浅谈输电线路铁塔的根开.docx

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1、浅谈输电线路铁塔的根开根开，是输电线路行业的一个专业术语，系指某种特定的问距，一般指杆塔两个主要受力构件之前的基准线距离。电杆根开一般指双杆（或三联杆）的中心距；铁塔根开一般指铁塔两相邻主材准线之间的距离；基础根开一般指铁塔两相邻主材重心线之间的距离。而由此衍生出来的概念还有半根开、对角根开、对角半根开等。根开是输电铁塔的一个非常重要的概念，它不仅与铁塔计算有关，还与基础施工图出版有关。这是因为大部分输电线路工程因进度要求，往往在铁塔图纸还尚未出版甚至是尚未完成计算的情况下，就要完成基础施工图的出版。而施工单位需要根据中心桩位置和设计给定的基础根开来准确的确定基础的位置，将基础中心和地螺中心放

2、样在塔位现场，再进行基坑开挖、地螺定位和基础浇筑等工作。而在铁塔尚未出版的情况下，基础根开图纸往往需随基础图纸一并出版交付监理。故设计人员需要根据铁塔施工图甚至是铁塔司令图草图来推算基础根开，且其准确性要求是100%,否则将导致基础和地螺定位错误，造成后期铁塔无法组立和基础报废等严重后果。所以，作为一个线路结构设计人员，可以不懂铁塔计算，但是绝不可以不懂根开的相关概念及其推算。基于此，本文尝试从最基本的概念出发，试图对根开及其相关概念作一个简单的叙述。如前文所述，组合角钢塔和钢管塔的根开推算较为简单，在此则不赘述。对于单角钢铁塔，因等边角钢只有一个对称轴，螺栓在角钢的两个肢上的准线与重心线不重

3、合，导致铁塔根开和基础根开不一致。又因塔身各段主材的肢宽是变化的，使得主材各段间连接处是“错芯”的。所以铁塔根开和基础根开的推算较为特别。本文仅论述单角钢铁塔的根开。一、根开的基本概念对于平地塔，铁塔根开为两个相邻塔腿主材基顶准线之间的水平距离，基础根开则为两个相邻塔腿主材基顶重心线之间的水平距离；对于山地塔，因四个接腿长度不一定相同，故根开一般指基顶准线或重心线至铁塔中垂线的水平距离，也称之为铁塔半根开和基础半根开。为了使得铁塔的受力中心线与基础的受力中心线重合，一般要求主材重心线与基础顶面的交点与地脚螺栓群中心重合，故一般确定了基础半根开也就确定了地螺中心，结合地螺的偏心值，施工单位则可确

4、定基础中心相对塔位中心桩的坐标，现场基础分坑、基坑开挖、地脚螺栓定位和基础数据校准均是基于此关系来开展的。如前文所述，一般主材上螺栓的准线是规定好的，比如单排螺栓准线、多排螺栓准线等。一般情况下，11OO以上的连接螺栓只允许开单排螺孔，111O及以上的连接螺栓除了允许开单排螺孔外，也可以开双排螺孔。比如11OO单排螺栓准线为50mm,1140单排螺栓准距为70mm,双排准距为55mm。对于铁塔主材而言，可以采用单排准线，也可以采用双排准线。但一般而言，1125及以上多采用双排准线，1125以下多采用单排准线。通常来说，从铁塔瓶口变坡至塔腿主材是分很多段的，主材的规格由上到下依次增大，这样就导致

5、每段主材的螺栓准线不一样。比如一个塔塔身主材分三段，分别为1140、1160和1180,则其双排螺栓准线分别为55mm、60mm和65n,这就导致连接处将出现错芯的情况。塔而在主材连接采用外包角钢或内包外贴连接下，不管多少段主材相连接，其角钢的外皮（或称外楞、肢背）一定是在一条直线上的，这个是主材连接的构造决定的。在多呼高全方位长短腿铁塔计算时，理论模型中各段铁塔主材是在同一条直线上的。但实际情况是如果以各段主材的重心线为基准，那么显然真实的受力中心并不一定是在一条直线上的。而如果以主材的外皮线为基准，虽然与实际受力不符，但其误差是可以被接受的，故一般铁塔计算时的坡度（不管怎么取，计算模型中的

6、所有主材均在一条直线上）可以外皮坡度为准。二、根开的推算方法以上内容的主要目的是让大家了解以下几个方面的事实（也是根开推算的前提）：（1）主材上的螺栓排布主要遵循了两个方面的要求，一个是使得连接螺栓群形心尽量的接近角钢的重心，二是满足螺栓的各种构造距离和加工安装要求。（2）铁塔理论计算模型和实际铁塔受力不是绝对吻合的，实际铁塔各段的受力中心往往是呈阶梯型的。因实际铁塔计算模型是基于二力杆单元的，是没办法考虑这种差异情况的，当然也是没必要的，因为连接处的偏心距是相对可以接受的。（3）为使得根开更具有规律性和标准性，塔腿主材的重心距取值与理论值是不一致的，但是差距不是太大，主材轴向力在地螺中心的偏

7、心是绝对存在的，但又是相对可接受的。说清楚了以上的事实后，这节我们主要说一下根开的推算。前面我们说过，不管主材规格如何变化，同一变坡段塔身外皮是永远在一条直线上的。下面就根据这一恒定关系来推导根开的推算公式。下图为瓶口变坡处局部放大示意图。A为瓶口横材准线和主材准线的交点，粉色实线为铁塔外皮线。B点为瓶口横担准线与铁塔外皮线的交点。如果能知道B点自铁塔中垂线的水平距离，则可以通过铁塔外皮线的坡度恒定这一条件推算出塔身任意位置的铁塔外皮至塔中垂线的水平距离，也就可以推算出各个呼高接腿的铁塔半根开和基础半根开。由以下示意图可知，B点至准线的垂直距离为准距，准距与铁塔坡度角的余弦值的比值为AB点的平

8、距，则XB（B点至铁塔中垂线的水平距离）=XA+AB平距。对于塔身任一点C,HC为C至B点的垂距，d为主材的准距，P为铁塔的外皮坡度，则有如下的关系：XC=XAAB+HCxP=XA+dcos(P)+HCxP下面我们来计算塔脚D处的根开。塔脚处的局部放大示意图如下，从上述公式可推得:XD=XA+AB+HDxP=X+dcos(P)+HDxP点DT代表塔腿主材准线与斜材准线的交点，该点至铁塔中垂线的水平距离即为铁塔半根开。点DJ代表塔腿主材准线与斜材准线的交点的水平线与塔腿主材的重心线的交点，该点至铁塔中垂线的水平距离即为基础半根开。下面我们来推算XDT和XDJ的值。DDJ,XDJ=X+AB+HDx

9、P-DDJ=XA+HDxP(d1-Z)C0S(P)XDT=XA+AB+HDxP-DDT=XA+HDxP+(d1-d2)C0S(P)其中，d1和d2分别为瓶口变坡处和塔脚处主材的准线,Z为塔脚处主材的重心距，P为铁塔外皮坡度。从上述公式可以看到，平距和垂距的差异是非常小的。这是因为铁塔的坡度一般在0.200以内，其对应坡度的余弦值接近于1,且(d1-Z)和(d1-d2)的基数本身就很小。即(d1-Z)/COS(P)和(d1-d2)/COS(P)将很接近于(d1-Z)和(d1Y2),且其绝对误差一般小于0.3mmo即基础半根开和铁塔半根开可以简化为以下计算公式，且其误差在可接受范围。基础半根开：X

10、三、根开的推算示例F面以一个实际铁塔为例来进行铁塔半根开和基础半根开的推算。算例基本信息如下：瓶口宽度3.5m,外皮坡度0.150,下横担挂点离变坡点垂高为2.0m,呼高为42m、45m、48m、51m,瓶口以下塔身第一段主材规格为U25X10,双排螺栓准线50mm,接腿主材规格均为1160X12,双排螺栓准线60mm,重心距为40mm,减腿级差均为3m,求各呼高接腿的基础半根开和铁塔半根开。按以上公式可以算得结果如下表。根开算法呼高a)房腿Q)胭部主材规格垂高HDDDJ平距外皮坡度P外皮顶宽(m)2XB基础半根开()铁塔半根开(nu11)简便算法42-3.01160X1237.0040.00

11、0.1503.60007310.007290.0042-2.01160X1238.0040.000.1503.60007400.007440.0042-1.01160X1239.0040.000.1503.60007610.007590.00420.01160X1240.0040.000.1503.60007760.007740.0045-3.01160X1240.0040.000.1503.60007760.007740.0045-2.01160X1241.0040.000.1503.60007910.7890.0045-1.01160X1242.0040.000.1503.60008060

12、.008040.00450.01160X1243.0040.000.1503.60008210.008190.0048-3.01160X1243.0040.000.1503.60008210.8190.0048-2.01160X1244.0040.000.1503.60008360.008340.0048-1.01160X1245.0040.000.1503.60008510.008490.00480.01160X1246.0040.000.1503.6000SeeO.008640.00513.01160X1246.0040.000.1503.60008660.008640.0051-2.01

13、160X1247.0040.000.1503.60008810.008790.0051-1.01160X1248.0040.000.1503.600089CO.OO8940.00510.01160X1249.0040.000.1503.60009110.009090.00精确算法42-3.01160X1237.00,40.450.150,3.60117310.117289.8942-2.01160X1238.0040.450.1503.0117g117439.8942-1.01160X1239.0040.450.1503.60117610.117589.89420.01160X1240.004

14、0.450.1503.60117760.117739.8945-3.01160X1240.0040.450.1503.60117760.117739.8945-2.01160X1241.0040.450.1503.60117910.117889.8945-1.01160X1242.0040.450.1503.60118060.118039.89450.01160X1243.0040.450.1503.60118210.118189.8948-3.01160X1243.0040.450.1503.60118210.118189.8948-2.01160X1244.0040.450.1503.60118360.118339.8948-1.01160X1245.0040.450.1503.60118510.118489.89480.01160X1246.0040.450.1503.60118660.118639.8951-3.01160X1246.00,40.450.1503.60118660.118639.8951-2.01160X1247.