铁塔设计方法应用研究

课题名称：铁塔设计方法应用研究报告

起止年限：2010.11-2012.11

项目简介

1.1项目必要性

　　大容量和长距离输电的需求，促进了电网技术的不断进步和特高压电网在我国的应运而生。与角钢塔相比，钢管塔具有构件风压小、刚度大、结构简洁、传力清晰等优点，能充分发挥材料的承载性能，具有技术和经济优越性，在我国特高压输电线路中得到广泛应用。

　　2000年以前，我国高压输电线路以500kV为主，铁塔以角钢塔居多，计算模型为空间桁架，使用的软件无论是道亨还是东北院TTA均基于东北院2000年以前开发的程序，通过试验验证，计算模型与实际结构基本符合。但随着特高压输电工程的上马，杆塔结构尺寸及荷载加大，节点构造复杂，杆件节点刚度极度增加，杆件间的相对刚度亦随之增加，按传统的桁架计算模型计算出的结果与试验结果存在一定偏差。

　　由此可见，我们目前所采用的计算模型及计算手段均存在滞后性，其并没有涵盖针对特高压工程特点的分析手段。因此开展特高压输电铁塔计算模型及计算方法的研究，对于确保特高压工程的安全可靠具有重要的意义，同时将为特高压钢管塔的结构设计提供参考和依据，为我院在特高压输电领域实现技术积累及储备。

1.2研究目标

　　针对目前空间桁架模型以及传统静力方法在特高压工程中遇到的诸多局限，升级力学模型，借助非线性有限元的分析手段，使设计精细化程度提高的同时，拓展诸如模态分析分析、大变形分析分析等新的探索方向，是未来特高压领域的必由之路。为此，本报告结合此次1000kV淮南-上海（皖电东送）特高压工程，根据有限元计算结果，分析确定适用于特高压钢管塔的设计计算模型及配套的计算方法；分析钢管塔主材长细比与主材应力的关系规律，提出长细比的取值建议；结合国内外钢结构设计规范及相关标准的对比，探讨控制钢管塔主材局部屈曲失稳的截面径厚比的限值等问题，从而为特高压钢管塔的结构设计提供参考和依据，为我院在特高压领域提供基础积累。

1.3研究内容

　　为开展特高压输电铁塔力学模型的应用研究，本课题主要从以下几方面开展研究：

　　（1）特高压输电铁塔力学特性的调研

　　对目前国内外特高压输电铁塔的试验及运行情况进行搜集整理，总结目前特高压铁塔的力学特点以及试验、运行过程中暴露出来的诸如结构布置、节点构造等方面的问题，节省研究周期，避免重复研究，为建立特高压输电铁塔力学模型奠定基础。

　　（2）特高压输电铁塔计算方法的调研

　　通过调研目前国内杆塔结构设计规范及相关配套程序，并结合目前特高压铁塔力学模型的力学特点，总结现有规程及配套软件存在的局限性，提出改进的方向及目标，为将特高压铁塔力学模型引向工程实践提供技术保证。

　　（3）特高压铁塔力学模型的选取

　　根据特高压铁塔的力学特点，结合现有计算模型存在的局限性，通过对比研究，提出适合特高压工程的计算模型及软件。并结合依托的皖电东送项目，从模态分析、静力计算、非线性计算等方面对模型及软件进行测试。

　　（4）特高压铁塔计算方法的研究

　　在特高压铁塔力学模型研究的基础上，考虑杆端附加弯矩、结构大变形等方面的影响，提出适合特高压铁塔力学模型的配套计算方法。以满足构件选材的要求，为将特高压铁塔力学模型引向工程实践提供技术保证。

　　（5）基于特高压力学模型开展风振系数取值研究

　　特高压铁塔是集高耸结构和空间杆系结构特征于一体的风敏感结构体系，但由于输电铁塔结构形式、高度的差异性，造成规范中对铁塔自振周期的求解并不能适用于所有铁塔。为此，通过基于特高压铁塔力学模型的有限元分析，并对比分析考虑导地线左右后对结构自振特性的影响，确定结构的自振特性，并最终确定结构的风振系数取值。

　　（6）基于特高压力学模型开展杆端弯矩二阶效应的影响研究

　　基于特高压力学模型，分析杆端附加弯矩主要影响范围及比例，给出相应的处理方法，并分析钢管塔主材长细比与主材应力的关系规律，提出长细比的取值建议。

　　（7）基于特高压力学模型开展控制钢管构件局部屈曲的径厚比取值研究

　　基于特高压力学模型，结合国内外钢结构设计规范及相关标准的对比，探讨控制钢管塔主材局部屈曲失稳的截面径厚比的限值，从而为特高压钢管塔的结构设计提供参考和依据。