邓杨兵 胡友艺
滁州市智宏工程咨询有限责任公司 安徽省滁州市 239000
摘要：在社会经济发展的强力推动下，各行各业都取得了较大的进步。输电线路杆的结构质量直接关系着电力系统的运行和发展，因此，输电线路杆塔结构设计工作极为重要。但就当前输电线路杆塔结构设计工作来看，还需要对架空电线路结构进行优化，从而有效提高电能运输的安全性。
关键词：输电线路；杆塔；结构设计
一、输电线路杆塔的概述
输电线杆塔对于输电线路的施工是必不可少的重要结构部件，其主要功能是将线，避雷线及配套设备支撑架空，以确保线与地之间的所有相关导线和一些交叉保持对象之间的安全距离。在电力系统中，电力杆塔的主要应用分为：直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔、换位杆塔、跨越杆塔、终端杆塔这五大类。电力杆塔建设主要使用两种形式的材料：铁塔跟钢筋混凝土塔。一般在输电线路电压等级大于110kV的情况下采用铁塔形式，电压等级小于66kV将采用钢筋混凝土塔。在传输距离远的地方，线路电压等级高，施工环境复杂，环境一般采用铁塔。因为铁塔结构的可变性，铁塔结构的安全性有很大的优势。然而，使用铁塔的材料需求也很大，结构设计不合理会导致塔架本身的弯矩和承载力缺乏物料浪费。因此，电力线杆塔必须根据线路电压等级，电路数量，环境条件来考虑，以便在实际情况下选择合适的杆塔形式，从而选择最合适的杆塔结构，从技术性、经济性方面综合对杆塔的选择进行评判。
二、杆塔结构优化设计的必要性
杆塔结构在电力设计中是比较重要的设计内容，对于电力的运输质量以及效益具有很大的影响，就其杆塔结构而言，它是属于超静定结构，如果其中的一个杆件被破坏，其整体结构也可能不会受到太大影响，只有当被破坏的程度达到杆塔的最大荷载时，其杆塔才会被破坏。但是传统的满应力设计方法，已经比较落后，而且不能很好地满足这一要求，因此，这就要求有关人员能够找到优化设计的方法，进一步提高其结构的整体性能，确保其结构承载能力有所提升以增加结构的稳定性与可靠性，这具有重要的意义。因此，如何确定最大承载能力就显得至关重要。就其杆塔的荷载力就有必要进行详细的分析，实际上，其荷载主要可以为3种，即永久荷载、可变荷载以及特殊荷载，这3种荷载具有不同的特点。针对永久荷载而言，它不仅包括了杆塔的自重，还包括了导线、设备的重力以及一些预应力等。而针对可变荷载而言，它主要包括一些可变化的荷载，风荷载、人工等附加荷载等。而就特殊荷载而言，主要是特殊情况下的荷载，比如：地震荷载、不平衡张力等荷载。这些不同的荷载在杆塔结构的设计过程中都要考虑在内，这样才能保证其结构设计的优化，使得设计水平有所提高，更好地保证电网运行的效益。
三、输电线路杆塔结构设计的现状
输电线路杆塔是支承架空输电线路与地线的重要工具，它能使输电线路与地面之问保持一定距离。这样一来，即使是在恶劣的天气条件下，输电线路也能顺利输送电能，保证人们的正常生活和工作。因此，输电线路杆塔的安全可靠程度会对整个输电线路的安全产生重要影响。纵观我国输电线路的架线过程及资金投入情况，我们可以发现，杆塔建设的成本投入占主体投入的30以上，对输电线路的经济效益影响重大。随着我国高压网络体系的进一步建设，各种新型输电技术不断涌现并得到了广泛的应用，输电线路杆塔建设数量越来愈多，结构也在不断优化，其建设类型也朝着高负荷、大型化的方向发展。与我国先进制造业的发展水平相比，国内目前的杆塔设计水平较低，与社会发展的要求并不相适应。
就目前情况来看，我国的输电线路杆塔主要是由两类企业生产制造的：第一，国营电力设备企业或一些设备定点生产企业；第二，手工生产企业。前者经济实力雄厚，加工技术和能力较强，从业人员也较多；后者主要是由一些个体企业、乡镇企业、民营企业等组成的，其生产加工技术水平较低，甚至无技术可言。就总体情况来看，我国目前杆塔设计水平较低，需要进一步改进技术，提高设备质量。
四、输电线路杆塔结构设计
4.1输电线路杆塔塔身的尺寸优化
在输电线路杆塔塔身尺寸分析中，其中较好的水平档距一般在400m左右的状态，而且，其中的垂直档距为560m，在直线杆塔塔底以及横担长度不变的状况下，需要及时寻求最佳的输电线路塔，提高结构设计的优化整合机制，相关的专业人员也需要积极配合工作的整合项目，满足输电杆塔的规范性，保证宽度设计的合理性及整合性。具体工作中，需要施工人员及时认识到宽度表整合的必要性，在计算出质量的最小直线杆塔头的下口宽度，在输电线塔头高度为28m的状态下，需要计算出转角塔的最优尺寸，相关的工作人员也需要对塔顶中间的变坡、下口处进行跟开处理，保证长度的不变。通过专业的计算可以发现，最佳的塔是尺寸为：上口宽为2200mm，中口宽为2800mm，下口宽度为4200mm。
4.2根开坡度的优化设计
现在输电线路杆塔结构设计都是把杆塔节点假定为铰结点，整个杆塔为二力杆桁架，力的传递越简单明了所需的杆塔布材就越少。因此杆塔根开坡度的优化设计对杆塔重量有着至关重要的影响。塔身开口和坡度越大，主材传递的内力越小角钢规格也越小，塔身斜材尺寸加大而规格加大。但是塔身开口坡度和杆塔重量的关系是抛物线的关系，并不是越大越好，而是找到塔身开口和坡度之间的最优组合才是杆塔重量最小的。根据实际工程的经验和统计，杆塔的坡度范围一般在百分之八到百分之十四（单回路低电压等级塔取小值，多回路高电压等级取大值）。
4.3杆塔横隔面设计
无横隔面的输电杆塔结构破坏模式表现为主材的弯扭失稳，横隔面可有效抑制主材的截面扭转效应，并显著提升塔段的抗风承载力和变形能力，提升塔段的整体稳定性。《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154－2012)提出的塔身构造隔面设置间隔间间距一般不大于正面平均宽度的5倍，而国外杆塔设计规范并没有此项要求，一次实际工程中杆塔身部隔面很少。因此建议参照ASCE规范中对横隔面设置的要求，按不大于二十三米的间隔适当增加构造横隔面以控制局部振型过早出现，有效提高杆塔整体稳定性与抗风能力。
4.4节点板优化设计
把我国和国外相同电压等级相同类型的杆塔相比，基本都是我国的杆塔要中很多。除了规范计算要求不同外，节点板是非常明显的一个差距。我们要提高螺栓的强度等级，并且杆塔斜材尽量与主材直接相连，以减少螺栓的使用数量，从而也能够直接减小板甚至可以不用节点板。而且国外螺栓设计的强度值也要比我国的值要高，这值得我们继续学习研究。
结语：
总之，输电线路杆塔是整个输电线路的支点，在整个系统中起着重要的作用。社会各方必须做好输电线路杆塔结构的优化工作。因此，在各方工作人员的共同努力下，我国输电线路杆塔结构将进一步优化，更好地适应社会发展的要求，我国电力工业也将能够走上更高的水平。
参考文献：
[1]张春阳，邓薇.输电线路杆塔结构优化设计解析[J].中国新技术新产品，2017（21）：94-95.
[2]廖高慧，输电线路杆塔结构优化设计的探讨[J].通讯世界，2017（13）：221-222.