110kV门型直线杆钢管叉梁设计

1110kV门型直线杆钢管叉梁设计1.叉梁适用条件：1.1适用杆型MZ-21门型直线杆；1.2导线规格JL/G1A-240/30；1.3避雷线规格GJ-80；1.4气象条件：最大风速30m/s,无冰，未断线，风向垂直线路；1.5水平档距330m。2.叉梁结构图：3.最大风速30m/s,时的叉梁荷载标准值：3.1一根避雷线在最大风速、无冰时，垂直于线路方向的水平风荷载的标准值：bW=0WZSCdPL2sin——kN——（1）（1）式中=0.75，风压不均匀系数，按《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》——DL/T5154-2002表5.6-1的规定选定。表5.6-1风压不均匀系数风速m/s≤101520≤V＜3030≤V＜35≥35计算杆塔荷载1.01.00.850.750.7式中0W=16002V=1600302=0.562/mkN——（2）——最大风速30m/s时的基本风压标准值；Z=1，——风压高度变化系数，按《110kV~750kV架空输电线路设计规范》——GB/50545-2010表10.1-22的规定选定选用；表10.1-22——风压高度变化系数Z离地面或海面高度（m）地面粗糙度类别注：地面粗糙度类别：ABCDA类指接近海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C类指有密集建筑群的市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的市区；51.171.000.740.62101.381.000.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62301.801.421.000.62401.921.561.130.73502.031.671.250.84602.121.771.350.93SC=1.2，——导地线体型系数；（按《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》——DL/T5154-2002第5.6条的规定选定。线径小于17mm,或覆冰时取1.2，大于或等于17mm2时，取1.1，GJ-80钢绞线直径12，小于17mm，故取1.2）；d=0.012m,——地线外径；PL=330m,——杆塔的水平档距；=90°，风向与导地线方向的夹角；代入（1）式得bW=0.75×0.56×1.2×0.012×330=2kN；3.2一根导线在最大风速、无冰时，垂直于线路方向的水平风荷载的标准值：式中=0.75，0W=0.562/mkN，Z=1，SC=1.1，d=0.0216m,PL=330m,=90°，代入（1）式dW=0.75×0.56×1.1×0.0216×330=3.3kN3.3绝缘子串大风荷载JW的标准值JW=1n2(n+1)0WZBJA——（3）（3）式中1n=1，一相导线所用的绝缘子串数；2n=7每串绝缘子的片数;0W=0.562/mkN，——最大风速30m/s时的基本风压标准值；Z=1，——风压高度变化系数，JA=0.042m每片的受风面积，（单裙取0.032m，双裙取0.042m）;+1——表示金具受风面积，相当于1片绝缘子。代入（3）式JW=1n2(n+1)0WZJA=1×（7+1）×0.56×1×0.04=0.18kN。3.4主杆风荷载标准值：已知主杆是等径杆，其外径0.3m,每米长主杆自身大风荷载标准值：SW=OW×Z×S×Z×fA——（4）（kN）（4）式中OW=0.562/mkN，——最大风速30m/s时的基本风压标准值；Z=1，——风压高度变化系数S=0.7——环形截面钢筋混凝土杆体型系数，Z=1.0——杆塔风荷载调整系数。fA=0.3m×1m=0.32m——1米长300mm等径混凝土电杆承受风压投影面积。代入（4）式SW=0.56×1×0.7×1×0.3=0.1176kN;4.叉梁安装的最佳位置计算叉梁安装的最佳位置应该在满足电气间隙圆要求的情况下，使叉梁与主杆上、下节点的弯矩相等，即BM=CM，对于MZ-21杆型，BM=0.55[2Wb（h1+2.45）+3(dW+JW)h1+21SW(h1+2.6)2]——（5）（5）式中的Wb=2kN——一根避雷线在最大风速垂直于线路方向的水平风荷载标准值；dW=3.3kN——一根导线在最大风速垂直于线路方向的水平风荷载的标准值；JW=0.18kN——一相导线所用的绝缘子串大风水平荷载；SW=0.1176kN——1米长300mm等径混凝土电杆大风水平荷载；h1——叉梁与主杆上节点至导线横担的垂直距离（待求值）；代入（5）式得BM=0.55[2×2(h1+2.45）3+3(3.3+0.18)h1+21×0.1176(h1+2.6)2]=0.55[14.7461h+20+0.058821h]mkNCM=0.55ZPK0——（6）（6）式中P=2Wb+3(dW+JW)+2SW×18.4=2×2+3×3.48+2×0.1176×18.4=18.767kN——所有水平力之和；0K=1.15——零力矩点偏离系数；Z=0.5（)48.836.21h=0.4333+4.24－0.5h1=4.673－0.5h1，——零力矩点至叉梁与主杆下节点的距离。代入（6）CM=0.55ZPK0=0.55×18.767×1.15×(4.673－0.5h1)=0.55（100.85－10.79h1）BM=CM，14.746h1+20+0.058821h=100.85－10.79h1，整理后得一元二次方程式：0.058821h+25.536h1－80.85=0求解此一元二次方程h1=aacbb242=0588.0285.800588.04536.25536.252=143.31176.03696.0m将h1=3.143，代入BM=0.55[14.746h1+20+0.058821h]=0.55（14.746×3.143+20+0.0588×2143.3）=36.81mkN将h1=3.143代入CM=0.55（100.85－10.79h1）=36.81mkN=BM结论：21米门型杆的叉梁与主杆的上节点应距离导线横担3.143米处。叉梁的位置如左下图。同理，对于MZ-18的叉梁位置为：BM=0.55[14.746h1+20+0.058821h]mkNCM=0.55ZPK0——（5）P=2Wb+3(dW+JW)+2SW×15.4=2×2+3×3.48+2×0.1176×15.4=18.062kN——所有水平力之和；Z=0.5（)636.21h=0.4333+3－0.5h1=3.4333－0.5h1，——零力矩点至叉梁与主杆下节点的距离。代入（6）CM=0.55ZPK0=0.55×18.062×1.15×(3.4333－0.5h1)=0.55（71.314－10.386h1）BM=CM，14.746h1+20+0.058821h=71.314－10.386h1，0.058821h+25.132－51.314=0h1=aacbb242=0588.02314.510588.04132.25132.252=032.21176.0239.0m结论：18米门型杆的叉梁与主杆的上节点应距离导线横担2.032米处，但考虑到电气间隙圆要求，仍采用h1=2.2米。5.叉梁在大风情况下承受轴向拉力或受压力4在大风情况下，叉梁承受中心受拉或受压。其内力按下式计算：N=cos55.030hM，kN——公式（7）（7）式中0M——所有水平力对零力矩点的力矩之和，mkN；3h=7.32m——叉梁与主杆上、下节点间距；=2222400073201tg=64°5’——叉梁轴线与水平线的夹角；1h=2.45m——避雷线悬挂点至横担的距离；2h=3.143m——横担至叉梁上节点的距离；3h=7.32m——叉梁与主杆上、下节点间距；4h=337.536.2=6.204m——叉梁下节点至主杆在地下嵚固点的距离。0力矩点位置的确定：对Z=24h=m102.32204.62根避雷线风荷载在0力矩点的力矩：1M=2×2kN(2.45+3.143+7.32+3.102)=4×16.015=64.06kN.m;3根导线风荷载在0力矩点的力矩：2M=3×（3.3+0.18）×(3.143+7.32+3.102)=10.44×13.565=141.62kN.m;两根主杆风荷载在0力矩点的力矩：3M=2×0.1176×2)102.332.7143.36.2(2=30.73kN.m;代入0M——所有水平力对零力矩点的力矩之和，mkN；0M=1M+2M+3M=64.06+141.62+30.73=236.41mkNN=cos55.030hM='0564cos32.741.23655.0=40.642kN——在大风情况下，叉梁中心承受的拉、压力。因风荷载是可变荷载，风荷载的设计值等于荷载的标准值乘以分项系数1.4荷载的设计值：SN=kN——公式（8）（8）式中k=1.4——可变荷载分项系数，N=40.642kN——在大风情况下，叉梁中心承受的拉、压力的标准值。代入公式（8）SN=1.4×40.642kN=56.9kN6叉梁稳定、刚度与强度的验算6.1叉梁的计算长度：LJ=L——（9）L=3949mm——叉梁的实际长度；=1.4——计算长度系数；LJ=L=1.4×3949=5529mm——叉梁的计算长度;6.2钢管叉梁的惯性矩：XJ=)(6444dD——（10）式中D=159mm——钢管叉梁外径，d=159－4.5－4.5=150mm——钢管叉梁内径；XJ=)150159(6444=65226804mm,6.3钢管叉梁的回转半径：R=FJX——（11）F=（R2－2r）=（79.52－275）=21842mm——桁架四根主材总截面积；5R=FJX=21846522680=54.6mm,6.4叉梁的长细比：=RLJ——公式（12）=6.545529=101150,满足刚度要求（按《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》——DL/T5154-2002第7.2.3钢结构构件最大的长细比：受压主材≤150的规定选定）。根据=101查Q235钢b类截面轴心受压构件的稳定系数得φ=0.549Q235钢b类截面轴心受压构件的稳定系数φk012345678901.0001.0001.0000.9990.9990.9980.9970.9960.9950.994100.9920.9910.9890.9870.9850.9830.9810.9780.9760.973200.9700.9670.9630.9600.9570.9530.9500.9460.9430.939300.9360.9320.9290.9250.9220.9180.9140.9100.9060.903400.8990.8950.8910.8870.8820.8780.8740.8700.8650.861500.8560.8520.8470.8420.8380.8330.8280.8230.8180.813600.8070.8020.7970.7910.7860.7800.7740.7690.7630.757700.7510.7450.7390.7320.7260.7200.7140.7070.7010.694800.6880.6810.6750.6680.6610.6550.6480.6410.6350.628900.6210.6140.6080.6010.5940.5880.5810.5750.5680.5611000.5550.5490.5420.5360.5290.5230.5170.5110.5050.4991100.4930.4870.4810.4750.4700.4640.4580.4530.4470.4421200.4370.4320.4260.4210.4160.4110.4060.4020.3970.3921300