》在Ｋ＝2.5时，标称截面240mm²，允许拉断力TN =52.125KN， 则 即耐张绝缘子串需要采用双串。

2.3.4导线金具选型和组装 根据电力金具手册第三版选型，主要金具如下表 导线悬垂绝缘子串组装零件表2-9，绘制相应的组装图见附图 件号 名称 重量（kg）
数量 型号 1 挂板 0.56 1 Z-7 2 球头挂环 0.27 1 QP-7 3 绝缘子 6.0 9 XWP-70 4 悬垂线夹 5.7 1 CGU-5A 5 预绞丝 1.44 1 FYH-240 绝缘子串长度L(mm) 1665 绝缘子串的质量（kg）
61.97 适用导线型号 LGJ-240/55 适用电压（kv）
110 表2-10 悬垂绝缘子串组装表 图2-1 悬垂绝缘子串组装图 2)导线耐张绝缘子串组装 表2-11 耐张绝缘子串组装表 件号 名称 重量 数量 型号 1 U型挂环 0.54 2 U-10 2 挂环 0.49 1 PH-10 3 联板 4.43 2 L-1040 4 挂板 0.56 2 Z-7 5 球头挂环 0.27 2 QP-7 6 绝缘子 6.0 2x10 XWP-70 7 碗头挂板 0.97 2 WS—7 8 U型挂环 0.92 1 UL-10 9 耐张线夹 2.20 1 NLD-4 绝缘子串的长度L (mm) 2350 绝缘子串质量（kg）
137.15 适用导线 LGJ-240/50 适用电压(kV) 110 图2-2 耐张绝缘子串组装图 2.3.5地线金具选型和组装 地线在直线杆塔上的悬挂和在耐张塔上的固定，分别一悬垂组合及耐张组合完成。地线的一般组合仅以连接金具和线夹组成，组合应保证悬挂点顺线路和垂直线路方向转动灵活，悬垂组合的长度越短越好。[13] 表2-12 地线金具组装表 编号 名称 型号 数量 质量 1 直角挂板 ZS-10 1 0.90 2 楔形线夹 NX-2 1 1.8 3 钢线卡子 JK-2 1 0.3 适用地线型号GJ-55 2.4塔头尺寸的确定 2.4.1初步设计塔头尺寸 图2-3 塔头尺寸图 查阅输电线路塔形手册，与要求相近的塔形有：
1.GJ3干字形耐张塔，呼高20.5m，横担长度为7000mm。

2.JG90°转角塔，呼高18m，横担长度为短边3100mm，长边4100mm 由于所设计杆塔呼高较高，为23-25m，综合考虑塔形协调，暂定横担长度为5000mm，由于转角为0-30°，转角较小，考虑到加工组装方便，采用对称横担。

地线支架长度确定：考虑综合防雷性能和塔形协调美观，暂取地线支架长度为3500mm，跳线端加长500mm 2.4.2塔头尺寸校验 （1）导地线间安全距离的校验: 单回路两项导线水平排列时线间距离的确定 《规程》规定：导线的水平线间距离，可根据运行经验确定1000m一下的档距计算公式为：
假设塔形中导线间距为11932*cos15°=11525，完全满足要求 （2）防雷保护角校验 防雷保护角：
=12.99° 设计要求防雷保护角小于等于25°，满足设计要求 （3）杆塔带电部分与塔材安全距离校验 导线与塔身安全距离的确定 查阅《输电杆塔级基础设计》，110KV带电部分与杆塔最小间隙不应小于1.0m，带电作业情况下带电部分与杆塔构建间间隙不应小于1m。

杆塔为耐张塔，风荷载对安全距离影响不大，而横担长度完全满足要求 3 铁塔的荷载组合及计算 转角杆是承力杆，很重要，主要荷载是导地线的张力，风荷载的比例很小，因此，在设计时取风向与导线垂直。

3.1运行工况杆塔荷载计算 3.1.1运行工况I：最大风，无冰，未断线 导线：最大风时绝缘子串水平横向风荷载的计算 ——相导线所用的绝缘子串数 ——每串绝缘子的片数 ——风压随高度变化系数，参考书目输电杆塔及基础设计表2-5取值 ——每片绝缘子的受风面积 ——基本风压 其中，绝缘子高度离地面约27m。查《输电杆塔及基础设计》表2—5得。。构件为角钢时构件体型系数为1.3。

导线金具重力：
导线风压：
导线重量：
导线张力：
查《输电杆塔及基础设计》第7页，转角杆塔导线断线张力取最大使用张力的70%，地线断线张力取最大使用张力的80%。

导线角度荷载：
导线不平衡荷载：
由于未断线，设计档距相同，故不平衡荷载为0 地线风压：
地线重量：
地线金具重量：
跳线侧金具重量: 跳线侧金具风压：
地线张力：
地线角度荷载：
地线不平衡荷载：
未断线，设计两端水平档距相同，不平衡张力=0 表3-1 运行工况I荷载汇总表 竖直方向 横担或地线支架平行方向 横担或地线支架垂直方向 横担或中悬点 8406.82 21802.09 0 地线支架 2878.69，3486（跳线侧）
10833.47,11082.24（跳线侧）
0 图3-1 运行工况I荷载图 3.1.2运行工况II：最低温、无风、未断线 导线金具重力：
导线重量：
导线张力：
导线角度荷载：
导线不平衡荷载：
由于未断线，设计档距相同，故不平衡荷载为0 地线重量：
地线金具重量：
跳线侧金具重量: 地线张力：
地线角度荷载：
地线不平衡荷载：
未断线，设计两端水平档距相同，不平衡张力=0 表3-2 运行工况II荷载汇总表 竖直方向 横担或地线支架平行方向 横担或地线支架垂直方向 横担或中悬点 8406.82 14798.24 0 地线支架 2878.69，3486（跳线侧）
9080.06 0 图3-2 运行工况II荷载图 3.2断线时杆塔荷载计算 3.2.1断线工况I无冰、无风、断下导线一项，地线未断：
导线金具重力：
导线重量：
导线张力：
导线角度荷载：
导线不平衡张力：
地线重量：
地线金具重量：
跳线侧金具重量: 地线张力：
地线角度荷载：
地线不平衡荷载：
未断线，设计两端水平档距相同，不平衡张力=0 竖直方向 横担或地线支架平行方向 横担或地线支架垂直方向 横担或中悬点 8406.82，4203.41（断线侧）
14798.24，7399（断线侧）
0，27614（断线侧）
地线支架 2878.69，3486（跳线侧）
9080.06 0 表3-3 断线工况I荷载汇总表 图3-3 断线工况I荷载图 3.2.2断线工况II无冰、无风、断中导线一项，地线未断：
导线金具重力：
导线重量：
导线张力：
导线角度荷载：
导线不平衡张力：
地线重量：
地线金具重量：
跳线侧金具重量: 地线张力：
地线角度荷载：
地线不平衡荷载：
未断线，设计两端水平档距相同，不平衡张力=0 表3-4 断线工况II荷载汇总表 竖直方向 横担或地线支架平行方向 横担或地线支架垂直方向 横担或中悬点 8406.82，4203.41（断线侧）
14798.24，7399（断线侧）
0，27614（断线侧）
地线支架 2878.69，3486（跳线侧）
9080.06 0 图3-4断线工况II荷载图 3.2.3断线工况III无冰、无风、断一根地线、导线未断 地线断线张力：
表3-5 断线工况III荷载汇总表 竖直方向 横担或地线支架平行方向 横担或地线支架垂直方向 横担或中悬点 8406.82， 14798.24 0 地线支架 1439（断线侧），3486（跳线侧）
9080.06，4050（断线侧）
0，16943（断线侧）
图3-5断线工况II荷载图 3.3安装工况荷载计算：
紧线荷载分为两种情况：相邻档未挂导地线时荷载以及相邻档已挂导地线荷载，参照《输电线路施工》，紧线时需设临时拉线，故不存在不平衡张力荷载，且相邻档已挂导线时垂直荷载较大，故此处只计算相邻档已挂导线时的紧线荷载。

地线重量：
地线金具重量：
跳线侧金具重量: 导线金具重力：
导线重量：
附加荷载导线取2.0KN，地线取1.5KN 表3-6 安装工况荷载汇总表 竖直方向 横担或地线支架平行方向 横担或地线支架垂直方向 横担或中悬点 10406.86 2092.09 0 地线支架 4778.69，5086（跳线侧）
9933.47，10282.24（跳线侧）
0 图3-6 安装工况荷载图 3.4杆塔风荷载计算 风向作用在与风向垂直的结构物表面的风荷载计算公式为 ——风压随高度变化系数 ——构件体型系数 ——杆塔风荷载调整系数 ——构件承受风压的投影面积，mm 参考《规程》规定及本课题杆塔机器线路运行地形环境及书目输电杆塔及基础设计表2-5选定风压高度变化系数为0.88。

由于本课题设计的杆塔类型为有型钢杆件组成的，所以塔架的构建体型系数可以取值为，其中为塔架背风面荷载降低系数。参考输电杆塔及基础设计表2-6及其线路运行数据选取塔架背风面荷载降低系数为0.75。则 杆塔风荷载调整系数参考书目输电杆塔及基础设计表2-8及前面所得杆塔塔形和形尺寸等信息可取值为1.25。

构件为角钢时构件体型系数为1.3 杆塔塔身构件承受风压投影面积对铁塔而言 ——铁塔构架的填充系数 按照课题十几情况选取数值0.2 ——计算段的高度 、——铁塔塔身计算段内侧面桁架的上宽和下宽 基本风压W计算公式 则有 风向作用在与风向垂直的结构物表面的风荷载 4 铁塔的内力计算 输电线路铁塔属于空间桁架结构，在大多数情况下为超静定结构。为了简化计算，一般在设计中作如下假定：
（1）将空间桁架化为平面桁架，这是因为铁塔上所承受的荷载（纵向或横向）在铁塔的正、侧面上基本上是对称的；

（2）构件的节点为理想铰，所有构件的轴线都是在同一平面内的直线，并在节点上交于节点中心，这种体系的构件只承受轴向力；

（3）为了将铁塔简化为静定的平面桁架，一般可将因构造要求而设置的多余杆件略计，如辅助材可视为零杆，而对于横隔材可只考虑承受扭矩；

（4）铁塔腿部与基础的连接，假定为不动铰接；

其中空间桁架的杆件按照其所处的部位（例如：在桁架结构的外缘、腹部等）和杆件在设计时布置的目的，分为弦杆、腹杆和支撑，铁塔的杆件也是按其所处的部位和布置的目的分为以下几种类型：
1）主材，铁塔的主要受力构件。在铁塔的各个平面桁架的外缘构件基本上是主材；

2）斜材，铁塔的各个平面桁架的腹杆，主要用来承受水平荷载和平衡铁塔扭距的构件，这些构件基本上不直接承受垂直荷载，且主要承受水平荷载；

3)横材，相当于水平放置的斜材；

4)辅助材，为了进一步保证受力杆件的稳定性，增大受力杆件的承载能力，往往在受力杆件两端之间增加一点或多点支撑杆件，这种仅仅起支撑作用的杆件我们称为辅助材。在理论上，辅助材为零杆，但是，从变形协调的角度看，当它所支撑的杆件有失稳趋势时，它还是会承受一定的轴向力的。

4.1塔身受压计算 4.1.1主材、斜材内力的计算 此处只校验塔身首段和末端的主材内力,此处主要校验主材受压强度，故计算运行工况I中荷载 图4-1塔身首段尺寸图 如图，取塔身首段截面，已知结构重要性系数γO=1.0，正常情况可变可在组合系数Ψ=1.0。

主材内力：
斜材内力：
图4-2 塔身末段尺寸图 主材内力：
斜材内力：
4.1.2 横隔材弯矩计算 式中—工人工具较重时，采用1000N并乘以荷载组合系数；

—斜材支撑长或主材的相邻两支撑点间的距离(取最大值)。

4.2塔身受扭计算 图4—3 塔身受扭分析图 在断边导线和不平衡张力作用下，塔身将同受弯和受扭。断线张力以剪力TD和扭矩T＝TDC传之塔身中心。剪力TD平均范培到两个侧面上，而扭矩T在塔身上的分配按照以下计算。

当方形或矩形截面塔身各段正、侧面宽度比（即a/b）不变，且当a/b2,受扭节间数n4时，每个面产生的计算式为（按正、侧面各受考虑）：
剪力：平均分配于两个侧面上，即TD/2 ；

扭矩：分配在塔身横截面上，计算如下：
正面受力: 侧面受力：
式中 TD－断线张力标准值 、一分配到正、侧面上的力；

a、b－塔身某分段顶部截面的正、侧面宽度。

4.2.1在扭矩作用下的主材内力计算 对双斜材，当正、侧面的斜材交于同一点时，塔截面为正方形时，则主材受力为零。

4.2.2在扭矩作用下斜材内力的计算 图4-4扭矩作用下横隔材受力计算简图 如图4—4所示，塔身每一根斜材所承受的水平力为：
右侧面: 左侧面：
正、背面：
4.2.3在扭矩作用下横隔材内力的计算 图4-5双横隔斜材 如图4—5所示,a及b立面第一档为单斜材时，其横隔材的内力为: 4.2.4 横担平面内横隔斜材内力的计算 如图4-2(a)，横隔面内横隔斜材的布置为双横隔斜材，横隔斜材的内力算式为: 。

4.3塔头内力的计算 4.3.1 正常情况内力计算 干字形转角塔塔头由地线支架、中挂点和横担组成。正常情况铁塔承受垂直荷载、横向水平风压和角度荷载。

图4—6 塔头结构受力图 水平反力：
假定中导线悬点两侧两点A、B两点为铰接点，承受相等的水平荷载，于是A、B两点以上的头部为一个自由体，其受力情况可按静定桁架结构分析。

A、B两点的反力为：
式中—A、B两点以上所有水平力及塔头风压q对铰接点A、B的力矩设计代数和；

—A、B亮点以上所有垂直力、及自重设计值（包括塔头自重在内）的总和。

地线支架内力计算：
图4-7 地线支架结构受力图 采用隔离体法，取图示结构为隔离体，求地线支架主材N1、N2的内力。

（2）
横担内力计算 图4-8 横担结构受力图 取BEF为隔离体，图4-4（b）求下曲臂主材N3、N4的内力。对F点取力矩平衡式：,得 取E点的力矩平衡方程式,得 4.4 塔腿内力的计算 4.4.1 正常运行情况下铁塔基础作用力的计算 图4-9 正常运行情况下塔腿荷载图 （1）由力矩对基础产生的上拔力、下压力来自横向水平荷载、垂直荷载对塔腿平面中心产生力矩而引起的上拔和下压力，所有自重产生的下压力。

式中—所有纵向水平荷载对塔腿脚处的力矩设计值之和（包括断线张力及不平衡张力）；

—基础顶面以上垂直荷载设计值（包括铁塔自重）之和。

（2）由横向水平荷载引起的水平推力 （3）由塔腿坡度引起的水平推力 式中—塔腿坡度引起在垂直线路方向（即x方向）的基础顶面上的水平推力；

—塔腿坡度引起在顺线路方向（即y方向）的基础顶面上的水平推力；

—铁塔正面、侧面主材与地面的水平夹角。

4.4.2 事故断线情况铁塔基础作用力的计算 图4-10 断线情况下塔腿荷载图 已知横担采用Q345号角钢，主材采用号角钢，下平面斜材号角钢。

（1）断边导线瞬间横担的计算 主材的内力计算。

结构重要性系数 式中—所有纵向水平荷载对塔腿脚处的力矩设计值之和（包括断线张力及不平衡张力）；

—基础顶面以上垂直荷载设计值（包括铁塔自重）之和。

（2）由纵向水平荷载引起的水平推力 式中—断线张力设计值。

（3）由塔腿坡度引起的水平推力 式中—塔腿坡度引起在垂直线路方向（即x方向）的基础顶面上的水平推力；

—塔腿坡度引起在顺线路方向（即y方向）的基础顶面上的水平推力；

—铁塔正面、侧面主材与地面的水平夹角。

（4）由扭矩产生的水平推力 断线张力设计值TD在塔脚脚平面产生的力矩、剪力设计值：
4.5 受压构件稳定性的计算 4.5.1 断边导线瞬间下横担的计算 （1）主材 1) 主材内力的计算 下导线采用Q345号角钢，主材为号角钢，下平面斜材。结构重要性系数，可变荷载组合系数。

Q345钢材，号角钢参数：，f=250N/mm2,A=10.64cm2，回转半径，，，110KV横担断线冲击系数Kc=1.1,忽略挂线点的偏心的影响，断线张力产生的扭矩 2）局部稳定计算 由于采用型钢，故满足局部稳定的要求。

3）
整体稳定计算 故满足整体稳定性要求。

（2）斜材 下导线采用Q345，下平面斜材。

Q345钢材，参数：，f=250N/mm2,A=8.16cm2，回转半径，， 1) 斜材内力计算 局部稳定计算 5 铁塔节点连接计算 铁塔常用的材料有角钢、钢管、钢板。此外，有少量构（部）件由于特殊的受力方式或因为用于附属设施中而需要采用园钢、槽钢、工字钢等。另外，铁塔构件之间的连接还大量地使用了不同强度等级的螺栓。

铁塔节点连接一般采用焊接连接或螺栓连接。螺栓连接分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接两大类，目前铁塔螺栓连接多采用普通螺栓连接。普通螺栓按其受力性质分为剪切螺栓连接、受拉螺栓连接和同时受剪受拉螺栓连接三种类型，其中普通剪切螺栓连接在铁塔连接中较常见。本次螺栓采用6.8级。

5.1螺栓数目的计算 （1）一个螺栓的承载力 式中—受剪面目数；

—螺栓直径，当剪切面在螺纹处时，则取螺栓的有效直径；

—螺栓连接的扛剪强度设计值，N/mm2；

—取同一受力方向承压构件厚度和的最小厚度和，mm；

—螺栓连接的承压强度设计值，N/mm2。

（2）受剪螺栓群的计算 1)螺栓数目的计算 当螺栓数目较多时，在节点上可采用多排布置，如图5-1所示，螺栓数目按下计算：
式中—作用在构件上的设计轴向力，N；

—取一个螺栓的承载力设计值中的较小值。

图5-1 并列螺栓群图 图5-2 错列螺栓群 5.2 铁塔节点的设计 铁塔中的各杆件在节点处多数是采用螺栓连接，少数是采用焊接。节点的螺栓构造应符合受力要求和便于加工，保证连接质量。

(1)杆件的轴线 各杆件轴线应汇交于节点形成的节点中心，理论上各杆轴心应是型钢的形心轴线，但角钢的形心与边部的距离常不是整数，为了制造上的方便，对螺栓连接时应该用角钢的最小线距来汇交，这样的汇交时给杆件轴线带来的偏心都很小，计算中可以略去不计。

(2)节点板的结构尺寸 节点板的作用主要是通过它将交汇在一点上的斜材连接在主材上，并传递和平衡节点上各杆内力。节点板的形状应尽量简单，一般采用矩形、梯形或平行四边形等，其尺寸根据构造要求上的螺栓的数目及布置来确定。

节点板上的应力分布非常的复杂，既有压应力、拉应力，也有剪应力，应力分布极不均匀且有较大的局部应力，应而精确计算一般不可能。在铁塔设计中，中间节点板的厚度可根据材料的最大应力参照《输电杆塔及基础设计》陈祥和版表12—1取值，此节点板选用Q345，从而中间节点板的厚度为5mm。

6 铁塔的稳定计算 6.1 等截面格构式柱的强度和稳定计算 6.1.1 整体稳定计算 故，整体稳定性满足。

式中 格构式柱承受的轴向压力设计值；

压杆稳定系数，格构式柱对虚轴的整体稳定计算应采用换算长细比求得；

格构式柱主材的截面面积之和；

计算柱段范围内的最大弯矩；

格构式柱的欧拉临界压力；

-等效弯矩系数。

6.1.2 格构式柱柱单肢强度验算 根据对危险截面计算的轴力N和计算弯矩，可求的格构式柱中单肢所承受轴向压力为: 式中 N—危险截面的设计轴向力；

—危险截面的设计弯矩；

—格构式柱中的主材根数，正方形截面n=4，三角形截面n=3；

b—格构式柱的宽度；

—平行于计算虚轴一边的主材根数。

6.1.3 格构式柱单肢刚度验算 轴心受力构件验算刚度计算式为: 即：，单肢刚度满足要求。

式中—构件的计算长度；

—构件截面的最小回转半径；

—构件的允许长细比，DL/T 5154—2002 《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》规定=150。

格构式柱单肢强度及稳定计算的意义在于格构式柱中的单肢应具有一定的刚度和强度，以免在格构式柱整体稳定失去之前单肢的强度及稳定首先破坏，从强度和稳定的配合要求出发，设计时最好使单肢强度和稳定与整体格构式柱的强度和稳定相配合，同时得到预期的安全度。

致 谢 时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。

首先，我要特别感谢我的指导老师XX老师对我的悉心指导。在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，让我能遇事不慌，冷静对待，最终论文书才能圆满书写落稿。可以说这份设计稿凝聚了高老师的心血和我的汗水。XX老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对XX老师表示衷心的感谢。

其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。

另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。

最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。

参考文献 [1] 李成文，黄炜，秦国梅.110KV送电线路常用杆塔工程图集.中国电力出版社，2007.［1］ [2] 国家电力公司.110-550KV输电杆塔设计技术规程 . 中国电力出版社，2002.［2］ [3] 李湘江，唐歆熙，王璋奇.输电线路铁塔构造设计的发展和现状.电力情报，1992［2］. [4] 樊师贤，易汉.输电线路转角塔及终端塔的不对称设计研究.湖北电力，2005[1]. [5] 傅春衡.我国500KV输电线路塔形设计的回归和展望.电力建设1997[4]. [6] 房向日，肖志军，李海彦.输电线路塔型优化设计介绍.广东电力，1997[5]. [7] 唐绍宗.国内外输电线路铁塔的发展和展望.特种结构.1998[3]. [8] 陈祥和.刘在国等编著.输电杆塔及基础设计.中国电力出版社，2008年. [9] 李宏男，胡大柱，路颖超.输电铁塔交叉斜材非线性极限承载力研究.野种结构，2004[3]. [10] 沈炜良，陈家权，徐家园等.架空送线路铁塔有限元分析.广西电力，2003[3]. [11] 上海电力公司编组，220KV及以上典型线路杆塔装置图.中国电力出版社，2004. [12] 王肇民，马人乐等.塔式结构。科学出版社，2004. [13] 国家电力公司东北电力设计院，电力工程高压送电手册第二版，中国电力出版社，2002. [14] 王璋奇.输电线路杆塔设计中的几个问题.电力建设.2002. [15] 刘雪峰.220KV双回转角分支塔设计的几个问题探讨.企业技术开发.2010.29（18）：310-131. [16]赵占彪，段绪胜。钢结构.中国水利水电出版社.2011. [17] 孟遂民，孔伟.架空输电线路设计.中国电力出版社，2007，8. [18] 《110-750KV架空输电线路设计技术规范》（GB50545-2010）. [19] 《110-750KV架空输电线路设计技术规范条文说明(GB50545-2010)》.