普通钢筋混凝土电杆设计Word下载.docx
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普通钢筋混凝土电杆设计Word下载.docx
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五、进度安排
16周
(1)确定电杆外形尺寸及型式
(2)荷载计算(3)配筋设计(4)验算a.正常运行清况的强度验算b.正常运行情况的裂缝宽度计算c.电杆组立验算d.断线情况的验算e.进行断上导线情况的强度验算
17周(5)电杆基础(底盘、卡盘、拉盘)设计(6)电力金具设计(7)制图及设计说明书撰写(即设计报告)
六、教研室审批意见
教研室主任(签字):
年月日
七、主管教学主任意见
主管主任(签字):
八、备注
指导教师(签字):
学生(签字):
邵阳学院课程设计(论文)评阅表
学生姓名学号
系电气工程系专业班级电气工程及其自动化、09输电线路
题目名称普通钢筋混凝土电杆设计课程名称输电杆塔结构与基础设计
一、学生自我总结
在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识,也培养了我如何去把握一件事情,如何去做好一件事情,又如何完成一件事情。
在设计过程中,与同学分工设计,和同学们相互探讨,相互学习,相互监督。
学会了合作,学会了运筹帷幄,学会了宽容,学会了理解,也学会了做人与处世。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练,是我们迈向社会,从事职业工作前一个必不少的过程。
今天我认真的进行课程设计,学会脚踏实地迈开这一步,就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
学生签名:
二、指导教师评定
评分项目
平时成绩
论文
答辩
综合成绩
权重
30
40
30
单项成绩
指导教师评语:
指导教师(签名):
1、本表是学生课程设计(论文)成绩评定的依据,装订在设计说明书(或论文)的“任务书”页后面;
2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。
摘要
本次课程设计题目名称是普通钢筋混凝土电杆的设计。
按气象条件三要素将各种气象条件的数据整理成表格;
通过查阅输电线路有关《规程》得到譬如气象、导线、地线的有关参数,再用列表法求得临界档距,用临界温度判定法判断出最大弧垂气象条件。
根据《规程》规定以及此课题的实际因素确定了电杆的呼称高度、导线间的垂直距离、地线支架高度,从而得出了电杆的总高度。
然后再确定七种情况下电杆的荷载,进行杆柱的强度验算及配筋计算,最后确定基础的计算(拉线盘上拔稳定、水平方向稳定及拉线盘强度验算,底盘计算。
输电杆塔课程设计是输电杆塔及基础设计课程学习中非常重要的一个环节,是将理论知识和实践能力相统一的一个环节,是真正锻炼学生能力的一个环节。
在本次输电杆塔课程设计任务书中对普通钢筋混凝土电杆设计做了较好的介绍、以及对设计具体的要求。
同时在这次课程设计过程中得到了有关指导教师的支持和同学的帮助,在此一并致谢!
关键字:
比载;
临界档距;
钢筋混凝土。
摘要
1设计条件和相关参数1
1.1气象条件1
1.2导线和地线的相关参数1
1.3绝缘子的相关参数2
1.4电杆的相关参数2
1.5土的相关参数2
2各种气象条件下的比载计算3
2.1导线比载的计算3
2.2地线比载的计算4
3计算临界档距5
3.1判断控制气象条件5
3.2判断最大弧垂气象6
4电杆外形尺寸的确定8
4.1电杆的总高度8
4.2横担长度的计算9
4.3电杆外形尺寸校验9
5电杆荷载计算11
6电杆杆柱的强度验算及配筋计算16
6.1正常情况下电杆弯矩计算16
6.2断导线情况17
6.3电杆安装时强度验算18
6.4杆柱弯矩验算18
6.5电杆正常运行的裂缝宽度验算19
7基础计算20
7.1卡盘相关计算20
7.2拉线盘的相关计算21
7.3底盘的计算23
8结束语25
参考文献26
1、设计条件和相关参数
1.1气象条件
表1.1-1:
Ⅰ级典型气象区的气象条件
大气温度(℃)
风速(m/s)
覆冰(㎜)
最高温
最低温
覆冰
最大风
安装
雷电过电压
操作过电压、年均气温
雷电过电压
操作过电压
覆冰厚度
+40
-5
-
+10
+15
+20
35
10
15
1.2导线和地线的有关参数
表1.2-1:
LGJ300/50相关导线参数
根数/直径(mm)
计算截面
(mm2)
外径(mm)
直流电阻不大于(Ω/km)
计算拉断力(N)
单位长度质量(kg/km)
铝
钢
铝
总计
23.76
0.09433
83410
1058
48/2.85
7/2.22
306.21
27.10
333.31
表1.2-2:
GJ-35地线参数
型号
计算截面(
)
计算直径(mm)
极限强度(
最大拉断力(N)
最小拉断力(N)
重量(kg/km)
GJ-35
37.2
7.8
1176~1372
4700
4600
300
1.3绝缘子相关参数
表1.3-1绝缘子X-4.5参数
型号
主要尺寸(mm)
工频电压KVr.m.s不小于
雷电全波冲击电压KVpeak不小于
抗张机械负荷(KN)
重量
(kg)
结构高度H
盘径D
公称爬电距离L
连接形式标记
干闪络
湿闪络
1
min湿耐受
击穿
50%闪络
耐受
例行试验
1h机电试验
机电破坏不小于
X-4.5
146
254
285
16
80
45
40
110
120
100
36
60
5.0
1.4电杆的有关参数
主杆顶径为φ270mm,电杆的锥度为1/75,壁厚为50mm。
绝缘子串和金具的总重力为520N(7片x-4.5),地线金具重力为90N。
杆柱混凝土等级为C30,离心式制造。
1.5土的相关参数
土的状态为粘性土软塑,查《规程》得土的计算容重γs=15kN/m3,计算上拔角α=100,计算内摩擦角β=150,土压力系数m=26kN/m3。
2各种气象条件下的比载计算
2.1导线比载的计算(单位:
MPa/m)
2.2地线的比载计算
地线的比载计算同导线的比载计算,结算结果如下表
表2.2-1导线和地线荷载计算参数
名称
导线LGJ-300/50
地线GJ-35
截面面积(mm2)
比载(MPa/m)
3计算临界档距
3.1判断控制气象条件
(1)可能成为控制条件的是最低气温、最大风速、覆冰有风和年均气温,整理该典型气象区四种可能控制条件的有关气象参数,如下表。
表3.1-1:
可能控制气象条件有关参数
参数
气象
最低气温
最大风速
覆冰有风
年均气温
气温(℃)
+20
冰厚(mm)
(2)查规程得导线的有关参数如表。
表3.1-2:
LGJ-300/50导线的有关参数
截面积A
(mm2)
导线直径d
(mm)
弹性系数E
(MPa)
温度系数a(1/℃)
计算拉断力Tj
(N)
单位长度质量q
(kg/km)
强度极限σp
安全系数k
许用应力[σo]
年均应力上限[σcp]
65000
20.5×
10-6
237.74
2.5
95.09
59.44
最低气温、最大风速、覆冰有风的许用应力为95.09MPa,年均气温的许用应力为59.44MPa。
(3)计算有关比载和比值γ/[σo],计算结果列于下表。
3.1-3:
比值γ/[σo]计算结果及其排序表
气象条件
γ(MPa/m)
31.13×
10-3
42.02×
[σo](MPa)
59.43
γ/[σo](1/m)
0.3274×
0.4419×
0.5238×
排序
a
d
c
(4)计算有效临界档距,等高差,所以cosβ=1,
利用上式得有效临界档距判别表如下表所示。
3.1-4有效临界档距判别表
b
临界档距(m)
lab=289.6
lbc为负值
lcd=为负值
因为临界档距lab为289.6,lbc为负值,所以b,c条件不起控制作用。
则临界档距l=289.6m。
当0<
l<
289,6时,控制气象条件为年均气温。
当289.6<
l时,控制气象条件为最大风速。
3.2判断最大弧垂气象
最大弧垂出现的气象条件可能是最高气温或覆冰无风,下面采用临界温度判定法判断最大弧垂出现的气象。
在等高悬挂点下,设覆冰无风时气温为tb,比载为γ3,架空线水平应力为σb,则相应的弧垂fb为
临界温度tj时,比载γ1、水平应力σj,则相应的弧垂fj为
根据临界温度的定义,有
所以
以覆冰无风为第Ⅰ状态,临界温度为第Ⅱ状态,并注意到上式,列出状态方程式为
解上式的到临界温度的计算式为
将计算出的临界温度tj与最高气温tmax进行比较,若tj>
tmax,则最大弧垂发生在覆冰无风气象条件,反之最大弧垂发生在最高气温气象条件。
计算得tj=-5℃,tmax=+40℃,tj<
tmax,所以最大弧垂发生在最高气温气象条件下。
fmax=5.988m。
4电杆外形尺寸的确定
4.1电杆的总高度
杆塔的总高度与档距、地理条件、电压等级、气候及电气条件等因素有关。
杆塔的总高度等于呼称高度加上导线间的垂直距离和避雷线支架高度,对于钢筋混凝土电杆还要加上埋地深度h0。
4.1.1电杆呼称高度
电杆下横担的下线边缘线到地面垂直距离H称为电杆的呼称高度,由悬垂绝缘子串长度λ、导线最大弧垂fmax、导线到地面及被跨越物安全距离hx及施工裕量Δh组成,即
110KV电杆采用7片X-4.5绝缘子λ=1.022,导线弧垂为5.988m,电杆按居民区设计偏安全,设计导线到地面垂直距离为7.0m,档距为422.5m施工裕度为0.8m。
因此,电杆设计呼高H=14.81m,选取呼高为15m。
4.1.2导线间的垂直距离
单回线路两相导线水平排列线间距,《规程》规定:
导线间的水平线间距,可根据运行经验确定,1000m以下档距计算式为
在覆冰较少地区,《规程》推荐垂直线间距宜采用水平线间距的75%即
计算得Dm=2.999m,Dv=2.249m。
设计导线间水平距离为6m,设计导线间垂直距离为5m。
4.1.3地线支架高度
设计110KV线路采用α=250防雷保护角,取地线支架向右侧偏移0.3m,避雷线支架高度为h,则地线对下横担左侧导线防雷保护为控制条件,由防雷条件知
求的h=2.84m,选取避雷线支架高度为3.0m。
综上,电杆设计总高H=3.0+5.0+15+3=26.0m。
4.2横担长度计算
由以上计算出两相导线水平间距,可选取下横担长度为6m,上下导线垂直间距为5m,上下导线水平偏移距离1.0m,上横担长度为1.5m。
电杆草图如下
图4.2-1
4.3电杆外形尺寸校验
(1)上下导线垂直线间距的校验。
由《规程》得最小垂直线间距为3.5m,小于实际线间距5.0m,合格。
(2)上下导线水平偏移校验。
由《规程》规定水平偏移距离为0.5m,小于实际上下导线水平偏移距离1.0m,合格。
(3)间隙圆校核。
Ⅰ级气象区三种气象条件风速:
正常运行情况v=35m/s,操作过电压v=17.5m/s,雷电过电压v=15m/s。
1 三种气象条件下绝缘子串风荷载为
因n1=1,n2=7,μs=1.0,Aj=0.03m2,μz=1.1,则
2 三种气象条件下导线风荷载为
3 导线重力荷载
三种气象条件下绝缘子串风偏角为
4 《规程》给出的最小空气间隙为:
RZ=0.25,RC=0.70,RL=1.00。
根据λ=1.022m和φ、R值,用一定比例制作间隙圆校验图,三种气象条件下间隙校验合格。
图4.3-1
5电杆荷载计算
(1)运行情况1:
直线杆塔第一种荷载组合情况为最大设计风速、无冰、未断线。
Ⅰ级气象区,从《规程》中查得:
V=35m/s,t=+10℃,b=0。
1)地线重力为
2)地线风压为
3)导线重力为
4)绝缘子串风荷载:
绝缘子串数n1=1,每串绝缘子片数n2=7,单裙一片绝缘子挡风面积Aj=0.03m2,绝缘子串高度为15m,查表得风压高度变化系数μz=1.0,则
5)导线风压为
(2)运行情况2:
因为气象条件是典型气象区Ⅰ区,无覆冰,所以直线杆塔的第二种荷载组合为覆冰、有相应风速、未断线,不存在。
下图(a)为正常运行情况1的荷载图。
(3)断导线情况1、2:
断一根导线的荷载组合为无风、无冰。
1)地线重力:
GB=1179N
2)导线重力
未断导线相:
GD=3840N
断导线相为
3)断线张力。
LGJ-300/25型导线的计算拉断力Tp=83410。
导线最大使用张力为
导线最大使用张力百分比值为35%,则
地线支持力:
下图(b)、(c)为断上、下导线的荷载图。
(4)断地线情况:
断地线荷载组合情况为无冰、无风、导线未断。
1)导线重力:
2)地线重力:
3)地线断线张力。
GJ-35最小破坏拉力TP=47000N
地线最大使用张力为
地线最大使用张力百分比值为20%,则
下图(d)为断地线荷载图。
(5)安装情况1:
起吊上导线,荷载组合情况为有相应风、无冰。
从《规程》中查得:
V=10m/s,t=0℃,b=0。
1)地线重力:
2)地线风压为
3)导线重力:
4)导线风压为
挂上导线时,导线越过下横担须向外拉开,其拉力T2与水平线的夹角为200,并假定上、下横担间导线水平拉出1.5m。
T1引起的垂直荷载GT1和横向水平荷载PT1为
下图(e)为起吊上导线时的荷载图。
(6)安装情况2:
起吊下导线。
地线、导线的重力和风压同安装情况1所述。
(7)杆身风压计算。
根据已知条件:
风压高度变化系数取μz=1.2,构件体形系数取μs=0.7,电杆风荷载调整系数取βz=1.18。
1)正常情况大风时
上横担处单位长度杆身风压为
下横担处单位长度杆身风压为
电杆接头处处单位长度杆身风压为
地面处单位长度杆身风压为
2)安装情况。
6电杆杆柱的强度验算及配筋计算
6.1正常情况下电杆弯矩计算
1)运行情况1(大风)电杆荷载如图,截面0,1,2,3,4,5处的弯矩为
运行情况1的弯矩图如图6.1-1。
图6.1-1
2)运行情况2(覆冰)
运行情况2的计算方法同上,因为为无冰区,故不是控制条件,计算略去。
6.2断导线情况
1)断上导线情况
因断上导线对杆身产生的弯矩比断下导线要大得多,即断上导线起着控制作用,故只计算断上导线时杆柱的弯矩。
首先计算断导线时的设计荷载。
断导线张力为
地线最大支持力为
最小支持力为
地线不平衡力为
横担转动后断线张力为
上横担处弯矩为
嵌固点处的弯矩为
2)地线不平衡张力引起的弯矩
只计算电杆嵌固点的弯矩
6.3电杆安装时强度验算
1)安装上导线时各处弯矩为
2)安装下导线时各处的弯矩为
安装时产生的最大弯矩M1=16096N.m,M2=26224N.m均在抵抗弯矩包络图内,安全。
6.4杆柱弯扭验算
上字型无拉线单杆直线电杆转动横担启动力取2500N,横担长度为2.5m,上导线断线,横担转动时主杆同时承受弯矩、剪力和扭矩的作用,剪力V=2500N,扭矩
。
电杆外径D=370mm,内径d=270mm,C30级混泥土,
,则
全部拉应力可由混泥土承担,螺旋钢筋可仅按构造配置。
6.5电杆正常运行的裂缝宽度验算
由配筋图的嵌固点出配制24φ14光面Ⅰ级纵向钢筋。
采用φ6Ⅰ级螺旋钢筋,螺距为s=100mm。
嵌固点处r2=261mmm,r1=211mm,rs=236mm,Ac=3.14(r22-r12)=3.14(2612-2112)=74104(mm2),As=3696mm2,Ec=29.5KN/mm2,Es=210KN/mm2。
光面钢筋υ=1,ftk=2.0N/mm2。
1)验算裂缝宽度应采用弯矩标准值(即荷载标准值引起的弯矩)
2)计算开裂弯矩
3)计算裂缝宽度
满足要求。
7基础计算
7.1卡盘相关计算
在最大风情况下,水平荷载的合力S0=9.4kN,其合力作用点的高度H0=23m,电杆的埋深h0=3.0,电杆腿部外径D=0.58m。
(1)抗倾覆稳定验算
1)基础的计算宽度bJ为
2)计算μ。
由于
查表的μ=11.2,则
3)抗倾覆稳定验算。
查表的基础附加分项系数γf=1.1,则
需要加卡盘。
(2)加上卡盘后的抗倾覆稳定验算。
1)设卡盘的位置
并选择卡盘截面为b×
h=0.3×
0.2。
2)求θ。
查表得θ=0.34。
3)计算E。
其计算式为
4)计算上卡盘的极限倾覆力为
5)计算上卡盘的抗倾覆力Pk为
6)计算卡盘长度。
卡盘的截面尺寸为b×
0.2,则
因为l1>
1.8,上卡盘尺寸不合格,要安装上下卡盘。
选择上卡盘的尺寸为1.8×
0.3×
(3)带上、下卡盘倾覆基础的稳定计算。
通过相关的计算,得出电杆只装卡盘是行不通的,不能够满足设计要求。
必须打拉线。
7.2拉线盘的相关计算
拉线与横担的水平夹角为450,拉线与地面的夹角为600。
荷载组合系数为1.0,拉线的长度为21m,拉线在地面上的投影为9m。
拉线点反力按简支梁计算。
从而得出拉线拉力设计值T=18×
1.2=21.6kN。
电杆埋深3.0m,拉线盘的规格为1.2×
0.6×
0.2,自重Q=3kN,拉线盘上平面与铅垂方向的夹角为δ=600。
上拔力Ny=Tsinδ=21.6sin600=18.7(kN),水平力Nx=Tcosδ=21.6cos600=10.8(kN)。
(1)上拔稳定计算。
上拔深度为h0=3.0。
临界深度为l/b=1.2/0.6=2<
3,从而D=0.6(l+b),则hc=1.2D=1.2×
0.6(1.2+0.6)=1.3(m)<
h0=3.0(m)。
计算抗拔土的体积VT为
上拔验算合格。
(2)水平稳定验算。
被动土抗力为
由垂直分力Ny产生水平抗力为
水平验算合格。
(3)拉线盘强度验算。
基础在土反力的作用下,在两个方向都要发生弯曲,所以两方向都要配筋。
钢筋面积按两个方向的最大弯矩分别进行计算。
查表得Ⅰ—Ⅰ截面处的面积为As=509mm2,Ⅱ—Ⅱ截面处的面积为As=603.6mm2,钢筋的强度设计值为fy=210。
Ⅰ—Ⅰ截面处拉线盘允许抗上拔力为
Ⅱ—Ⅱ截面处拉线盘允许抗上拔力为
拉线盘强度验算合格。
7.3底盘计算
底盘常用作为钢筋混凝土电杆承压基础。
由于电杆坐落在预制的底盘上,杆柱与底盘间无连接,在结构上称为“简支”,所以在计算上假设它不承受水平力和弯矩,按轴心受压基础计算。
选取底盘的规格为1.4×
1.4×
0.24。
(1)承载力的计算。
1)底盘底面压应力为
2)抗压承载力验算。
符合要求。
(2)底盘强度计算。
8结束语
此次输电杆塔课程设计让我获益匪浅,使我尝到了将所学的知识用于实践的喜悦和成就感。
此课程设计所设计制作的普通钢筋混凝土设计是一个实用性设计。
此次设计的成功,不仅为所学的专业课程打下了坚实的基础,提高了我们对分析与解决问题的能力,同时也对热衷于从事输电线路方面工作的莘莘学子们提供了一个很好的实践平台。
本次课程设计使我认识到:
(1)设计思路是实施操作的扎实基石。
一个良好的设计思路,是课题的生命。
宁愿在思路设计上多花上50%的时间。
因为前期看似慢
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- 关 键 词:
- 普通 钢筋混凝土 电杆 设计