复合横担杆塔研究

考虑到工字梁的腹板很有可能发生剪切屈曲，即在剪应力作用下发生屈曲，因此还需满足剪切屈曲的强度条件：

Q????cr?h???cr??crnn——为剪切屈曲安全系数； τcr——为剪切屈曲临界应力。

?2D?cr?5.352h?E?3D? 12?1??2?D——沿腹板高度方向的弯曲刚度 E——沿腹板高度方向的弹性模量； ν——沿腹板高度方向的泊松比。

考虑到受压部分的翼缘也会发生屈曲，要求翼缘宽度2c(不包含腹板厚度部分，即b—δ)小于下列公式给出的有效宽度：

2c?1.36tE?bE——梁轴方向的有效弹性模量； σb——梁轴方向的压缩强度； t——受压翼缘厚度。

3 复合横担杆塔结构选型及优化

3.1 复合横担塔头选型

本工程输电线路按单回路架设。单回输电线路导线排列方式有水平排列、垂直排列、三角形排列等。本工程采用部分绝缘杆塔技术，杆塔塔身

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采用传统钢材结构， 横担部分采用复合材料（FRP）结构，与杆塔构件采用干涉配合螺栓连接。为节约线路走廊，本工程推荐采用导线三角形排列，主要有上字型和猫头型两种方式。这些型式的主要特点如下：

1) 干字型：“上”字型塔头由主杆、连接框架、横担及斜连支撑等部件组成的框架结构。其优点是横担采用高性能环氧复合材料纤维缠绕成型，具有高强度、高电性能；其缺点是框架模具及工艺成本均较高，因此造价较高，影响推广效益；缺点是管状结构和角钢结构连接较复杂。

图3.1-1 “上”字型塔复合材料塔头

2) 绝缘猫头型：绝缘猫头型塔头由四根主杆、下层组合横担、上层横担及各种斜拉杆等组成。其优点结构紧凑简单，组装速度快；横担可采用硅橡胶伞裙或高性能环氧成型，绝缘距离大，悬垂绝缘子短，降低导线风偏，综合走廊宽度小；综合成本低。缺点是管状结构和角钢结构连接较复杂。

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图3.1-2 猫头型塔复合材料塔头

以上直线塔塔头的横担均采用高性能的复合材料，具有高强度、高电性能的优点，其绝缘距离可以安装硅橡胶设计。因此，塔头可以达到绝缘为绝缘横担及短绝缘子串的方式。

经对比计算分析，直线塔选用复合猫头型塔头时，钢材重量和复合材料重量均较轻，本体造价较低。

3.2 复合塔头有限元分析

采用Ansys软件建模，对于以上几种直线塔结构型式，在不同工况荷载作用下的应力及变形进行分析计算，各种复合材料塔头的应力分布云图及变形分布支图如下：

a) “上”字型塔头结构

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1NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1SEQV (AVG)DMX =.589066SMX =.240E+09NOV 27 201108:05:20MXZYMNX .266E+08.799E+08.133E+09.186E+09.240E+090.532E+08.106E+09.160E+09.213E+09 图3.2-1 上字型塔头应力分布云图

1NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1USUM (AVG)RSYS=0DMX =.589066SMX =.589066NOV 27 201108:16:09MXMNZYX0.130904.261807.392711.523614 .065452.196355.327259.458163.589066 图3.2-2 上字型塔头整体变形分布

b) 绝缘猫头型塔头结构

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