王信

摘要：本文主要就塔身坡度、傳力面的設定、桿系傳力對結點構造的影響、塔身斜材布置和分段模式間的選擇以及橫隔面桿件布置等方面分析了高壓輸電線路鐵塔結構設計方面的一些經驗、看法和常被忽略的問題，可供同行參考借鑒。
關鍵詞：輸電線路； 鐵塔結構； 設計； 分析；
一、塔頭鉸結點的設置分析研究
在輸電線路鐵塔內力分析時，均將桿系結點作為鉸結點。本節所述塔頭鉸結點的設置，是指兩鉸拱或三鉸拱力學模型的選擇及構造模式。如：酒杯型塔頭K節點，從力學模型看是純鉸，將其處理成結實的剛性節點，雖不會影響結構的正常工作，但浪費了不少鋼材。又如：有些線路工程，直線塔開始使用中相V串、三鉸拱塔頭。但有的塔在中間鉸部位下，又加設了平連桿。三鉸拱在國外輸電線路鐵塔結構設計中，已早有應用，如美國500 kV直線塔、南非400 kV直線塔，都大范圍使用了三鉸拱塔頭，且中間鉸部位下均未加設平連桿。建議我國在修訂《架空送電線路桿塔結構設計技術規定》時，在基本規定一節中應強調指出，桿塔結構加工圖必須與內力計算圖保持一致。不得輕易改動結構布置，或添加未經計算和可能影響受力的桿件。
二、導線橫擔下平面斜材布置分析研究
導線橫擔下平面斜材常見的布置形式為交叉斜材(雙斜材)式，且交叉斜材布置到導線橫擔根部時，大多連接到導線橫擔的主材上。在縱向荷載作用下，其連接部位的主材或節點板極易變形。為此，常見設計者在這一部位節點上，增設了1根短角鋼，以增強這一部位抵抗縱向荷載的能力。雖然這一辦法能解決問題，也沒有因此引發事故。為使設計盡可能合理，滿足桿系傳力的要求，只需設計者將橫擔下平面交叉斜材桿系布置到導線橫擔根部時，與塔身橫隔面側面橫材的中點相連接，使導線縱向荷載通過塔身橫隔材直接傳遞到塔身上去，就可解決主材和節點板彎曲變形問題。
三、塔腿平連桿的使用分析研究
在設計和真型塔試驗中發現，塔腿結構加設平連桿后，力學模型發生了從靜定到超靜定的變化，和僅靠80年代中期推求出的近似實用公式，已不能滿足內力分析的需要。并考慮1997年4月在真型塔試驗中，曾因平連桿加工負誤差偏大，出現將塔腿主材拉彎，不能滿足試驗荷載要求的情況。故平連桿的使用直接影響到桿系的布置，甚至影響到相鄰桿的工作狀態。建議在新版《架空送電線路桿塔結構設計技術規定》中指出：當塔腿采用平連桿時，應作為桿件與塔體同時計算。
四、派生結構的桿系布置分析研究
由于城網建設的需要，同塔多回路并架已廣泛使用。經專家分析，一致認為與110 kV橫擔連接的塔身節間是K形三分段桿系，110 kV橫擔吊桿直接拉在K形三分段輔助材支撐的主材小節間點上，塔身主材在110 kV橫擔的拉拽下，位移過大，塔身主材不能在原設計條件下正常工作，只要將原K形斜材桿系中的塔身主材三分段下端的小節間與110 kV橫擔連接方式，改為塔身節間與110 kV橫擔連接的小節間，脫離原K形斜材桿系，獨立自成一個節間，使桿系傳力均由受力材傳遞，節與節之間互不干擾，就可以使結構正常工作。
五、曲臂傳遞縱向荷載的問題分析研究
國內設計的500 kV酒杯型直線塔，大都對塔頭部位的上下曲臂采取了外側面主材取直的作法。這樣不僅從外觀上看，塔型顯得利落、美觀，而且縱向荷載傳力路線直捷，自是最佳方案。但此時傳遞縱向荷載的任務，還是由曲臂內外側斜材共同擔負。這是由于力學模型是理想的模式，內側斜材與K節點實際構造沒有做到符合力學模型的要求，傳遞它應擔負的縱向荷載的任務。因此，需要設計者自己設定傳力面。通常做法是設定外側面為100 %傳力面，內側斜材從桿系布置、節點構造處理，使它不再傳遞縱向荷載。只是設計者要注意的是，自己一定要把傳力路線搞清楚，且設定的傳力面及構造處理要能把力傳走。
六、塔身斜材的布置分析研究
制約塔身斜材的基本條件是斜材對外荷載抵抗力矩和計算長度的選擇。其中，斜材對外荷載抵抗力矩的大小，即斜材和水平面的夾角大小，將直接影響到該節間主材分段及主材選材。從國內外科研成果以及工程設計實踐經驗看，塔身斜材和水平面的夾角取40°～50°為宜。當然，塔身斜材的布置形式，還和塔身的寬度有關，在塔型選型時，要分析控制選材的條件，塔身主材節間分段情況、主材計算長度，以及不同的接腿配置不同的塔身等多因素，進行優化組合。另外塔身斜材布置的形式，外荷載的大小，幾何尺寸大小材料截面的性質，是選擇單斜材，還是雙斜材，還是再分式雙斜材，是選擇交叉式斜材，還是正K形布置斜材，或是倒K形布置斜材，以及在什么部位選擇什么布置形式等，都要認真比較選擇。
七、大坡度塔身分析研究
使用的寬身、大坡度塔身塔，均存在著不同程度的塔身斜材彎曲問題，是設計者應當解決也可以解決的問題，以下就此探討了幾個解決辦法： (1)在塔身主材和節點板之間或節點板和塔身斜材之間采用加斜墊的辦法(加工難度較大)；(2)塔身主材若是單角鋼，可采用設置雙排螺栓，靠主材肢端的螺栓以保證主材軋制邊為準，制彎節點板的辦法；(3)若是四角鋼組合成十字斷面，可直接采用制彎節點板的辦法;若是雙角鋼組合十字斷面，則只能使用前2種辦法，使節點板和塔身斜材置于一個平面內共同工作。鋼管塔為寬塔身、大坡度塔身展示了一個更加美好的前景，塔身主材、斜材均用鋼管，做成十字拉條的構造模式，不僅力學模式合理、構造形式可行，還有良好的視覺效果。
八、偏心引出的思考
1、單包鐵接頭引起的主材力線的偏心
為消除單包鐵接頭因偏心產生的附加彎矩，導致鄰近輔助性桿件需按相鄰主材內力的3 %進行選材的弊端，采用雙包鐵已得到廣大設計人員的普遍認同。由于主材相對于相鄰的輔助材而言，近似于連續梁，輔助材則相當于支點，故主材由于單包接頭出現附加彎矩，相鄰支點的反力比其他支點的反力就大了1. 5倍，也就是說輔助材的內力大了1. 5倍。常規輔助性桿件選材按相鄰主材內力的2 %進行選材，此時則應按相鄰主材內力的3 %進行選材。
2、橫隔面材連接上的偏心
對于橫隔斜材與橫材背對背連接，在真型塔試驗中，出現橫隔面斜材被壓曲的現象。可用橫隔斜材背向下放置的解決方法，但往往要通過節點板進行連接，鋼材要多用一些。若將橫隔斜材改為十字組合截面，不僅可以減少偏心，還可能省了節點板，甚至還能節省斜材的鋼材耗量。
九、拉線塔分析研究
1、拉線塔主柱的計算撓度。主柱的計算撓度對主柱的選材有很大的影響，以往計算柱中撓度時，國內各設計院考慮的影響因素組合也不盡相同。80年代末，有關專家就曾指出：取自重、風荷載引起的撓度和2 L/ 1 000初撓度進行組合，不用再考慮螺栓滑動變位引起的撓度，是可以滿足要求的。  
2、拉線塔的鉸。我國500 kV輸電線路拉線塔型，都是由拉線系統和中心受壓柱組成的塔架體系，橫擔與主柱、主柱與基礎均為鉸接。只有拉貓塔的塔頭與塔身連成一體，主柱與基礎為鉸接，區別于其他拉線塔型。由于拉線塔在外荷載作用下變位較大，且鉸又是可轉動的鉸。因此，處理好鉸的構造相當重要。一是柱頭的鉸。70～80年代，我國第1批500 kV輸電線路的拉線塔，柱頭鉸均為單剪穿釘鉸。施工中發現有的塔連接穿釘的節點板焊接變形過大，穿釘不易緊到位，呈歪斜狀態。后在新拉V塔設計中。將單剪改為雙剪，實施至今，狀況良好。二是柱腳的鉸。我國500 kV輸電線路拉線塔，柱腳鉸大都做成圓鍋型鉸。為防止主柱滑出鍋頂，有的在基礎鍋頂加焊一段圓鋼，在主柱鍋頂打孔;有的在基礎鍋頂、主柱鍋頂打孔后，加擰一個螺栓。
3、拉線塔的應用前景
單回500 kV輸電線路使用拉線塔己積累了不少經驗，可拉線懸索塔卻從未在工程中得到應用，而拉線懸索塔是所有塔型中受力最合理、指標最經濟的塔型。