摘要：电能随着社会的发展已经变得越来越重要，逐渐成为人们生活不可缺少的东西，大家的衣食住行都与它息息相关，所以电力的生产、输送都成了生活中的关键部分，而此次的电力杆设计就是电力设计中非常重要的一环。论文以某现实项目为原型，根据现实客户的基本要求，对电力杆进行了相应的设计并且通过现实实验进行了验证与分析，对现实电力杆的设计与应用起到了良好的作用。
关键词：IMPAX；设计；横担；底板；加筋板；试验
一 引言
在电力输送的过程中，我们随处可见各种各样的钢管、混凝土柱、钢架等为我们担负着着支撑输送电力电缆等结构的艰巨任务，而由于设计方法、材料等各方面的因素，各种形式都有不同的优缺点，他们在不同的场合、不同的要求下可能会发挥出自己的优点来。
钢管结构在照明、通信、电力输送、电站等很多方面已经开始有着越来越广泛的应用，由于城市人均用电量不断增加，110KV~220KV变电站开始进入市区，受线路走廊的限制，常规塔型不便使用，人们开始使用钢管杆来解决此问题。钢管杆虽然加工工艺复杂，投资大，但美观大方，能适应市区环境的要求，在城市架空输电线路中得到广泛的应用。
论文主要介绍电力杆的设计过程，其中包括介绍工程背景、相关软件使用方法、杆体设计与实验验证。通过本文的研究，可以增加对材料力学、理论力学等各种力学在现实中具体应用的掌握程度，了解钢结构杆体设计过程中应该考虑的具体因素，熟悉钢结构的加工工艺等相关知识。
二 项目介绍
论文所涉及的项目是关于COOMA-BEGA全程输电线路276根电力杆的设计，包括了整个设计过程以及运作流程。
COOMA-BEGA电力输送线路为澳大利亚Country Energy（澳大利亚昆士兰州电力输送有限公司）所建设的从COOMA到BEGA两地之间的电力输送线路，他们承包给维蒙特工业（中国）有限公司的是从COOMA到BEGA的电网二次输电线路升级项目中电力杆及其相关配件的设计，验证，制造和供应。这次的升级项目分为几个阶段，每个阶段由几部分组成。维蒙特公司需要做的是整个第一阶段和第二阶段的开始阶段电力杆的设计。这部分包括COOMA的132kV/66kV/11kV 变电所经由斯蒂普尔平通往布朗山电站的双回路二次输电线路。维蒙特公司要做的便是包括相应线路电力杆的设计、生产、运输等一系列相关问题。此项目的设计由维蒙特设计部进行，我的此次论文便是跟随此项目的设计进行。COOMA-BEGA全程276根电力杆，其中包括直线杆和转角杆。
三 客户要求
在此项目的设计与实施中，客户主要从以下几个方面提出了相应的要求：
（一） 外形及结构要求
客户另提出如下说明：
（1）根据标准AS1154，导线金具和地线金具必须能承受120KN的力。
（2）需设置攀爬装置。脚钉螺栓和爬钉管两种方案可供选择，要求3m左右起设。
（3）需设防坠落装置，3m左右起设位置需设爬梯攀爬装置位置附近。
（4）图纸准备之前需提供杆体底径，顶径等外观尺寸，以供确认。
（5）根据标准AS/NZS 4680，杆体及其所有零部件需热浸镀锌。
（6）所有标注尺寸均以mm作单位。
（7）提供的所有视图及详图，杆体均以16边形作假设，设计者可根据需要适当调整。
（8）提供图纸的细节方面，设计者可根据需要调整，但需沟通确认。
（9）地面以上500mm处需设M12接地孔。
（二） 材料要求
杆体和横担的材料应充分考虑达到使用性能的同时，满足制造加工的便利。同时材料中各元素必须满足：
Si<0.04%, %Si+(2.5x%P)<0.09
根据客户对材料的要求，ASTM A572 GR50即可满足，但是考虑到镀锌方便，符合维蒙特公司节约能源，改善生活的宗旨，我们与客户协商，最终确定杆体及横担采用含Si量较低的ASTM A572 GR65，这种材料强度较高，屈服强度达到450Mpa。底板采用ASTM A572 GR50，底板材料：ASTM A572 Gr50. 屈服强度：345Mpa，地脚螺栓材料：GB 699 45#. 屈服强度：355Mpa，这样既可以满足客户需求，又可以充分发挥高强钢使用的优势，同时节约成本[1]。
（三） 其他要求
地线横担需设置直径为14的接地孔，直径为18的挂线孔，导线横担需要设置直径为18的维修孔和直径为18挂线孔。整个杆体及其零部件需要热浸镀锌，爬梯需要采用防滑型，杆体横担上800mm的位置需要设置扶手，横担下600的位置需要设置脚钉，便于高空拧螺栓，杆体至横担端部需要设置需要设置长条扶手，便于高空安装挂线等。底部以上2800mm位置左右设置放怕装置[2]。
四 电力杆设计与实验检验
（一） 电力杆设计
1 设计软件介绍与使用
进行设计时一般使用IMPAX设计程序，它可以计算各种单杆结构，也可以计算门型构架等复杂结构。它由多个模块组成，其中计算门型构架，A型构架等复杂结构的模块之内核叫 Taper（中文意思为锥形），是美国维蒙特设计变电站架构的利器。它是由美国维蒙特公司和NEBRASKA大学合作开发，专用于钢制锥形钢管结构分析。它是三维有限元弹性分析软件，基本单元是带锥度的梁单元。在美国多年的设计和实践表明这个程序是高效实用的[3]。
下面以一个典型的500kV终端构架的设计步骤为例对其进行简单的介绍[4]：
（1） 建立文件。每个结构为一个文件，输入项目有关信息包括结构的描述等。
（2） 建立结构空间模型。定义和生成节点：名称，三维坐标约束情况。定义和生成单元：名称，始末和经过的节点，直径，壁厚，材质，边数，锥度等。
（3） 输入各种荷载工况及各工况下的荷载。包括各工况下作用于结构上的风载，覆冰，线条张力，重力，设备的重力，风载等。荷载须加在节点上，荷载包括三个方向的力（Fx，Fy，Fz）和三个方向的弯矩(Mx，My，Mz)[5]。
（4） 结构计算。采用试算调整法。即根据经验先假设各单元的几何尺寸，计算得到结构的安全系数和结构变形，安全系数结果用不同的颜色显示在结构简图上，挠度显示在对话窗上。据此调整尺寸进行不断的优化，直到得到强度和挠度均最优的设计。
（5） 得到输出结果文件*.LTP，从中取出各连接节点的受力用其他结构软件进行连接计算。为基础设计提供基底反力。
2 杆体结构设计
依据客户提供的杆体模型以及杆体所受的荷载大小与特点，按照前面介绍的IMPAX的使用方法与步骤，设计并计算出相应的结构与参数，具体结果如下：