电力输电线路大跨越铁塔结构的设计分
析
摘要：输电线路铁路塔可视为一种三维建筑形式,通常用于在空气中安装高压或超高压输电线路,有时也用于安装雷电线路。

在正式使用过程中,工作人员可以根据回路和电压值的差异,并根据现场实际情况准确划分塔架结构,以便合理选择和应用。

在实际施工过程中,有关人员应高度重视塔架结构的应用和性能的提高。

关键词：电力输电线路；大跨越铁塔结构；设计
引言
大跨越铁塔是输电线路杆塔中设计难度最大、结构最为复杂的塔型，该项目使用经过二次开发的三维数字化软件进行大跨越铁塔三维数字化成品的设计。

设计成品是通过采用三维数字化技术建立的工程信息集合，具备完备性、关联性、一致性、唯一性、扩展性等特点，满足可视化、可分析、可编辑、可出图等工程全生命周期应用需求的模型，同时包含完备的数字化信息，以期实现避免构件碰撞、完善结构设计、提高设计准确性、适应加工要求及配合施工组织等目的。

1输电线路大跨越铁塔结构设计的原理
与其他类型的结构不同,通过铁塔结构的大型传输线提供高度稳定性,因此注意这种结构的设计原则非常重要。

输电线路有一定的权重,在长距离传输过程中,输电线路自身的权重和环境因素都会影响其稳定性,为了保证输电线路的有效支撑,必须设计合理的结构。

塔的设计可以更好地改变输电线路的电压,并可以通过在遇到恶劣天气和其他环境因素时合理分配力量来减少危险情况的发生。

在使用跨塔架结构的输电线路时,存在一些问题,特别是施工成本高。

这种结构的建设更加复杂,在整个项目中需要更长的时间,从而导致更高的投资。

铁塔大跨度输电线路结构也需要加强,目前一些电力项目不能根据实际情况和基本条件进行设计,在
预埋过程中应采用小跨度埋设法,这在一定程度上会影响铁塔大跨度结构的稳定性。

最有效的措施是增加地基的面积,以增加与地面的接触面积,以提高其稳定性。

2输电线路大跨越铁塔正向设计
目前，输电线路中铁塔常规设计方法仍以二维设计为主，设计成品一般为纸
质施工蓝图。

数字化模型仅被视为数字化归档成品，并没有在工程建设阶段得到
有效利用。

正向设计是一种基于BIM模型实现设计任务的流程，即在三维数字化
环境下进行输电线路项目的参数化设计、方案优化设计、施工图出图等，甚至可
与计算模型结合，同步优化。

正向设计是对传统设计方式的颠覆，是一种新的设
计思维方式，能够实现更加灵活、高质高效的设计。

大跨越杆塔结构三维正向设
计工作建模主要难点在于大跨越杆塔节点连接复杂、数据量巨大。

跨越杆塔结构
复杂且附属设施繁多（包括电梯、爬梯、平台和走道等），采用三维数字化正向
设计具有以下必要性：一是专业设计需要，提高设计准确性，避免结构构件空间
碰撞或施工安装空间不足；二是设计成果数字化移交需要；三是保证工程建设顺
利进行的需要，为加工、施工提供便利。

3大跨越铁塔的隐患
3.1 冰
损坏的原因主要分为三类。

1)不均匀的冰扭矩导致损坏。

输电线路在移除冰
块时会出现不均匀的冰融化,其左右两侧会因纵向而产生扁平应力,出现材料暴露
于力,导致细小的交叉材料和塔身形变形。

2)不均匀的冰弯矩导致损坏。

随着塔
前和塔后两侧台阶之间的高度或距离的增加,塔两侧的应力变得不均匀,并且这种
应力在与冰层碰撞时达到极限,最终破坏了塔的主要材料和横向载荷。

冰盖和脱
水都会导致这种破坏。

(3)垂直载荷造成损坏。

悬挂点处的垂直承载荷随着接地
线冰量的增加而增加,当主材料和小材料的屈服极限接近应力时,纵面不稳定甚至
弯曲,从而破坏了输电线路。

3.2 地震因素
地震发生后,通常会严重影响输电线路的整体运行质量。

从实际情况来看,维修中的输电线路看起来更加复杂和昂贵。

在发生大规模故障的情况下,不仅会影响居民的日常用电量,还会对电力企业的工作效率产生负面影响。

为了避免这个问题,建议工作人员在设计通过塔结构的输电线路时,全面提高塔的防震和控制能力。

通过合理设计结构体系,实现减震目标。

4输电线路大跨越铁塔结构设计的基本技术
4.1建模方法
输电线路铁塔三维设计采用的设计软件为TeklaStructure（以下简称“Tekla”），该软件目前已经广泛应用于土木工程、机械工程及能源行业。

通过对该软件进行二次开发，不仅可以建立精确的铁塔三维模型，还可以在模型的每一个零件中存储从“规划建模—设计出图—加工放样—施工组装—运行维护”的全过程信息，真正实现建立数字化全息模型。

根据大跨越输电铁塔结构的特殊性，通过三维正向设计，可实现整合输电铁塔设计、制图、加工放样、施工组织及工程管理，数字化档案移交及管理工作，搭建综合三维数字化平台。

采用一种基于Tekla平台的输电铁塔BIM模型构建方法，包括以下步骤：读取铁塔设计的模型数据和计算结果，并导出Tekla平台所需格式的铁塔计算用截面库；将模型数据和Tekla平台格式铁塔计算用截面库导入Tekla平台，生成铁塔三维模型；在Tekla平台中，对铁塔三维模型中同一段杆件进行合并、分组；在铁塔三维模型中，添加全部连接节点；在铁塔三维模型中，创建附属构件；对铁塔三维模型进行空间碰撞校核；通过Tekla平台对铁塔三维模型中的零件录入工程信息，最终可实现对输电铁塔设计、制图和加工放样的有效整合，提高设计阶段成果的利用率，降低人为输入、输出导致的错误发生概率。

4.2 合理定位塔头节点的方向
塔的节点可以理解为杆的节点。

当杆的节点变为刚性节点时,会对塔的安全运行产生不利影响,甚至会导致一定的原材料成本。

为了及时解决这一问题,设计人员必须合理定位和优化塔头节点的定向问题。

在正式加工过程中,设计师可以使用三角形拱来优化加工。

在此基础上,BIM技术可用于现场专业施工协调问题的
综合规划和合理部署。

例如,借助BIM技术的可视化功能,可以构建合理的建筑建
造模型。

设计人员可以根据建筑模型反馈信息的内容,合理确定塔头节点的定位,
在提高塔架结构设计水平的同时,提高塔架整体运行的安全性。

4.3 改善膝关节的纵向载荷转移
在大跨度电塔结构的输电线路设计中,提高弯臂纵向负荷传递是首要的技术
内容,弯臂在电塔结构中具有较大的功能,从实际的角度来看,弯臂可以将压力分
配到电塔纵向支撑上,使输电线路的重量得到较好的平衡,不仅有利于长距离电力
传输,而且保证了电力传输过程的稳定性。

这种建设性的设计具有很高的美学性,
使电力线路能够为城市增添独特的景观。

4.4数字化施工应用
在三维模型中创建施工计划，通过任务管理器将施工计划中的时间写入相应
构件的用户定义属性中，便可生成一个可模拟现场施工的4D模型。

通过4D模型
的演示，项目参与人员能够更清楚地了解项目的整体动态、更好地制定施工方案，把握项目的各个时间节点。

除了4D模拟以外，还可以进行简易的吊装模拟，让
施工人员更加直观地观察施工过程，提前规划吊车位置及起吊路径、优化构件吊
装方案。

三维模型还可在施工技术员的便携设备上使用，为实时查看及调整施工
方案提供可能。

通过数字化成品在基建施工过程中的应用，可完善泛在物联网感
知层的建设。

通过基建全过程在线监测以及建立数据传输网络，灵活应用数据孪
生系统组站，实现数字化基建全过程管控。

结束语
目前,绝大多数的电力输送工作方式都是通过铁路塔完成输电线路,大铁路塔
的使用寿命、稳定性和安全性代表了我国电力工业的发展程度。

设计人员应将环
境影响、实地调研、合理设计图纸、提高实用性、减少腐蚀损失和覆冰结合起来;提高设计能力,降低塔架偏心度,优化节点安装和荷载传递,合理设置塔体倾斜度;
采用先进技术,研究防腐材料,减少腐蚀,特别注意塔头和塔体。

这将使其能够确
保各地区大型飞行塔的顺利和安全运行,并充分保障我国的电力输送。

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