第九章钢筋混凝土杆塔承载力计算分解Word格式.docx
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由于杆顶挠度，考虑增加12%~15%的弯矩，如图9-1所示，主杆任意截面x-x处的弯矩Mx，可按下式计算：
（9-1）
式中Mx—主杆x-x截面处的弯矩，N.m；
P1—地线风压荷载设计值，N；
P2—导线风压荷载设计值，N；
Py—计算截面x-x以上的杆身风压对x-x截面处产生的弯矩，N.m；
图9-1拔梢单杆
m—由于杆顶挠度和垂直荷载产生的附加弯矩系数，一般取0.12~0.15。
计算截面x-x以上主杆档风面积为一等腰梯形，杆身风压为
（9-2）
x-x截面以上杆身风压合力作用点，距截面x-x处的高度y为
故计算截面x-x的杆身（按锥度为1/75）风压弯矩为
（9-3）
为简化计算，杆身风压P的作用点，可考虑距截面x-x的高度为h/2，则杆身风压弯矩可变为下式：
（9-4）
式中μz—风压高度变化系数，按地面粗糙度类别和离地面或水面的高度Z（m）用指数公式计算：
A类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，μz=0.794h0.24，1.00≤μzμz≤3.12；
B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区，μz=0.478Z0.32，1.00≤μz≤3.12；
C类指有密集建筑群的城市市区，μz=0.224Z0.44，0.74≤μz≤3.12；
D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区，μz=0.08Z0.60，0.62≤μz≤3.12。
μs—构件的体型系数，环形截面电杆取0.7；
B—覆冰时风荷载增大系数，5mm冰区取1.1，10mm冰区取1.2。
βz—杆塔风荷载调整系数，对杆塔本身，当杆塔全高不超过60m时应按照表9-1对全高采用一个系
数，当杆塔全高超过60m时应按现行国家规范GB50009《建筑结构荷载规范》的规定采用由
下到上逐段增大的数值，但其加权平均值不应小于1.6；
对单柱拉线杆塔不应小于1.8；
设计基
础时，当杆塔全高不超过60m时应取1.0，全高超过60m时，应采用由下到上逐段增大的数值，
但其加权平均值不应小于1.6取1.3；
表9-1杆塔风荷载调整系数βz（用于杆塔本身）
杆塔全高H（m）
20
30
40
50
60
βz
单柱拉线杆塔
1.0
1.4
1.6
1.7
1.8
其他杆塔
1.25
1.35
1.5
注1中间值按插入法计算
2对自立式铁塔表中数值适用于高度与根开之比为4~6
D0—杆顶外径，m；
Dx—主杆x-x处的外径，m；
v—计算风速，m/s；
P—计算截面x-x以上主杆杆身风压，N；
h—计算截面x-x以上主杆高度，m。
电杆在正常运行情况下，各截面除了受弯矩作用以外，还受剪力和主拉应力的作用。
截面x-x所受剪力Vx为Vx=P+P1+3P2（9-5）
式中符号意义同前。
构件截面x-x处的最大主拉应力为：
（9-6）
式中Vx和Dx分别为计算截面x-x的剪力和外径。
在实际计算杆身弯矩时，一般应分别计算主杆的A点、B点和C点的弯矩，还应计算主杆分段和杆内抽钢筋处的弯矩。
以便选配钢筋和杆段。
二、断导线情况的计算
由于电杆不打拉线，所以电杆的长细比很大，在断线张力T的作用下，将使杆顶发生很大的位移，致使一侧地线拉紧，另一侧地线放松，从而产生地线支持力ΔT，图9-2所示为断线情况电杆的受力图。
这时对电杆截面x-x处产生的弯矩，除顺线方向的荷载（ΔT和T）引起的弯矩Mzx以外，还有不平衡垂直荷载引起的弯矩Mqx，故截面x-x的总弯矩为
（9-7）
当计算主杆强度时，应按最不利情况考虑。
取断线发生在上导线或下导线，且地线有最小支持力Tmin或最大支持力Tmax时，取其中弯矩较大者。
如图9-2所示的荷载及几何尺寸，对电杆任意截面产生的弯矩为
（9-8）图9-2拔梢单杆断线情况
当计算下横担以上主杆各截面强度时，应取断线发生在下导线左边相，且取地线有最大支持力Tmax时，这时，主杆A点的最大弯矩为
（9-9）
式中Mx—任意截面x-x处的总弯矩，N.m；
T—断线张力，N；
ΔTmin—地线最小支持力，N；
G1—地线重量设计值，N；
G2’—断线相导线重量设计值，N。
G2—未断线相导线重量设计值，N；
断导线时电杆还受扭矩Mn和剪力V的作用，可分别按下式计算：
扭矩断上导线时Mn=Tb断下导线时Mn=Ta（9-10）
剪力断线点以上截面V=ΔTmax断线点以下截面V=T-ΔTmin（9-11）
求得电杆截面的扭矩和剪力后，可按前章所述，校验主拉应力和计算螺旋钢筋规格。
三、电杆配筋及强度验算
当已知作用在电杆的弯矩后，即可按前述的式（8-53）求出电杆所需配筋和设计弯矩。
第二节拔梢门型直线杆
为了增加电杆横线路方向的强度，拔梢门型直线杆一般装有钢筋混凝土叉梁或角钢叉梁，不打拉线，采用深埋式基础，导线横担采用平面桁架横担，杆型如图9-3所示。
这种杆型占地面积较少，有较大的承载能力，断边导线时，导线横担起杠杆作用，使两根主杆只承受反力而没有扭矩，这就克服了拔梢单杆抗扭性能差的弱点，故在110kV线路普遍采用。
一、正常运行情况主杆受力计算
带叉梁的双杆，其结构属于超静定体系。
电杆在土中的嵌固情况，电杆的刚度、节点构造等都影响受力分配，因此，要十分准确地计算电杆受力是困难的，目前工程上采用下述的近似计算方法。
假定地面以下1/3埋深处为电杆的嵌固点。
在水平荷载作用下，从叉梁的下节点3到嵌固点4之间的一段主杆，存在一个由正弯矩过渡到负弯矩的反弯点，反弯点的弯矩等于零，称为零力矩点，该点只承受轴向力和剪力，可视为一个铰接点。
只要确定了零力矩点的位置，则零力矩点以上及以下的主杆均成为静定结构，这时可用图9-4所示的受力计算图形、用静定方法计算。
图9-3拔梢门型直线杆图9-4拔梢门型电杆受力计算图形图9-5带叉梁门型杆弯矩图形
对等径电杆，零力矩点的位置在点3、4的中央（0-0处），即图9-3中的h5/2处。
对拔梢杆可认为零力矩点距点3、4的距离h3和h4分别与主杆点3、4的断面系数W3和W4成正比。
即
，
对环形截面的断面系数可按下式计算（9-12）
式中D和d分别为环形截面的外径和内径，mm。
零力矩点的位置确定之后，即可按图9-4，用下式求零力矩点处的水平反力RP和垂直反力RV
（9-13）
（9-14）
式中P和PZ为零力矩点以上杆身风压及其对零力矩点的弯矩。
考虑两杆受力的不均匀性，主杆各点弯矩按下式计算：
M1=0.55（2P1h+2P1Z1）（9-15）
M2=0.55[2P1（h+h1）+3P2h1+2P2Z2]（9-16）
M3=1.05RPh3（9-17）
M4=1.05（RPh4+P4Z4）（9-18）
式中P1Z1及P2Z2—分别为点1、2以上杆身风压对该点的弯矩（N.m）；
P4Z4—为h4处杆身风压对嵌固点4的弯矩（N.m）；
0.55、1.05—为主杆外弯矩分配系数。
弯矩图形如图9-5所示，从图中看出：
由于叉梁的存在，显著地减少了主杆的弯矩。
二、断导线情况主杆受力计算
对门型直线双杆，在正常运行情况及断线情况下主杆的受力分配如表9-2所示。
表9-2运行情况及断线情况下主杆受力分配
序号
特征
杆型受力简图
运行情况
断线情况分配法I
断线情况分配法II
1
无地线
无叉梁
A杆，0.5ΣP
B杆，0.5ΣP
A杆，0
B杆，1.0
2
有叉梁
A杆，0.45ΣP
B杆，0.55ΣP
3
有地线
A杆，0.85·
B杆，0.85·
A杆，-0.20
B杆，1.20
4
5
有顺线路
V形拉线
A杆，
B杆，
表9-2所列双杆直线杆主柱的受力分配是由理论和实验研究得出的。
对无地线直线双杆，当边导线断线时，离断线相近的B柱，几乎承受全部断线相导线张力，而远离断线相的A柱，则几乎不承受断线相导线张力。
因此，B柱的分配系数mB=1，A柱的分配系数mA=0。
如果两主柱为刚性结构，如双柱自立式铁塔，顺线路方向有拉线的直线双杆，则以横担和电杆的接触点为支点按简支梁求支点反力。
由各力对支点B的力矩和为零，即Ta-RAb=0，得RA=Ta/b=mAT，mA=a/b；
由各力对支点A的力矩和为零，即T（a+b）-RBb=0，得RB=T（a+b）/b=mBT，mB=（a+b）/b。
对于有地线无顺线路方向拉线的钢筋混凝土直线双杆，顺线路方向的刚度较小，地线只能起一部分支持作用，故分配系数应乘以折减系数0.85，即mA=0.85a/b，mB=0.85（a+b）/b。
确定了主杆断线情况受力分配后，考虑地线的支持作用，其电杆的计算方法与上述的单杆断线情况计算相同。
三、叉梁内力计算
叉梁内力受正常运行最大风情况控制，可通过作用于零力矩点以上一根主杆的所有水平力，对叉梁下节点或上节点的力矩平衡条件求得。
今对叉梁下节点3求力矩平衡，并设叉梁上节点2的水平力为Q，取ΣM3=0，则有
所以（9-19）
式中P3’Z3’—为点3到零力矩点主杆风压对点3的弯矩，N.m。
求出水平力Q之后，则叉梁的内力为N（压力或拉力）可用下式求得：
式中θ—叉梁与主杆的夹角。
求得叉梁内力N后，可按轴心受压和受拉构件进行强度计算。
第三节拉线单杆
拉线单杆，通常由等径杆段组成。
110kV及以下的线路采用ф300mm等径杆段。
拉线单杆具有经济指标低、材料消耗少、施工方便、基础浅埋，可充分利用杆高等优点。
其缺点是由于打四根拉线，不便农田机耕，抗扭性能差，往往需要采用转动横担以降低扭矩，故使用范围受一定限制。
当导线截面较小，电杆抗扭及抗切能力满足要求时，可采用
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