输电杆塔及基础设计课程设计1.pdf

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1、三峡大学电气与新能源学院三峡大学电气与新能源学院杆塔课程设计说明书杆塔课程设计说明书学期:秋季专业：输 电 线路 工 程课程名称：输电杆塔及基础设计班级学号：2009148210姓名：指导老师：文老师2012 年 12 月目录目录一杆塔外形的尺寸一杆塔外形的尺寸1杆塔高度及弧垂132导线比载4-63档距计算64间隙及带电作业的校验785地线支架的高度9-11二部分二部分1避雷线的比载计算112运行情况1213三配筋计算三配筋计算1配给计算14四强度校验四强度校验1计算条件142荷载列表153裂缝计算16174单吊点起吊计算175断线情况内力计算.18五基础设计五基础设计1抗压承载力计算及验算1

2、92地盘强度计算20六总结六总结1课程设计小结21设计参数表格设计参数表格：LGJ180150/25LGJ181150/35第一部分第一部分 确定杆塔的尺寸外形确定杆塔的尺寸外形（1 1）杆塔的呼称高度）杆塔的呼称高度（参考书）公式（31）H fmax hx h 施工裕度施工裕度h的确定的确定，根据设计任务书提供的水平档距Lh 265 m，查表（37）为了更加安全取h0.7m2753904650455028039547004600hx为导线到地面及被跨越物的安全距离为导线到地面及被跨越物的安全距离，假定此杆塔安装处取非居民区，根据（参考书）hx6.0m绝缘子串的长度绝缘子串的长度：（参考书目五

3、）（图一）件号名称质量(kg)数量型号(长度mm)12345绝缘子串长度绝缘子串重量适用导线挂板球头挂环绝缘子悬垂线夹预绞丝1289mm0.560.275.05.71.4411411Z-7（60）QP-7（50）X-4.5（146）CGU-3A（157）FYH-240/4042.97kgLGJ-150/20（表一）覆冰时导线的自重：G=n3ALv147.35103370277.75 3188.64N（）3和A的取值来自后面的计算。绝缘子串，金具的重量：Gj42.97 12.99.8 421.4N绝缘子的最大使用载荷：T TR60000 22222.2N，K 取 2.7k2.7由以上结果可以看出

4、，绝缘子的强度时肯定足够的 杆塔的最大弧垂杆塔的最大弧垂fmax可能成为控制气象条件的最低温，最大风，覆冰有风和年均温，（参考书二）整理该典型气象四区的相关参数如下表二最低温最大风5250覆冰有风5105年均温1000气温（C）20风速（m/s）0冰厚（mm）02 根据任务书提供导线 LGJ-150/20 的参数，（参考书二）整理后列下表三截面积 A(mm2)导线弹直径性d(mm)系温度膨胀计算计算质量抗拉强度安全系数K许用应力年均应力上限系数拉断力(N)19.610-646630(Kg/kpm)MPa0McpMpaPa数E(1/(MP C)a)164.516.6773000549.4269.

5、22.5107.72 67.329（2）计算导线的比载A 导线的自重比载导线的自重比载：1(0,0)qg103A549.4 9,80665103 32.75 103(MPa/m)164.5B 冰重比载冰重比载：2(5,0)27.728 5(16.07 5)103 18.26 103(MPa/m)164.5C 垂直总比载垂直总比载/m3(5,0)(32.7518.26)103 51.01103M P aD 无冰风压比载无冰风压比载,假设风向垂直于线路方向，90,sin 90 1;110Kv线路c1.0可以得出下式：v24(0,v)0.625fscd103(MPa/m)A1）外过电压，安装有风：v

6、=10m/s,f=1.0,sc=1.21024(0,10)0.625 1.0 1.2 16.07 103 12.83 103Mpa/m164.52）内过电压 v=25m/s,f=0.85,sc=1.22524(0,15)0.625 0.75 1.2 16.67 10 3 28.98 10 3Mpa/m164.53)最大风速 v=25m/s,设计强度时，f=0.61,sc=1.22524(0,25)0.625 0.61 1.2 16.67 10 3 28.98 10 3M p a/m164.5 4）最大风速 v=30m/s,计算风偏时，f=0.61,sc=1.24(0,25)0.625 0.61

7、 1.2 16.67 252 10 3 28.98 10 3Mpa/m166.45E 覆冰风压比载计算覆冰风压比载计算：v=10m/s,计算强度和强度时，f=1.0,sc=1.210210312.16103Mp a/m5(5,10)0.6251.01.2(16.6725)164.5 F 无冰综合比载无冰综合比载1)外过电压，安装有风：6(0,10)33.62103Mpa/m2)内过电压：6(0,15)35.17 103Mpa/m3)最大风速,设计强度时：6(0,25)5.99 103Mpa/m4）最大风速 v=30m/s,计算风偏时，6(0,25)43.37 103Mpa/mG G 覆冰综合比

8、载覆冰综合比载6(5,10)52.44 103Mpa/m将计算的结果汇成下表四（单位：103Mpa/m）1(0,0)2(5,0)3(5,0)4(0,30)5(5,10)6(0,30)7(5,10)32.7551.0133.6235.17f=0.75,sc=151.99f=1.0,sc=143.7552.44.1.23 计算比值/0，将计算的结果列入下表五：（单位1/m）气象条件许用用力(Mpa)比载(103Mpa/m)温度C比值103编号-50.4826b50.4869d200.3041a100.4865C51.9952.4432.7532.75最大风107.72覆冰有风107.72最低温10

9、7.72年均温67.324 计算临界档距，利用列表法（表六）气象条件临界档距abcdLab=224.092m Lbc=不存在Lcd=4096.836Lac=75.9454m lbd不存在Lad=220.9m由此得出年均温为控制气象条件5 由任务书给出最大弧垂发生在最高温气象条件下，需要求出此状态的应力已知条件：1 32.75103MPa/m，0 67.32Mpa，t=10C,无高差，档距为L=265m2 32.75103MPa/m，t=40C通过状态方程求解：参考书目二解法：系数 A26.155系数 B229100通过迭代法得出：1 53.5Mpa参考书目三：fmaxl232.75 265 5

10、.365 m88 53.59所以得出杆塔的呼称高度：H fmax hx h1.289+5.365+6+0.7=13.354m（3）单回路两相导线水平列表间距的确定根据参考书目一公式 33Dm 0.4U 0.65110fmax 0.4 1.289 1 0.65 5.365 2.89 m（4）间隙圆校验.1)规程给出的最小空气间隙为R正 0.25m,R操 0.7m,R雷1.0m.2)三种气象情况下绝缘子串风偏角基本风压正操雷25225KN/m21600641529KN/m21600641021KN/m2160016绝缘子串所受风压PJ n1n21z0Ajn11,n2 7,绝缘子串的位置高度为 12

11、m,查参考书目一表 24，得出风压变化系数z 0.93,Aj 0.03m2Pj正17 10.93Pj操Pj雷250.03 87.2N16917 10.930.03 31.4N64117 10.930.03 13.9N16导线风荷载计算Pd正 29.98 103164.5 265 1263.31NPd操 12.38 103164.5 265 559.29 NPd雷 7.60 103164.5 265 331.3N导线自重比载计算GD正32.75103164.5380 2047.2N Pd Pj/2 计算，即绝缘子串风偏角，即 tanG G/2jd1正 tan1操 1263.3187.2/2 30

12、.062047.2 421.4/2 599.29 31.4/2 tan1 14302047.2 421.4/2 364.7 13.9/2 8312047.2 421.4/2雷 tan1根据d1.45和R,值，制作好间隙圆校验图，三种气象条件下间隙校验合格。（5）带电作业校验。带电作业气象条件刚好和外过电压气象条件相同，绝缘字串风偏角雷雷，人体活动范围 0.5m,带电作业安全距离R带1.0m。校验结果：地电位作业风偏人员对导线作业时，作业人员只能在杆塔顺线方向前后作业，不得在杆塔横线路方向作业。否则带电作业安全距离不够。（5 5）杆塔横担和地线水平距离的确定杆塔塔头示意图（图二）杆塔塔头示意图（

13、图二）（参考书目一）公式 39Dh 2(Rsinb)Dh 2(R sin b)2(1.11.289 sin 300.3)4090 mm上图中D Dh 2300 4690mm2 2）横担长度）横担长度：D 2Dh 40902 8180mm（6）地线支架的高度(1)防雷保护角，根据参考书目四，线路在避雷保护角取 25其中取 a=300mm,c=1289mm,b=2045mm根据示意图一：Tan tan 25 b a2045 300,可以求出h 3742 mmhh(2)避雷保护角的验算：参考书目六，公式 824边导线保护范围：rx 0.47(hhx)0.47(1335437423742)6276 2

14、045边导线防雷保护是足够安全的中央导线：根据公式822h0 hD469013354374215923.52 13354mm4p4 p防雷也是安全的(3)避雷线的相关参数，根据参考书目三和四，任务书的要求，选地线：结构形式：17，截面积为 37.15mm,公称直径 7.8mm 公称抗拉强度为 1470Mpa,A 级渡锌层的钢绞线。标记为：1 17-7.8-1470-A-CB7-7.8-1470-A-CB12000-8812000-88地线的相关的金具表格：（图三）件号名称质量(kg)数量型号(长度mm)12挂板球头挂环0.560.2711Z-7(60)QP-7(50)34绝缘子串长度绝缘子串重

15、量绝缘子悬垂线夹362mm3.35.711XDP1-7(182)CGU-2(70)9.83kg适用避雷线17-7.8-1470-A（表七）所以图二中地线支架的高度 H1=h+d-c=3742+362-1289=2815mm由参考书表一 3-10.d 取 3.50m。至此杆塔的结构尺寸基本确定杆塔总高度 H=13354+2815+3500+3000=22670mm至此杆塔的结构尺寸基本确定至此杆塔的结构尺寸基本确定第二部分，杆塔的荷载计算第二部分，杆塔的荷载计算（1 1）避避雷线的比载计算雷线的比载计算已知参数钢绞线17-7.8-1470-A的弹性系数E=181400N/mm2,温度膨胀系数 a

16、=11.510-6(1/C)，截面积为 56.30mm,公称直径9.6mm，计算拉断力 71.50KN,还要乘一个换算系数 0.92，导线的比载已经在上一部分计算过了，不用重复，避雷线的计算方法和导线的计算方法是一样的。下面图示四为自己所编的小计算程序，这里只给出了计算的结果：（表八）截面积 A(mm2)导线弹直径性d(mm)系温度膨胀计算计算质量抗拉强度安全系数K许用应力年均应力上限系数拉断力(N)11.550200(Kg/kpm)Mpa0McpMpaPa数 E(1/(MPC)a)37.157.818130.931596.2.5638.651399.1340010-63（图四）1(0,0)2

17、(5,0)3(5,0)45(5,10)67(5,10)外过电压 内过电压设计强度 计算风偏(0,25)(0,15)44外过电压内过电压设计强度 计算风偏(0,25)685.481365.684.35.94139.83.6633（二）运行情况一15.74119.7305气象条件：最大设计风速，无冰，未断线，其中，v=25m/s,t=5,b=0地线重量 GB:GB=1BABLvGjB 85.6510337.15380 90 1299N地线风压 PB：PB4B(30)ABLP 83.6610337.15265 824N导线重量 GD:GD1DADLVGJD 35.8164.5380 548 2786

18、N导线风压 PD:PB4B(30)ABLP 83.6610337.1526587 1847N气象条件：覆冰，相应风速，v=10m/s,b=5mm,t=5地线重量 GB：GB(1BABLV GJB)2BABLV(K 1)GJB,覆冰系数K1.075(85.6510337.75380 90)48.6810337.15380 (1.075 1)901993N地线风压PB：PB5BABLp PJB 35.9410337.15 265 354N(避雷线绝缘子无裙，不用计算风荷载)导线重量GD：GD(1DADLV GJD)2DADLV(K 1)GJD(32.75103164.5380 548)18.261

19、03164.5380 (1.075 1)548 3230N导线风压PD：绝缘子串的风压PJD：PJD n1n21z0Aj1(1 7)0.031020.93/1.6 14NPD5DADLp PJD12.16103164.5 265 14 544N（四）（四）断导线情况断导线情况，断一根导线的荷载组合情况为：无冰，无风地线重量GB：GB1299N导线重量GD：未断导线相GD：GD2786N2786548 194N2断线张力：L G J 150/20的最大使用张力为：TP 46630N断导线相GD：GDTP4663018652NK2.5导线最大使用张力百分比：35%TM a xTD TM aX8x%

20、1865235%6 5 2N（5 5）断地线情况）断地线情况：断地线的荷载组合情况：无冰，无风，导线未断导线的重量GD：GD2786N地线重量GB：GBGB/2 649N断线地线张力TD：17-7.8-1470-A的最小计算拉断力TP 50200NT50200地线最大使用张力：TDMaxP18593NK2.7地线最大使用张力百分比：20%TD TDMaxX%1859320%3719N至此：杆塔至此：杆塔的外力荷载安要求计算得出的外力荷载安要求计算得出第三部分第三部分 配筋计算配筋计算1）初步选用配筋为1814fcm 21.5N/mm2,二级钢筋fy 310N/mm2，C40混泥土断面外半径：r

21、2 200 mm,r1 150 mm,混泥土的面积 A(D24d24)3.14 (20021502)54950 mm2钢筋的面积：142Ag 3.1418 3532.5mm2,根据参考书三公式669,按受弯构件计算：4r rsinM (fcmA21 2 fyAgrg)2fyAg3103532.5a 0.297 0.3fcmA 2 fyAg21.554950 23103532.5M (21.554950150971.66N m200150200150 sin1800.297 23103532.5)223.142）设计处的剪切力 V：V QTD,其中Q1.4m,0.75,TD为断线张力V 1.4

22、0.75 13339 14006 NV14006 0.5835 0.7 ft 0.7 1.8 1.26 N m1.2tD1.2 50 400剪力由混泥土承受，环形截面的螺旋筋仅按配置构造。第四部分第四部分 强度校核、校验强度校核、校验(一一)计算条件（整理前面的结果）计算条件（整理前面的结果）1 线路电压 110kv2 导线型号 LGJ-150/20,地线型号 17-7.8-1470-A3 设计水平档距 265m,垂直档距 380m4 采用固定线夹和固定横担5 主干采用离心法制造。全长2267mm,按（11335mm+11335mm）分段,壁厚 50mm,主杆采用电焊连接，混泥土采用 C40,

23、级钢筋.6 杆塔的呼称高度 13354m(二二)计算荷载列表计算荷载列表情况覆冰气象，荷载及张力气温C气象条冰厚 mm件风速 m/s水平荷载地线(N)垂直荷载地线(N)19931299129912991299导线32302786278627862786354824导线105442518470100500005-520-10-20最大风最低温正常安装断线地线张力(N)断导线残存张力(N)65281 1 零力矩点位置的确定（计算模型图参考附图电杆外型图）零力矩点位置的确定（计算模型图参考附图电杆外型图）嵌固点的深度为 3000/3=1000mm,h41000 4105 5105mm参考书目一，等径

24、杆适合代带叉梁的门型杆，此处使用等径杆，取直径为 400mmD 40cm,d 30cm,端面系数为：3.14(404304)4293cm23240由于是等径杆，零力矩点的位置O点，Z 0.5h4 2552.5mmW 2 正常情况主杆弯矩的计算正常情况主杆弯矩的计算（1）杆身风压252q 0.60.4 93.8N/m1.6（2）各段风压合力作用点高度：ho1 0.52815 1407.5mmho2 0.516855 8427.5mm（3）各段弯矩计算M1 8242.81593.81.40752.81512990.3 3081N mM2 0.55(282416.85532128.31.5 2135

25、4.6352.3175)12933N mM3 M4 0.55(21190.65 293.816.8558.4275)54425N m可以看出 M2，M3的弯矩比较接近，叉梁的起作用了由计算结果，可以看出主杆时足够安全由计算结果，可以看出主杆时足够安全(1)已知参数：r1 200mm,r2150mm,rs175mm,Es 200N/mm2,Ec 32.5N/mm2,取螺距S 200mm采用光面配筋 v 1EEs200 6.15Ec32.522A0 Ac(E1)As 54950 (6.15 1)3532.5 73156mm2Wd(r1 r2)A054950(20021502)6531786 mm3

26、4rs4175 2 0.4r2150 2 0.41.7r1200ftk 2.45KN/mm2（2）计算开裂弯矩McrftkWd1.7 2.456531786 27.2KN m(3)计算裂缝宽度最大风荷载时：MS19.369KN mMS Mcrv为负值，不会出现裂缝AsEsrSMax(200 S)（4 4）单吊点起吊计算）单吊点起吊计算取R 25KN/m3,则q 253.14(0.22 0.152)1374N/m,横担重量为4000N起吊方法为每一根杆的 横担悬挂处设起吊点。图示门型杆为对称结构，半个横担重为 2000N,计算单杆就行了，叉梁重量小忽略，C 点为支撑点。1求支座反力Mc 011q

27、19.672 200016.855 FB16.855q32 022FB 2435NYc137422.67 2000 2435 30714NMA 0N m1MB 13742.8152 5444N m22计算各点的弯矩1Mc 137432 6183N m2MD 0N m对比设计强度，在起吊时是安全的。对比设计强度，在起吊时是安全的。(5)(5)断导线情况下内力计算断导线情况下内力计算断边导线荷载系数取 0.75,不带拉线电杆，考虑地线支持力TMax 4750N,TMin 4650N由此得出杆根弯矩：N4 m976M4(1.11.4652817.8551.4465020.67019412.045)0

28、.751横担处主弯矩：M1 47500.752.815 10028N m由计算结果，可以看出主杆时足够安全由计算结果，可以看出主杆时足够安全第五部分第五部分 基础设计基础设计此处采用下压基础，基础型号为 DP12-2，适合主径为 400mm 的杆，计算参考图见附图，基础图，下面进行强度验算计算1 1抗压承载力计算抗压承载力计算N GG,取G1.0,A 12001200 1.44m2N 为垂直下A地盘地面压力：p 压力计算值，其中应该加上导线地线在覆冰情况下的重力：N 137422.67 20000.51.93 34145N取s17KN/m3（粗沙）（参考书一表 112）由于梯形体积计算复杂，土

29、的重量计算采用简化计算的方法进行，h 30 60 90mmv1(0.091.44)0.1296m2v2 33.140.22 0.3768m2v31.443 4.32m2V v3 v1v2 4.0728m2G1174.0728 69237.6N基础重量为G2 6429.8 6291.6NG 69237.6 6291.6 75529NP 34145 75529 766163N/m21.442.e 抗抗压压承承载载力力验验算算偏心矩计算1(a a1)(2a a1)1(1200 420)(2400 420)220.3mm6a a161200 420由于e0.033a,所以采用下式计算：fa fakb(

30、b 3)ds(h 0.5)其中fak 200KN/m2(参考书一附表14,中等风化)b3.0,d 4.4(参考书一表113，粗沙)b 3m,h 3.21m,17fa 200 0 4.4172.71 402.7KN/m2p fa/0.75安全！3 3地盘强度计算：地盘强度计算：参考书籍一，公式 1154q26163(a a1)2(2a a1)(1.20.42)2(21.2 0.42)5545N m2424地盘配筋面积公式：M1AsM0.875h0fy其中h0 3.21m,fy 21055452141.1mm0.8750.21210106As 243.14521884mm2AsAs As地盘强度是

31、足够的参考书目东北电力设计院，电力工程高压送电线路设计手册第二版DL_T5092-1999(110-500KV架空送电线路设计技术规程)1陈祥和，输电杆塔及基础设计2孟遂民，架空输电线路设计5懂吉锷，电力金具手册2001 第二版，中国电力出版社6，周泽存，高电压技术第二版，中国电力出版社六课程设计小结六课程设计小结在没有做课程设计之前只是单纯的零散的课本知识没有形成一定的体系，对各部分之间的联系也不是很了解。这次课程设计的学习使我们对这门课有了更深入的了解。同时上一周关于线路设计的课程设计刚好对应了这周的学习且为施工设计也做了一定的准备。原来对专业各方面的认识也渐渐由模糊变深刻了。理论的学习应

32、该结合实际的生活，我们现在学习的有些内容是不能代替实践经验的。我们应该把课本上的知识和实际生活中的知识相结合，在平时有机会时多出去锻炼锻炼使理论升华。去工作单位后当一个有心人，在这次学习中遇到了一些难题，有的可以问同学解决，有的则要自己查书查资料。在这近似苦闷的生活中学的了工具书的用法及自学的能力。也从学习中看到了自己不足的一面，知识点的漏洞还有没有形成结构性的体系，这些都是问题。问题发现了在以后的日子一定应该注意将其消灭。认真学习。兴趣其实是从汗水中获得的，一份耕耘一份收获。到时能成为一个上塔能干活下塔能学习的输电人。最后要感谢我们的指导老师文中老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。虽然这个设计可能做的不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。