斜向加劲肋对电塔塔脚板受力影响研究

揭俊平

Researches on the influence of oblique stiffener on the force of the foot plate of electric tower

JIE Jun-ping

Power China Jiangxi Electric Power Design Institute co. LTD,Nanchang Jiangxi,330029,China

[摘 要]：电力铁塔作为架空输电线路的重要构筑物，其设计的经济安全性将直线影响输电线路工程的造价及安全稳定运行。受制于塔位的地形，部分铁塔的塔脚板加劲肋需斜向布置，对于极差越大的山地塔，加劲肋的斜向布置问题更突出。本文针对斜向加劲肋对电塔塔脚板受力影响进行了研究，对不同角度斜向加劲肋的塔脚板的受力进行了分析，得出了斜向加劲肋与水平面的最小角度的建议值，作为输电线路今后塔脚板设计的参考依据。

[关键词]： 输电铁塔，塔脚板，加劲肋

[Abstract]: As an important structure of overhead transmission line, the economic safety of electric tower design will directly affect the cost and safe and stable operation of transmission line project. Limited by the topography of the tower, some of the tower foot stiffeners need to be arranged diagonally. For the mountain tower with greater range, the problem of diagonal stiffener arrangement is more prominent. In this paper, the influence of diagonal stiffener on the foot plate of electric tower is studied, and the force of the foot plate with different angles of diagonal stiffener is analyzed. The recommended value of the minimum Angle between the diagonal stiffener and the horizontal plane is obtained, which can be used as a reference for the design of the foot plate in the future.

[Key words] : Electric tower, Foot plate, Stiffener

1、引言

为实现国家的双碳战略，最重要的措施之一就是调整能源结构。也即是增加新能源在总装机容量中的占比，近年来，我国的风能、太阳能等可再生能源装机容量逐年增加，新能源在一次能源消费占比也逐渐增大，但是我国能源结构呈现逆向分布，能源丰富的省份往往位于我国西北、西南及华北地区，这些地区的用电负荷有限，而我国沿海城市为用电负荷大省。使得需建设大量长距离的特高压、超高压输电线路将这些地区生产的电能送往我国东部、南部等沿海发达省份。电力铁塔作为输电线路的主要构筑物，其设计的经济、安全、合理性将直接影响我国电网的投资及安全可靠性。受制于塔位的地形，部分铁塔的塔脚板加劲肋需斜向布置，对于极差越大的山地塔，加劲肋的斜向布置问题更突出。本文对塔脚板加劲肋与底板不同角度对其受力影响进行了研究，给出了斜加劲肋的推荐角度。

2、理论计算

规范《DLT5486-2020》对4个地脚螺栓靴板式有加劲肋塔脚板厚度的计算公式规定如下：

	（2-1）
	（2-2）
	（2-3）

假定一个塔脚板的计算模型，取塔脚板的宽度为610mm，地脚螺栓孔间距为370mm，孔边距为120mm，底板厚度为58mm。假定塔座板的上拔力为190t，按照规范公式计算得出塔脚板的理论应力为225MPa。

3、有限元模拟

根据工程实际情况，塔脚板加劲肋一般与底板互相垂直，但有些特殊情况：斜材与靴板连接时，因为斜材角度问题会导致斜材与加劲肋处相互碰撞，致使塔脚板加劲肋难于与底板垂直放置，所以基于此种图1所示情况（α为加劲肋与底板的夹角），将考虑加劲肋与底板成多种角度问题进行有限元模拟分析。

图1 加劲肋斜向示意图

通过工程实际塔脚板真实尺寸，塔脚板宽度为610，边距为120，底板厚度为58mm，利用solid works软件进行建立有限元计算模型如图1所示。通过改变加劲肋与底板的角度α建立多种有限元计算模型，具体模型如表1所示。

表1 加劲肋与底板不同角度模型

模型编号	加劲肋角度（度）
1	无加劲肋
2	30
3	45
4	55
5	60
6	65
7	90

根据塔脚板实际外界受力状况建立了一个整体的受力模型如图2所示。

图2 有限元计算模型

将有限元计算模型导入Ansys软件中。此处在Ansys软件设置的边界条件为：固定基础底座底面，将塔脚板底板螺栓孔与地脚螺栓绑定，在主材上表面施加190t的拉力。

底板处的应力有限元模拟结果如下图所示，下图只给出了一种角度情况下的应力计算结果，不同角度下的塔脚板的应力计算结果如表2所示。

图3 截面最大主应力图

通过改变斜加劲肋与塔脚板水平面的夹角，得出在不同角度情况下，塔脚板的应力值，如下表所示：

表2不同角度下塔脚板模拟结果

模型编号	角度（α）	塔脚板最大应力（MPa）
1	无加劲肋	212.4
2	30	192.3
3	45	176.1
4	55	173
5	60	170.5
6	65	168.4
7	90	157.9

由上表可知斜向加劲肋的角度小于45度时，塔脚板的应力增幅有个大的突变，45度以上应力变化幅度较小。

4、结论

1.规范理论公式计算出的结构要比有限元模拟出来的最不利边界条件下的应力要大，可以得出，即使加劲肋布置很斜，塔脚板强度仍然可以满足受力要求。

2.由上述分析可知，斜向加劲肋的角度小于45度时，塔脚板的应力增幅有个大的突变，为了保证塔脚板的设计安全裕度，建议加劲肋的与水平面的角度宜大于45度。

参  考  文  献

[1]赵恒华,高兴军.ANSYS软件及其使用[J].制造业自动化, 2004, 26(5):4.DOI:10.3969/j.issn.1009-0134.2004.05.006.

[2]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].科学出版社,2005.

[3]DL/T 5486-2020,架空输电线路杆塔结构设计技术规程[S].

[4]孟遂民,孔伟.架空输电线路设计[M].中国电力出版社,2007.

[5]袁清云. "特高压直流输电技术现状及在我国的应用前景." 电网技术 29.14(2005):3.