钢管杆设计与实际应用

冯化凯

摘要：对电力钢管杆的连接和一般安全措施提出一定见解，使钢管杆的设计能更好地满足施工,提出了钢管杆设计的基本原则和使用范围，重点对钢管杆的变形、杆身径厚比、强度、基础设计进行了阐述，对线路工程设计、施工、运行具有参考价值。

关键词：钢管杆的变形斜率锥度挠度基础

1．前言

随着城市建设的发展，土地资源越来越紧张，特别在人口稠密地区，征地费用越来越高。根据城市规划部门要求，城区新建线路多选择沿道路、河渠、绿化带架设，塔基用地受到极大限制。普通自立式铁塔因为根开宽，需要比较大的走廊，占地面积大，不适合在受限制的走廊内架设。而如果在同一路径上铺设电缆线路，则投资非常大，工程建设单位往往难于接受。

钢管杆以其相对于常规自立式铁塔占地面积小、外形美观、结构简单、施工方便、运行安全可靠、维护工作量少、线路走廊小等特点，在城市电网建设中得到了越来越广泛的应用，用以替代传统的角钢铁塔、混凝土水泥杆。钢管杆最突出的两个特点就是：一、没有横向焊缝，降低了脆断事故发生；二、采用插入式装配，现场施工方便特别是在城市狭小地带时，其优点体现得更加突出。

钢管杆的结构设计与理论和方法，目前没有统一的国家标准。钢管杆的受力特点为：通过钢管杆杆身的偏心弯矩将上部荷载传到基础，而且钢管杆底部的外径比铁塔的根开小得多，因此钢管杆具有较大的柔度。以现行的钢管杆变形标准，凡满足强度要求的基本能满足变形要求。特别注意：在钢管杆设计中必须考虑到变形对强度与电气间隙的影响，钢管杆较大的变形对运行是允许的。

2.钢管的连接要求

(1)套接

宜用于直线杆和小转角杆。钢管套接接头的长度应取套入段最大内径的1．5倍。多边形钢管边数大于12边时不宜用套接。

(2)法兰连接

用于直线杆和转角杆。在杆身连接时采用刚性法兰连接，即带肋法兰。受力时法兰盘、法兰肋板和螺栓同时作用，法兰盘不允许发生变形。这种连接刚度较好，在连接处可视为无任何变形。

中间法兰连接螺栓宜采用6．8级以上高强度螺栓，直径不小于16mm。中间法兰螺栓孔径不宜大于螺栓直径2mm。底脚螺栓孔径为螺栓直径的1．1倍(满足钢管设计规范)。法兰螺栓的最大拉应力

（2）

式中：——螺栓承载力设计值；

M—法兰所受的弯矩；

—最远螺栓中心到旋转轴的距离；

N—法兰所受的轴向力；

n—螺栓个数。

根据设计计算和实际工程测量，得出钢管杆受力变形的节点约在杆身全长的1／4处(下导线横担向下1．5m)，此处常为弯矩与剪力的合力点，该点是变形曲线曲线公式的拐点。因此在该点范围内不宜有套接或法兰连接形式。

由于钢管杆壁厚逐渐变化，需要分若干段，但又受到运输和热镀锌的工艺限制，每段杆段长度宜确定在10m左右，一基杆塔中间法兰不宜超过4个。

3.钢管杆基础选择

基础的形状与类型主要由地质条件和杆塔的基础作用力的性质、大小来确定的。钢管杆的基础作用力的特点我水平力和竖直向下压力比较小，弯矩相对很大。根据基础作用力的特点，钢管杆的承台或底板应构成矩形，沿作用力较大方向布置为长边。

钢管杆常用的基础型式有钢筋混凝土板式基础、混凝土台阶式基础和钻孔注桩基础。随着送电线路电压等级的不断提高，导线截面的不断增大，杆塔的基础作用力也越来越大，如采用钢筋混凝土板式基础，则底板尺寸太大，不满足钢管杆送电线路节约用地的原则，因此基础作用力较大时，一般不采用钢筋混凝土板式基础。因此只考虑混凝土台阶式基础和钻孔注桩基础。

通过对以往工程设计的数据分析得出：

a．从材料量来看，混凝土台阶式基础的混凝土方量大于灌注桩基础，但是灌注桩基础得钢材用量大于混凝土台阶式基础；

b．从基础的造价来看，灌注桩基础的造价大于凝土台阶式基础，采用凝土台阶式基础节约10%~25%；

c．从基础占地面积看，凝土台阶式基础明显大于灌注桩基础，基础作用力较大的转角钢管杆基础占地尤其大。通过以上分析得出：于基础作用力较小的直线钢管杆，且在规划路径允许的情况下，推荐采用混凝土台阶式基础，可以减少工程造价。对于作用力较大的转角钢管杆如采用凝土台阶式基础占地太大，推荐采用灌注桩基础。

4.钢管杆的适用范围

1)钢管杆结构简单，构件小，具有较低的风载体形系数，作用在钢管杆杆身上的风荷载比铁塔小得多，并且钢管杆具有良好的柔性，以上特性，大大有利于确保其在强风作用下的安全性。

2)随着土地日显紧张，为提高土地效益，城市规划部门一般提供狭窄的高压线路走廊或利用绿化带作为高压架空线路的通道，普通自立式铁塔因为根开宽，需要比较大的走廊，占的位置多，不适合在受限制的走廊内架设。如在同一路径上铺设电缆线路，则投资非常大，工程建设单位往往难于接受。钢管杆因为杆径小，占地少，需要的走廊比较小，而且可以在4—6m的绿化带内方便地架设。因而能满足在走廊受限制地区架设架空线路的需要。

3)城市的市容越来越受到重视，钢管杆由于结构匀称，线条明快，配上机翼型的横担，动感十足，令人耳目一新，如再涂上城市的主色调，不但不会影响景观，反而对周围的景观起到美化，协调的作用。因而可以广泛应用于风景区和城市中心。

现阶段钢管杆一般应用于城郊结合区域，有走廊限制的地带，而不适宜在农村或走廊无限制的地区推广

参考文献：

[1]沈忠侃．钢管式电力及照明杆塔结构设计手册．北京：中国电力出版社，2001

[2]GB50545—2010110kV～750kV架空输电线路设计规范

[3]GB50017-2003钢结构设计规范规定

[4]电力工程高压送电线路设计手册第二版.北京：中国电力出版社，2008