钢管杆在架空电力线路中的应用与优化

钢管杆以其占地小、基础不影响其他管线的敷设、附件设计灵活多样、塔材不易被盗等优点，广泛应用于城区、市郊、开发区输电线路工程中。近年来，农网改造工程持续稳步推进，电力线路新建改造工程日益增多；同时，城市建设步伐加快、城市用电量迅速增长、市政建设道路修扩以及地块开发等诸多因素，架空电力线路增设、改建、迁移要求也越来越多。因城市线路通道有限，多回路架设应用越来越多，在这种条件下，城市钢管杆在城市电力线路中优势越发明显，另外，随着Q390、Q420甚至更高强度的钢材应用，钢管杆可以设计得更加紧凑、美观。但正是由于钢管杆这些特点，钢管杆的钢材用量比较大，其材料费用在整个线路工程中所占的比例也远比自立式铁塔高。综合考虑制造工艺、施工方法（包括运输安装）以及运行维护和环境因素，本文结合以往工程设计经验，提出钢管杆设计优化经验和方法，以达到减轻重量、节约钢材并降低工程造价的目的。

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钢管杆的截面及分段

通过分析比较钢管杆截面特性，环形截面具有较好的受力特性，其次是十六边形，再次是十二边形……边数越多受力越优、材料相对耗用小，但加工难度增大。

由于钢管杆壁厚逐渐变化，需要分若干段，一基杆塔中间法兰不宜超过4个。但又受到运输和模压、热镀锌的工艺限制，每段杆段长度宜确定在10m左右，当壁厚较大时（>22mm），还应根据加工厂的设备能力适当减少段长，否则将无法压制。

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钢管杆力学性能相关计算

由《架空送电线路钢管杆设计技术规定》相关条文知道，钢管杆力学模型为一个悬臂梁，由水平力FH引起的扰度；由弯矩M引起的扰度；式中；L1为力或弯矩作用点高度；c、和φ分别为与截面形状有关的常数；E为钢材弹性模量，近似为常数。

法兰螺栓的拉力可按公式计算，其中：M为法兰所受弯矩；N为法兰所受的轴向作用力，压力时取用负值；Yi―螺栓中心到旋转轴的距离；Y1―受力螺栓中心到旋转轴的距离。

地脚螺栓分布圆直径应满足公式，其中：DG为钢管杆根径，mm；d为螺栓直径，mm。

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钢管杆的根径、梢径及锥度

从钢管杆相关特性计算公式上可以知道，钢管杆的挠度与截面惯性矩IB成反比，对其扰度控制起决定性作用的是根径的数值，钢管杆根径DG对挠度的贡献远远大于壁厚t。在其他外形参数不变的情况下，扩大梢径或根径尺寸，均可使钢管杆的整体刚度显著。钢管杆的锥度大小由杆的荷载大小决定荷载越大，弯矩包络图斜率就越大，从而需要越大的锥度以保证受力合理。但由于挠度控制的要求，梢径不能过小，故锥度过大又势必导致根径过大，一方面浪费材料，同时严重影响美观。

通常，直线杆的梢径取250～400mm，锥度取1/75左右；0～20°转角杆取300～500mm，锥度取1/65左右；20～40°转角杆取400～600mm，锥度取1/55左右；40～60°转角杆取500～700mm，锥度取45左右；60～90°转角杆取600～800mm，锥度取1/35左右。

当杆塔荷载不同时，综合占地、美观、材料量、挠度等因素，杆塔的梢径和锥度应该根据荷载大小进行优化。