线路设计的和般常识(结构)

0线路工程设计一般常识和概念浅介（结构部分）孙俊华山西省电力勘测设计院2008、2、201作为一位称职的线路结构专业设计工程师，他首先必须要懂得甚么叫【设计】，设计绝对不等于“抄计”。具有科学创新的设计才能称之为【优秀设计】！不能全面真正的理解和应用现行有关的设计技术规范、规程和技术规定，盲目地进行“套计”是非常危险的！没有扎实的理论基础和清晰的基本概念，是不可能做到真正理解和正确应用现行有关的设计技术规范、规程和技术规定的；更谈不上拿出具有创新的设计产品来！没有经济头脑的设计工程师，也不能算是一位合格的设计工程师！一个好的设计产品，不单要体现在技术合理而先进上，更重要地还要落实到它是否经济上来.Ⅰ设计的主要三个阶段：可行性研究阶段简称【可研阶段】；初步设计阶段简称【初步设计阶段】；施工设计阶段简称【施工图设计阶段】。【可研阶段】：一般对于比较重要而且投资又较大的输、变电系统工程项目，大多需要进行可行性研究工作。经过全面的调查、研究、分析和论证后，才能决策工程项目是上，还是不上。在此阶段，设计者只是扮演着一个参谋角色，向决策机构提供可靠的技术参考资料和建议。因为投资较大，有时需要外资贷款，比如“亚行”贷2款。这里应当引起我们的高度重视的一点，就是外资贷款方，他除了非常重视所担的风险性外（他非常知道我们社会主义国家风险性昀小），还特别重视“人性化”方面的问题。假如被贷款方对线路所经“拆迁户”的安置问题，他要进行实地调查，“拆迁户”是否达到满意的程度，如若不不能达到满意的程度，他将推迟贷款直至“拆迁户”满意为止；如果被贷款置之不理，他将终止贷款！【初步设计阶段】：设计的关键阶段初步设计阶段是我们设计工作者一项非常关键而繁重的工作阶段，它是检验设计者设计水平高、低的砝码，同时也是充分体现和决定工程项目质量优、劣的基石。特别是在竞争十分激烈的设计市场工程项目招、投标过程中，必须引起设计工作者的高度重视，才能使我们立于不败之地！通过可研阶段的工程项目，必须还经过上级有关部门的正式批准后，才能开展该工程项目的初步设计工作。设计单位依据审批过的可研工程项目审批文件，开展初步设计工作。初步设计阶段是一项非常关键的设计阶段，对工程项目必须进行全面的论证，对比较关键而重要的问题，一定要提出令人信服的专题论证报告来。专题论证报告工作要尽量做深做透，论证要有充分的理由和根据，语言要精辟，要拿数据来说话才更具有说服力，尽量做出具有广泛共识深度的报3告来：比如：⒈对工程全线所采用的基本塔型的论证—特别是对直线系列塔型的阐述：采用的主要根据、优点和耗钢指标等；⒉提出工程全线所采用的基础种类，适用的地质条件及耗材指标等；⒊对跨河方案中所采用的塔型、基型的专题论证及耗材指标等；⒋提出煤矿采空区、计采区所采用的塔型、基型及确保杆塔及基础稳定的技术措施及相应的专题报告：此专题报告应当是一个系统专业报告，应由电气、测量、水文、地质和我们的结构专业共同来完成：电气专业：对通过煤矿采空区、计采区的线路段，应当做多方案对比，选出昀优、昀直、昀短和昀平坦的路径方案来；尽量把塔位选在地形较为平坦处；并考虑一旦发生地基沉陷时，承力杆塔（转角杆塔、耐张杆塔）处理起来较难，并为了缩小事故发生的影响范围，尽量少用承力杆塔；适当缩小直线杆塔的水平和垂直档距、降低转角杆塔的使用角度的档次（例如：60°转角杆塔用在30°转角处）；适当提高导线弧垂的对地距离，以防一旦发生严重地基下沉时，引起导线弧垂对地距离不够，这是非常难处理的问题等等；4测量专业：要从大局出发，密切配合电气专业做好路径优化工作；水文、地质专业：提供比较详细的煤矿技术资料（煤层厚度、煤层坡度、岩层厚度、岩层岩性及采厚比、巷道布局、掘进方式、回采方式等等）；地质报告，以及地表和已有建筑物的变化情况，并提供总体地质评估报告；注意对陡坡处做出技术评价，和提出防止土体、山体滑移的建议措施；注：采厚比—煤层距地面距离与煤层厚度之比。结构专业：汇总各专业的报告资料，进行仔细的分析研究后，拟出所用的基础类型、不同地基沉降情况的保安措施—采取加长地脚螺栓调节丝扣的长度、采用大板式基础等措施。⒌要提出拟用的新塔型、新基型、新材料的专题论证：主要是论证其特点、优越性、耗材指标和粗线条的试验方案及估算费用等.【施工图设计阶段】大力开展杆塔定型化和标准化工作，是提高设计质量加快设计速度的一项很好举措；但是必须铲除我们思想上的一个极大的“误区”—施工设计阶段只是配置一下基础就算完成了！相对而言，施工图设计阶段看上去似乎具体的工作量很5大，但是它的性质和内容与初步设计阶段就大不相同了。它的主要工作内容是—严格依据业经审批的初步设计文件和方案，不折不扣的、一步一个脚印的去全面兑现；特别是不要随意活用系列标准杆塔，应该进行比较全面的细致分析工作，和必要的验算工作，否则不是造成浪费，就是给工程埋下不安全隐患。结合现场实际情况，要拿出全面细致而又可行的具体施工图纸和施工说明书来，为下一步加工和施工提供满意的技术服务；尤其要高度重视人命关天的大事—线路施工架线安装工况：应该依据【110~500kV架空送电线路设计技术规程】所规定的条文，对锚塔和紧线塔（包括基础）必须进行全面的承载力的计算工作，并在总说明书里加以详细阐述，以确保施工架线和安装全过程的安全！如果在施工图设计阶段出现较大的变更情况，那就必须首先向上级有关单位提出技术报告，等报告批复后，才能执行。另外，还要与相关专业密切配合好，控制工程造价不要“超概”！初步设计—要求深！施工设计—要求全而细！Ⅱ设计必须要遵循和执行的【设计规范】、【设计规程】以及相对应的【技术规定】：国有国法—，安定团结、兴旺发达；家有家规—和气生财，家业生辉。【设计规范】：6它是国家制定的规范，所以称为【国标】—母规；它是各行各业必须遵循和执行的设计大法：例如，【钢结构设计规范】、【混凝土结构设计规范】、【建筑地基基础设计规范】等等。它们是集基本设计原则、具体设计计算和规定为一体的，也就是说，可以用来具体指导和操作设计的全过程。【设计规程】：它是行业制定的规程，不可称为规范；它是根据行业的专业特点而制定的行业规程，例如，我们的线路设计规程【110~500kV架空送电线路设计技术规程】，它就是根据我们高压送电线路独有的专业特点而编制的。它只是具有一般设计原则性的指导功能，凡110~500kV架空送电线路设计工作中的所有有关专业，均应执行它所规定的设计原则，然而它却不具有设计工作的具体操作功能。【设计技术规定】：我们主要有【架空送电线路杆塔结构设计技术规定】、【架空送电线路基础设计技术规定】和【架空送电线路钢管杆设计技术规定】。它们是【110~500kV架空送电线路设计技术规程】的延续，它们是具体线路结构专业设计操作的主要依据—计算公式、基本设计规定等；它同样具有与规程相等的技术法律效应。本人认为，其中有些并不具专业特点的条文规定和计算方法和公式，应该是无效的，还是应该执行现行母规的条文、计算公式、基本设计规定。7【规范】、【规程】、【规定】的制定、功能和任务：【规范】、【规程】、【规定】的制定：它们主要是依据架空送电线路工程建设的全过程—设计、加工、施工和运行等众多方面的实践经验总结，并结合各行各业有关的先进技术而制订的。【规范】、【规程】、【规定】的功能：在很大程度上要代表并反映出当代建设工程的设计水平，并应具有对建设工程的设计工作具有一定的推动作用。【规范】、【规程】、【规定】的任务：随着社会的进步和技术的飞速发展，以及人们对一些理论和技术方面的问题，又取得进一步较深刻的认识，所以【规范】、【规程】和【规定】始终处在一个无止境地变化之中，因此，要及时地修改那些落后的、不恰当和不全面的条文和规定，甚至于是错误的设计原则、设计方法和计算公式，补充当前昀先进的科学技术研究新成果，因此，【规范】、【规程】和【规定】始终是动态的和变化的，所以我们一定要执行【现行】的规范、规程和规定。西方一些先进国家，他们的【规范】、【规程】和【规定】在三年左右就要修改一次；而我们国家暂时还不能完全做到这一点，相信会很快赶上去的！【规范】、【规程】和【规定】应当始终要：代表当代建设工程设计工作的先进性！8代表当代线路工程设计的先进性！代表当代线路结构设计的先进性！要想做到真正的、全面深刻的理解【规范】、【规程】和【规定】，就必须结合每条条文所对应的说明进行理解；昀好是运用基础理论知识和专业知识，对每一个计算公式进行全面的推导，才能达到真正的理解，才能做到准确的运用，并会有一定的突破和发展！与之相应，要求我们线路结构专业设计人员，必须也要与时俱进，树立起长期地进行理论更新的理念来！Ⅲ线路结构设计主要工作内容：⒈优化杆塔结构和基础型式，并提出杆塔一榄图、杆塔加工图；基础一榄图、基础施工图；结构部分设计说明书等；⒉与加工单位、施工单位密切配合，做好设计代表工作。Ⅳ线路结构设计计算工作的主要内容：⒈结构内力分析；⒉结构构件的承载力计算；⒊结构整体挠度计算；⒋结构构件的刚度限制规定；⑴结构内力分析及整体挠度计算方法：①使用基本力学进行手算方法：众所周知，铁塔是个空间超静定桁架结构，如果按空间超静定桁架去手算，其计算工作量简直不可想象：9当求解一个空间静定桁架结构，尚需求解六个静力平衡方程式—平衡力系对X、Y、Z三个轴的投影方程式：000===∑∑∑ZYX、、；及平衡力系对X、Y、Z三个轴的力矩平衡方程式：000===∑∑∑ZYXMMM、、，其工作量已经是非常可观的了。然而铁塔这个空间超静定桁架结构，还要补充很多个变形协调方程式，可想而知，用手工方法去计算，其工作量几乎是要用“天文数字”来表示喽！延用几十年的手算方法一般情况下：是将铁塔这个空间超静定桁架简化为平面桁架后，然后采用静定平面桁架的近似计算方法进行计算。尽管如此，设计计算工作量还是很大的，当然设计速度就显得过慢，而其计算结果精确度又偏低，因此赶不上时代的步伐和要求，现已基本被淘汰。②【刚度矩阵有限元法】由于柔度矩阵在编程工作中显得不便，故大多采用【刚度矩阵有限元法】进行编程。【刚度矩阵有限元法】有几何线性和几何非线性以及材料非线性分析法，目前大多采用这种几何线性和几何非线性的三维程序进行结构内力分析计算的。实际上过去我们在计算超静定结构时，所采用的“位移法”就是【刚度矩阵有限元法】的雏型。国内基本上都是采用原“东北电力设计院”搞线路电气专业设计的程在熔老先辈，他所编制的几何非线性的【钢管10杆设计计算程序】，和较为滞后的几何线性的铁塔内力分析计算软件—【铁塔满应力计算程序】。事实上满应力这种提法不是十分严密的。因为角钢产品的肢宽和肢厚级差较大的原因，很难实现铁塔结构全部受力杆均达到满应力；说句不现实的话，即使角钢规格分的再细仍然不会实现全部满应力的。实际上满应力是永远实现不了的，因此，只能达到一定程度的满应力状态就可以了。⑵结构构件的承载力计算方法：目前国际上有三种方法：标准Ⅰ：它是半经验半概率的极限状态设计方法，因为此法的主要设计计算参数，一半是采用数理统计和概率分析方法确定的；而另一半却是靠经验来确定的，因此才称为半经验半概率的极限状态设计法；我国74规范基本属于此方法，但是仍然采用了早就过时的允许应力计算方法的表达形式，但绝不是允许应力计算方法，是两种性质完全不同的两种计算方法；定值的允许应力计算方法，它是完全由人们的经验来确定的定值法，是很不科学的，它早已被废弃了！标准Ⅱ：它是以概率论为基础的极限状态设计方法，实质上就是近似概率极限状态设计方法。此法的主要设计计算参数—各11种荷载设计值、各种材料的力学特性指标设计值等设计参数，基本上都是采用数理统计和概率分析方法确定的，很少一部分仍然还是靠经验来确定的；此法目前在国际上被普遍采用。我国现行的规范均隶属标准Ⅱ，但是考虑到实际设计操作的困难性，而实际上采用了等效的、以分项系数（结构重要性系数；可变荷载分项系数、永久荷载分项系数；材料抗力分项系数；荷载组合系数）表达式的计算方法。标准Ⅲ：它被称为全概率极限状态设计方法。此法期望将所有的设计计