10千伏水泥桿計算實例

1、10kV 單回路直線電桿荷載計算實例單回路直線電桿荷載計算實例工程概況工程概況本工程為單回路 10kV 架空配電線路工程，其中 X 號直線采用單回直線環(huán)型鋼筋混凝土電桿（以下簡稱電桿），電桿高度 15m，由上下兩節(jié)組成，上面一節(jié)長 9m， 下面一節(jié)長為 6m， 主桿頂徑為 D0=190mm， 底徑為 DH=390mm,埋深 2.5m（桿型圖見下圖）；導(dǎo)線采用 JKLYJ-10 1185 型架空絕緣線，安全系數(shù) K=5；假設(shè)根據(jù)該塔明細(xì)表知該基直線桿水平檔距為 70m，垂直檔距 80m。通過計算判斷應(yīng)該采用什么等級的環(huán)型鋼筋混凝土電桿（本計算中未考慮絕緣子的影響）。氣象條件氣象條件導(dǎo)線垂直比載導(dǎo)

2、線垂直比載a）導(dǎo)線直重比載）導(dǎo)線直重比載1（0,0）=qg/A10-3=7699.80665193.4310-3=38.9910-3Mpa/mb）導(dǎo)線覆冰比載）導(dǎo)線覆冰比載2（10,0）=27.728b(b+d)/A10-3=27.72810(24.6+10) 193.4310-3=49.6010-3Mpa/mc）導(dǎo)線垂直總比載）導(dǎo)線垂直總比載3（10,0）=1（0,0）+2（10,0）=38.9910-3+49.6010-3=88.5910-3Mpa/m式中：q-導(dǎo)線的 單位長度質(zhì)量，kg/km；g-重力加速度；A-導(dǎo)線截面，mm2；d-導(dǎo)線外徑,mm；b-覆冰厚度,mm。導(dǎo)線水平比載導(dǎo)線水

3、平比載a）導(dǎo)線無冰風(fēng)壓比載）導(dǎo)線無冰風(fēng)壓比載）大風(fēng)風(fēng)壓比載4（0,25）=Sd W0/A =0.851.124.6252(1600193.43)=46.4510-3Mpa/m）安裝風(fēng)壓比載4（0,10）=Sd W0/A =1.01.124.6102(1600193.43)= 8.7410-3Mpa/mb）導(dǎo)線覆冰風(fēng)壓比載）導(dǎo)線覆冰風(fēng)壓比載5（10,10）=S（b+d ）W0/A =1.01.2（10+24.6）102(1600193.43)= 13.4210-3Mpa/m式中：a - 風(fēng)荷載檔距系數(shù)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計基本風(fēng)速查下表；S-導(dǎo)線或地線的體型系數(shù)： 線徑小于 17mm 或覆冰時(不論線徑大

4、小)應(yīng)取S=1.2；線徑大于或等于 17mm，S取 1.1；W0-基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2，應(yīng)根據(jù)基準(zhǔn)高度的風(fēng)速 V(m/s)計算。計算如下：W0/=V2/1600V - 基本風(fēng)速，m/s；A-導(dǎo)線截面，mm2；d-導(dǎo)線外徑,mm；b-覆冰厚度,mm。導(dǎo)線綜合比載導(dǎo)線綜合比載a）導(dǎo)線無冰綜合比載）導(dǎo)線無冰綜合比載）大風(fēng)綜合比載6（0,25）=（12（0,0）+42（0,25）1/2=（(38.9910-3)2+( 46.4510-3)2）1/2=60.6410-3Mpa/m）安裝有風(fēng)綜合比載6（0,10）=（12（0,0）+42（0,10）1/2=（(38.9910-3)2+( 8.7410

5、-3)2）1/2=39.9610-3Mpa/mb）導(dǎo)線覆冰綜合比載）導(dǎo)線覆冰綜合比載7（10,10）=（32（10,0）+52（10,10）1/2=（88.5910-3)2+(13.4210-3)2）1/2=89.6010-3Mpa/m運行工況荷載計算運行工況荷載計算根據(jù) GB 50061-2010 第 8.1.9 條強條規(guī)定，各類桿塔的運行工況計算最大風(fēng)速（無冰、未斷線）、覆冰（相應(yīng)風(fēng)速、未斷線）及最低氣溫（無風(fēng)無冰、未斷線）。根據(jù)計算條件的實際情況本次僅計算最大風(fēng)速與覆冰運行工況的荷載（最低溫荷載為導(dǎo)線重力）。a）大風(fēng)工況）大風(fēng)工況）導(dǎo)線重力G=1（0,0）ALV=38.9910-3193

6、.4380=603.35 N）導(dǎo)線風(fēng)壓P=4（0,25）ALP=46.4510-3193.4370=628.94 Na）覆冰工況）覆冰工況）導(dǎo)線重力G=3（10,0）ALV=88.5910-3193.4380=1370.88 N）導(dǎo)線風(fēng)壓P=5（10,10）ALP=13.4210-3193.4370=181.71 N式中：A-導(dǎo)線截面，mm2；LV-垂直檔距,mm；LP-水平檔距,mm。注：實際工況中大風(fēng)與覆冰的垂直檔距值是有差異的，為計算方便，本次采用相同值，下同。斷線工況荷載計算斷線工況荷載計算根據(jù) GB 50061-2010 第 8.1.10 條規(guī)定，直線單回桿塔的斷線工況荷載主要計算斷

7、 1 根導(dǎo)線（10kV 無地線,所以計算未考慮地線）、無風(fēng)、無冰。第 8.1.13 條規(guī)定，重冰區(qū)應(yīng)按覆冰、無風(fēng)，-5計算。本工程計算條件為 10mm 中冰區(qū)，故氣象條件按無風(fēng)無冰考慮。）導(dǎo)線重力G=603.35 N）導(dǎo)線斷線張力T=TmaxX%= TPX%/k=2673235%5=1871.24 N式中：Tmax-最大使用張力，N;Tmax=TP/kTP-最小破壞拉斷力，N；K-導(dǎo)線安全系數(shù)；X%-導(dǎo)線最大使用張力百分?jǐn)?shù)。具體見下表：安裝工況荷載計算安裝工況荷載計算根據(jù) GB 50061-2010 第 8.1.15 條規(guī)定，安裝工況是相應(yīng)風(fēng)速、無冰條件下計算。a）安裝上導(dǎo)線）安裝上導(dǎo)線）導(dǎo)線

8、重力G=603.35 N）導(dǎo)線風(fēng)壓P=4（0,10）ALP=8.7410-3193.4370=118.34 N掛上導(dǎo)線時，導(dǎo)線越過下橫擔(dān)須向外拉開，其拉力 T2與水平線的夾角假設(shè)為 20，并假設(shè)上下橫擔(dān)間導(dǎo)線水平拉開 1.2m。（如下圖）：x=0，則：y=0，則：解得 T1=1140.10N, T2=1009.50NT1引起的垂直荷載 GT1和橫向荷載 PT1為：G= K(G+ GT1)+GF=1.1(603.35+632.41)+300=1659.34NP= KPT1+P=1.1948.62+118.34=1161.82Nb）安裝下導(dǎo)線）安裝下導(dǎo)線）導(dǎo)線重力G=603.35 N）導(dǎo)線風(fēng)壓P=

9、4（0,10）ALP=8.7410-3193.4370=118.34 NG= KG+GF=1.1603.35+300=963.685NP=P=118.34N運行大風(fēng)工況風(fēng)壓計算運行大風(fēng)工況風(fēng)壓計算）橫擔(dān)處（圖中標(biāo)記 1 處）單位長度桿身風(fēng)壓P1（0,25）=SZW0A =SZW0(D0+DX)/2=1.00.71.14(0.19+0.19+0.875) 22521600=60.89 N/m）電桿接頭處（圖中標(biāo)記 2 處）單位長度桿身風(fēng)壓P2（0,25）=SZW0A =SZW0(D0+DX)/2=1.00.71.0(0.19+0.19+975) 22521600=68.36 N/m）地面處單位長

10、度桿身風(fēng)壓P3（0,25）=SZW0A =SZW0(D0+DX)/2=1.00.71.0(0.19+0.19+12.575) 22521600=74.74 N/m式中： - 風(fēng)振系數(shù)，應(yīng)根據(jù)桿塔總高度查下表；S-風(fēng)荷載體型系數(shù)，環(huán)型電桿取 0.7；Z-風(fēng)壓高度變化系數(shù)；根據(jù)地形粗糙程度按下表選?。籛0-基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2，應(yīng)根據(jù)基準(zhǔn)高度的風(fēng)速 V(m/s)計算。計算如下：W0/=V2/1600V - 基本風(fēng)速，m/s；A-桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件迎風(fēng)面的投影面積，mm2。安裝工況風(fēng)壓計算安裝工況風(fēng)壓計算）橫擔(dān)處單位長度桿身風(fēng)壓P1（0,25）=SZW0A =SZW0(D0+DX)/2=1.00.7

11、1.14(0.19+0.19+0.875) 21021600=9.74 N/m）電桿接頭處單位長度桿身風(fēng)壓P2（0,25）=SZW0A =SZW0(D0+DX)/2=1.00.71.0(0.19+0.19+975) 21021600=10.94 N/m）地面處單位長度桿身風(fēng)壓P3（0,25）=SZW0A =SZW0(D0+DX)/2=1.00.71.0(0.19+0.19+12.575) 21021600=11.96 N/m風(fēng)壓作用點高度計算風(fēng)壓作用點高度計算）橫擔(dān)處風(fēng)壓作用點高度）電桿接頭處風(fēng)壓作用點高度）地面風(fēng)壓作用點高度式中：D0- 主桿頂徑，mm；Dx-任意截面 x 處的桿徑，mm；h

12、x-桿頂至任意截面 x 處垂直距離，mm。埋深受力點 h0/3=2.5/3=0.83m， 桿頂至埋深受力點 h3=12.5+0.83=13.33m運行工況彎矩計算運行工況彎矩計算a）大風(fēng)工況）大風(fēng)工況M=1.15GGa+Q(ph+qxhxZ)M1=1.151.41.0（628.940.8+60.890.80.53）=851.64NmM2=1.151.41.0628.949+628.94(9-0.8)2+68.3696=31663.09NmM3=1.151.41.0628.9413.33+628.94(13.33-0.8)2+74.7412.5(8.33+0.83)）=52651.41Nm式中：

13、G-永久荷載分項系數(shù)，宜取 1.2，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件有利時可取 1.0；Q-可變荷載分項系數(shù)，宜取 1.4；Ga-所有垂直荷載準(zhǔn)荷載對任意截面 x 處的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值，Nm；ph -所有橫向荷載準(zhǔn)荷載對任意截面 x 處的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值，Nm；-可變荷載組合系數(shù)，運行工況宜取 1.0，耐張型桿塔斷線工況和各類桿塔的安裝工況宜取 0.9，直線型桿塔斷線工況和各類桿塔的驗收工況宜取 0.75；qx-任意截面 x 處以上桿身單位長度風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值，N/m。hx-桿頂至任意截面 x 處垂直距離，mm。Z - 任意截面 x 處以上的風(fēng)壓合力作用點的高度，m。斷線工況彎矩計算斷線工況彎矩計算因為斷上導(dǎo)線對桿身產(chǎn)生的彎矩比斷下

14、導(dǎo)線要大得多（即斷上導(dǎo)線起控制作用），故只計算斷上導(dǎo)線時桿柱的彎矩（按固定橫擔(dān)考慮）。M=1.15QKCTh)M1=1.151.40.751.01871.240.8=1807.62NmM2=1.151.40.751.01871.249=18528.08NmM3=1.151.40.751.01871.2413.33=28311.81Nm式中：KC -斷線時的沖擊系數(shù)安裝工況彎矩計算安裝工況彎矩計算M=1.15GGa+Q(ph+qxhxZ)）安裝上導(dǎo)線）安裝上導(dǎo)線M1=1.151.01.40.9（1161.820.8+9.740.80.53）=1352.77NmM2=1.151.01.40.9（1

15、161.829+10.9496）=16007.31NmM3=1.151.01.40.9（1161.8213.33+11.9612.5(8.33+0.83)）=24425.04Nm）安裝下導(dǎo)線安裝下導(dǎo)線M1=1.151.01.40.9 （118.340.8+9.740.80.53） =143.16N mM2=1.151.01.40.9（118.349+118.34(9-0.8)2+10.9496）=5211.47NmM3=1.151.01.40.9（118.3413.33+118.34(13.33-0.8)2+11.9612.5(8.33+0.83)）=8567.20Nm安裝時產(chǎn)生的最大彎矩 M

16、1=1352.77Nm， M2=16007.31Nm，M3=24425.04Nm。注：M1 為橫擔(dān)處的彎矩，計算該彎矩的目的是校核電桿該處鋼筋及混凝土強度是否滿足要求，本次不講訴，感興趣的可以查閱相關(guān)書籍或私下與小編交流。另外在實際工程中一般都采用典設(shè)桿型，校核典設(shè)桿型是夠滿足強度要求就是通過計算出以上彎矩來對電桿的強度進(jìn)行校核，當(dāng)以上計算不大于電桿的強度時說明滿足，否則不滿足。電桿的強度（抵抗彎矩）計算參考 DL/T 5154-2012 公式（6.2.1-3）。以上計算彎矩不適合用于桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形、裂縫和抗裂計算。如果要進(jìn)行該類計算是在上面計算中將G、Q值取 1，既公式為 M=1.15Ga+(ph+qxhxZ)進(jìn)行計算。根據(jù)以上計算知道上段在最大彎矩為根據(jù)以上計算知道上段在最大彎矩為 31.663kN31.663kNm m（大風(fēng)工況大風(fēng)工況），下段下段的最大彎矩為的最大彎矩為 52.65kN52.65kN m m （大風(fēng)大風(fēng)） 。 根據(jù)根據(jù) 環(huán)形混凝土電桿環(huán)形混凝土電桿（GBGB 4623-20144623-2014）規(guī)定的環(huán)形鋼筋混凝土錐形電桿的開裂檢驗彎矩參數(shù)規(guī)定的環(huán)形鋼筋混凝土錐形電桿的開裂檢驗彎矩參數(shù) （參照上期的參照上期的環(huán)形混環(huán)形混凝土電桿的技術(shù)要求、錐形桿直徑及埋深計算凝土電桿的技