10千伏水泥杆计算实例

1、10kV 单回路直线电杆荷载计算实例1.1 工程概况本工程为单回路 10kV架空 配电线路工程，其中 X号直线采用单回直线环型钢筋混凝土电杆（以下简称电杆），电杆高度15m，由上下两节组成，上面一节长 9m ，下面一节长为 6m，主杆顶径为 D0=190mm，底径为 DH=390mm, 埋深 2.5m（杆型图见下图）；导线采用 JKLYJ-10 1 185 型架空绝缘线，安 全系数 K=5；假设根据该塔明细表知该基直线杆水平档距为70m，垂直档距80m。通过计算判断应该采用什么等级的环型钢筋混凝土电杆 （本计算中未考虑绝缘子的影响）。1.2 气象条件2.1 导线垂直比载a）导线直重比载-3 -

2、3 -3 1（0,0）=qg/A10-3 =7699.80665 193.43 10-3=38.99 10-3 Mpa/mb）导线覆冰比载-32（10,0）=27.728b（b+d）/A10-3 =27.728 10（24.6+10） 193.43 -3 -310-3=49.60 10-3 Mpa/mc）导线垂直总比载 3（ 10,0） = 1 （0,0） + 2（ 10,0）=38.99 10 -3 +49.60 10-3=88.59 -310-3 Mpa/m式中：q- 导线的 单位长度质量， kg/km ；g- 重力加速度；A- 导线截面， mmd- 导线外径 ,mm ；b- 覆冰厚度 ,

3、mm 。2.2 导线水平比载a）导线无冰风压比载 ）大风风压比载24（0,25）=S d W0 /A =0.851.124.6252（1600193.43 ）= -346.45 10 Mpa/m）安装风压比载 4（0,10）=S d W0 /A =1.01.124.6102（1600193.43 ）= 8.7410-3 Mpa/mb）导线覆冰风压比载2 5（10,10）=S（b+d ）W0 /A =1.0 1.2（ 10+24.6） 102 （1600 193.43 ）= 13.42 10-3 Mpa/m式中：a - 风荷载档距系数，应根据设计基本风速查下表； - 导线或地线的体型系数： 线径

4、小于 17mm或覆冰时 ( 不论线径大小 ) 应取 S=1.2 ；线径大于或等于 17mm， S 取 1.1 ；W0- 基准风压标准值， kN/m2，应根据基准高度的风速 V(m/s) 计算。计算如下：W 0 /=V 2/1600V - 基本风速， m/s ；A- 导线截面， mm根据 GB 50061-2010 第 8.1.9 条强条规定， 各类杆塔的运行工况计算 最大风速（无冰、未断线）、覆冰（相应风速、未断线）及最低气温（无风 无冰、未断线）。根据计算条件的实际情况本次仅计算 最大风速与覆冰运行 工况的荷载（最低温荷载为导线重力）。a）大风工况）导线重力G=1（0,0）ALV=38.99

5、 10-3193.43 80=603.35 N）导线风压P=4（0,25）ALP=46.4510-3193.43 70=628.94 Na）覆冰工况）导线重力G=3（10,0）ALV=88.5910-3193.43 80=1370.88 N根据 GB 50061-2010 第 8.1.10 条规定， 直线单回杆塔的断线工况荷 载主要计算断 1 根导线（ 10kV 无地线 ,所以计算未考虑地线）、无风、无 冰。第 8.1.13 条规定，重冰区应按覆冰、无风， -5 计算。本工程计算条 件为 10mm 中冰区，故气象条件按无风无冰考虑。）导线重力G=603.35 N）导线断线张力T=Tmax X%

6、= TP X%/k=26732 35% 5=1871.24 N式中：Tmax - 最大使用张力， N;Tmax =T P /kTP- 最小破坏拉断力， N ；K- 导线安全系数；X%- - 导线最大使用张力百分数。具体见下表：d- 导线外径 ,mm ；b- 覆冰厚度 ,mm 。2.3 导线综合比载a）导线无冰综合比载）大风综合比载 6（0,25）=（12（0,0）+42（0,25） 1/2=（ （38.99 10-3）2+（ 46.45 -3 2 1/2 -310-3）2）1/2=60.6410-3 Mpa/m ）安装有风综合比载6（0,10）=（12（0,0）+42（0,10）1/2=（38

7、.99 10-3）2+（ 8.7410-3）2） 1/2=39.9610-3 Mpa/mb）导线覆冰综合比载7（10,10）=（32（ 10,0）+52（10,10）1/2=（88.5910-3）2+（13.4210-3）2）1/2=89.6010-3 Mpa/m3.1 运行工况荷载计算）导线风压P=5（10,10）ALP=13.4210-3193.43 70=181.71 N式中：A- 导线截面， mm 2 ；LV- - 垂直档距 ,mm ；LP- - 水平档距 ,mm 。注：实际工况中大风与覆冰的垂直档距值是有差异的，为计算方便，本次采用相同值， 下同。3.2 断线工况荷载计算装工况荷载计

8、算根据 GB 50061-2010 第 8.1.15 条规定，安装工况是相应风速、无冰 条件下计算。a）安装上导线 ）导线重力G=603.35 N）导线风压P=4（0,10）ALP=8.7410-3193.43 70=118.34 N 挂上导线时，导线越过下横担须向外拉开，其拉力T2 与水平线的夹角假设为 20，并假设上下横担间导线水平拉开1.2m 。（如下图）： x=0，则： y=0，则：解得 T1=1140.10N, T2=1009.50NT1 引起的垂直荷载 GT1和横向荷载 PT1为：G= K(G+ GT1)+GF=1.1(603.35+632.41)+300=1659.34NP= K

9、PT1+P=1.1948.62+118.34=1161.82N b）安装下导线）导线重力G=603.35 N)导线风压P=4(0,10)ALP=8.7410-3193.43 70=118.34 N G= KG+GF=1.1603.35+300=963.685N P=P=118.34N4.1 运行大风工况风压计算)横担处(图中标记 1 处)单位长度杆身风压P1(0,25)=SZW0 A = SZW0 (D0+DX)/2=1.00.71.14 2(0.19+0.19+0.8 75) 2 25)横担处单位长度杆身风压P1(0,25)=SZW0 A =SZW0 (D0+DX)/2=1.00.71.14

10、 (0.19+0.19+0.8 75) 2 102 1600=9.74 N/ma)大风工况M=1.15 G Ga+ Q( ph+qxhxZ)M1=1.151.41.0(628.940.8+60.89 0.80.53)=851.64NmM2=1.151.41.0628.949+628.94(9-0.8)2+68.36 96=31663.09N mM3=1.151.41.0628.9413.33+628.94(13.33-0.8)2+74.7412.5(8.33+0.83) )=52651.41N mM=1.15 GGa+ Q （ ph+qxhxZ） ）安装上导线M1=1.151.01.40.9(

11、 1161.820.8+9.740.80.53) =1352.77NmM2=1.151.01.40.9(1161.829+10.94 96)=16007.31NmM3=1.151.01.40.9(1161.8213.33+11.96 12.5(8.33+0.83)=24425.04Nm）安装下导线 1600=60.89 N/m)电杆接头处 (图中标记 2 处) 单位长度杆身风压 P2(0,25)=SZW0 A = SZW0 (D0+DX)/2=1.00.71.02(0.19+0.19+9 75) 2 25 2 1600=68.36 N/m )地面处单位长度杆身风压P3(0,25)=SZW0 A

12、 = SZW0 (D0+DX)/2=1.00.71.02(0.19+0.19+12.575) 22521600=74.74 N/m式中： - 风振系数，应根据杆塔总高度查下表；S - 风荷载体型系数，环型电杆取 0.7 ；Z - 风压高度变化系数；根据地形粗糙程度按下表选取；W0- 基准风压标准值， kN/m2，应根据基准高度的风速 V(m/s) 计算。 计算如下：W 0 /=V 2/1600V - 基本风速， m/s ；A- 杆塔结构构件迎风面的投影面积，mm 2 。4.2 安装工况风压计算)电杆接头处单位长度杆身风压P2(0,25)=SZW0 A = SZW0 (D0+DX)/2=1.00

13、.71.02(0.19+0.19+9 75) 2 10 2 1600=10.94 N/m)地面处单位长度杆身风压P3(0,25)=SZW0 A = SZW0 (D0+DX)/2=1.00.71.02(0.19+0.19+12.575) 210 1600=11.96 N/m4.3 风压作用点高度计算)横担处风压作用点高度）电杆接头处风压作用点高度）地面 风压作用点高度式中：D0 - 主杆顶径， mm；Dx - 任意截面 x 处的杆径， mm；hx - 杆顶至任意截面 x 处垂直距离， mm。埋深受力点 h0/3=2.5/3=0.83m ，杆顶至埋深受力点 h3=12.5+0.83=13.33m5

14、.1 运行工况弯矩计算式中： G- 永久荷载分项系数，宜取 1.2 ，对结构构件有利时可取 1.0 ； Q- 可变荷载分项系数，宜取 1.4 ；Ga - 所有垂直荷载准荷载对任意截面 x处的弯矩标准值， Nm；ph - 所有横向荷载准荷载对任意截面x 处的弯矩标准值， N m；- 可变荷载组合系数，运行工况宜取 1.0 ，耐张型杆塔断线工况和各 类杆塔的安装工况宜取 0.9 ，直线型杆塔断线工况和各类杆塔的验收工况宜 取 0.75 ；qx- 任意截面 x 处以上杆身单位长度风压标准值， N/m。 hx- 杆顶至任意截面 x 处垂直距离， mm。Z - 任意截面 x 处以上的风压合力作用点的高度

15、， m。5.2 断线工况弯矩计算 因为断上导线对杆身产生的弯矩比断下导线要大得多（即断上导线起 控制作用），故只计算断上导线时杆柱的弯矩（按固定横担考虑）。M=1.15 Q KCTh）M1=1.151.40.751.01871.24 0.8=1807.62N mM2=1.151.40.751.01871.24 9=18528.08N mM3=1.151.40.751.01871.24 13.33=28311.81N m式中：KC- 断线时的冲击系数5.3 安装工况弯矩计算M1=1.151.01.40.9(118.340.8+9.74 0.80.53)=143.16NmM2=1.151.01.4

16、0.9(118.349+118.34(9-0.8)2+10.94 9 6)=5211.47NmM3=1.151.01.40.9( 118.3413.33+118.34(13.33-0.8) 2+11.96 12.5 (8.33+0.83)=8567.20N m安装时产生的最大弯矩 M 1=1352.77N m， M2=16007.31Nm， M3=24425.04Nm。注： M1 为横担处的弯矩，计算该弯矩的目的是校核电杆该处钢筋及混凝土强度是否满 足要求，本次不讲诉，感兴趣的可以查阅相关书籍或私下与小编交流。另外在实际工程中一般都采用典设杆型， 校核典设杆型是够满足强度要求就是通过 计算出以上弯矩来对电杆的强度进行校核，当以上计算不大于电杆的强度时说明满足， 否则不满足。 电杆的 强度( 抵抗弯矩)计算参考 DL/T 5154-2012 公式( 6.2.1-3 )。以上计算弯矩不适合用于杆塔结构构件的变形、裂缝和抗裂计算。如果要进行该类计算是在上面计算中将 G 、 Q值取 1，既公式为 M=1.15 Ga+(ph+qxhxZ) 进行计算。根据以上计算知道上段在最大弯矩为31.663kN m(大风工况)，下段的最大弯矩为 52.65kN m(大风)。根据环形混凝土电杆(