不同使用条件下杆塔基础的预偏设计

李善金;牛俊友;耿伟亚

【摘 要】转角塔、终端塔基础的预偏要根据杆塔结构的变形等因素确定,而杆塔的变形与杆塔结构型式、转角度数、地基情况、导地线型号及张力大小等有关。本文分别就自立式铁塔和钢管杆中某一型号杆塔在不同使用条件下,其基础的预偏值进行分析和计算,得出了在不同使用条件下基础预偏值的计算方法和预偏斜率的控制方法。

【期刊名称】《电气技术》 【年(卷),期】2012(000)009 【总页数】3页(P104-105,110)

【关键词】杆塔变形;挠度;基础预偏计算;预偏斜率控制 【作 者】李善金;牛俊友;耿伟亚

【作者单位】商丘供电公司,河南商丘476000;商丘供电公司,河南商丘476000;夏邑供电局,河南夏邑4700 【正文语种】中 文 【中图分类】TM7

《110～750kV架空输电线路设计规范》规定：“转角塔、终端塔的基础应采取预偏措施，预偏后的基础顶面应在同一坡面上”。基础的预偏值要根据杆塔结构的变形和基础设计时地基出现的变形综合考虑。

杆塔的变形与杆塔结构型式、转角度数、地基情况、导地线型号及张力大小等有关。规程规定，长期荷载效应组合（无冰、风速5m/s及年平均气温）情况下，杆塔的计算挠度限值应符合：直线自立式铁塔3h‰、直线钢管杆5h‰、转角及终端自立式铁塔7h‰、直线耐张转角钢管杆7h‰、转角及终端钢管杆15h‰，其中h为自基础顶面至计算点的高度。在工程中，各杆塔实际使用条件往往不同于杆塔设计条件：或者杆塔两端承受不均衡张力，或者导地线使用张力小于设计张力，或者实际转角度数小于设计值，这些因素均会使杆塔的变形远小于挠度设计值，因而其基础的预偏值就不能一概而论，而应该根据工程实际使用情况综合计算。本文分别就自立式铁塔和钢管杆在不同使用条件下，对基础预偏值进行分析和计算。 1 自立式铁塔

由于直线塔所受的横向荷载仅有风荷载，其作用方向是随机的，挠度方向由风向而定；转角塔和终端塔的主要横向荷载为导地线张力，对具体的铁塔来讲，其方向是确定的，因而挠度的方向也是确定的；因此对转角塔和终端塔基础采取预偏处理。通常情况下，自立式铁塔基础的预偏值

式中，L为铁塔基础根开，f为铁塔挠度。杆塔的挠度与杆塔结构型式和受力大小有关。

利用虚功原理，平面桁架在荷载作用下，其位移值式中，N1为沿所求变形方向施加一单位力后每个杆件虚内力，Np为桁架在荷载作用下隔杆件内力，E、A和l分别为各杆件的弹性模量、横截面积和长度。由此公式可知，桁架的弹性变形大小与桁架受力大小成正比关系。同时，在实际铁塔中，螺栓孔径一般要比螺栓直径大1.5～2.0mm，螺栓受力后，螺栓中心将偏离螺孔中心，由此引起的桁架位移将增大

式中，n为每一根杆件的连接点数，d0为螺栓孔径，d为螺栓直径。

通过对大量转角塔挠度的分析和实际测量，通常铁塔螺栓中心将偏离螺孔中心引起的桁架位移换算成铁塔挠度约为2～3‰，铁塔主材分段越多，桁架位移越大。在结构设计没有提供其设计挠度值时，考虑到施工误差等因素，铁塔挠度通常按下述取值：20°转角时取4‰ ，40°转角时取5‰；60°时取6‰；终端塔和90°时取7～8‰。

当工程设计条件及线路路径确定后，线路所用转角（终端）塔的型式也就确定。由于杆塔实际使用条件不可能都正好是其设计条件，工程中按每基杆塔按实际使用条件去计算其挠度的工作量也比较大，利用桁架的弹性变形与桁架受力大小成正比的关系，计算出实际使用条件下铁塔长期荷载效应组合工况的受力值，与铁塔设计条件下长期荷载效应组合工况的受力值相比，可以得到铁塔实际的挠度，从而确定铁塔基础的预偏值。如导地线等其他使用条件与设计条件相同时，60°转角塔用在45°转角时，换算弹性变形为3‰×45/60=2.25‰。考虑由桁架位移引起的挠度为3‰，由此得到此塔在45°转角时，其杆顶挠度为5.25‰。 图1

当铁塔两侧均衡受力时，铁塔向转角内侧角分线方向倾斜。当铁塔两侧承受不均衡张力时，铁塔所受合力方向与角分线将有一个夹角，其作用是在顺线路方向增加了一个不平衡张力，需要铁塔在两个方向考虑预偏。如图1所示，以A腿为基准，当线路一的张力大于线路二的张力时，基础各腿预偏值如图所示，其中H为顺线路方向的预偏值，h为垂直线路方向的预偏值，β为线路转角度数的一半。 由平面方程公式可知

化简得：式中，H和h可根据铁塔受力情况，计算出垂直线路方向和顺线路方向

挠度值后利用公式一分别计算两个方向的预偏值。当铁塔两侧均衡受力时，H等于零。当铁塔正侧面基础根开不相等时，可以在基础平面上选取一个正方形，利用式（4）得到基础顶面的预偏斜率。通过基础平面控制点所在位置的x和y值，可以简单的计算出其标高值，从而保证基础顶面在同一平面上。

当铁塔采用不等高腿时，如图2所示，基础腿级差为H，预偏高度为h，与基准腿的根开为L。先按等高腿方式利用公式（4）计算各腿的预偏值h。基础预偏后，由不等高腿会产生一个水平位移s，利用三角形简化，计算水平位移位移方向与根开L方向相同。 2 钢管杆

由《架空送电线路钢管杆设计技术规定》相关条文知道，钢管杆力学模型为一个悬臂梁，由水平力FH引起的挠度： 图2

由弯矩M引起的挠度

式中，；L1为力或弯矩作用点高度；c、φ和ϕ分别为与截面形状有关的常数；E为钢材弹性模量，近似为常数。钢管杆一般采用法兰或套接连接，分段数量一般为2～4段。因此钢管杆的挠度主要是其弹性变形。从钢管杆相关特性计算公式上可以知道，钢管杆挠度与受力大小成正比关系。

通过对钢管杆结构计算分析，通常情况下，20°转角时钢管杆挠度在7‰时钢管杆结构外形和重量接近最优配置，40°转角时为9‰；60°时为11‰；终端和90°时为12‰～13‰。若钢管杆结构图上提供了钢管杆挠度值时，考虑到施工误差因素等，施工计算预偏值采用的挠度值可较设计挠度值增加1‰～2‰。

当钢管杆没有采取预弯措施补偿挠度时，需要对其基础采取预偏处理。同铁塔计算

挠度原理一样，利用钢管杆挠度与受力大小成正比关系，比较钢管杆实际使用条件与其设计条件下的受力大小，换算得钢管杆实际挠度，从而确定基础预偏值。 通过比较钢管杆基础形式与铁塔基础形式可以知道，公式二同样适用于钢管杆基础。基面施工中，在基面上选取几个控制点，如图3a、b、c和d4点，然后列出其x、y值，利用式（4）可计算出各点的标高值，使基础达到预偏要求。 图3 3 结论

为使线路杆塔美观，达到最佳受力需要，送电线路承力杆塔基础的预偏，应根据承力杆塔在工程现场的实际使用情况，充分考虑承力杆塔类型、转角度数等综合条件，计算出合理的基础预偏值。本文分别就自立式铁塔和钢管杆在不同使用条件下，杆塔挠度值进行快速而较准确的计算，从而确定杆塔基础预偏值，使转角杆塔不向双线侧倾斜，不向转角内侧或外侧倾斜，终端杆塔不向线路侧倾斜。

利用平面方程，使基础预偏后，各基面按要求应施工成斜面，利用平面方程计算各控制点的标高，可使基面容易获得一个整体平面，达到预偏要求，从而使转角杆塔受力最佳，安装方便。