一种防风偏铁塔横担及其设计方法

技术领域

本发明涉及输电线路安装设备技术领域，特别是涉及一种防风偏铁塔横担及其设计方法。

背景技术

输电线路担负着输送电能的重要任务，然而在沿海的强风地区或在台风等极端天气的影响下，输电线路很容易发生风偏闪络故障，可能引发风偏跳闸等问题，严重影响输电线路的安全性与稳定性。其中，跳线对塔身的风偏放电为风偏闪络故障中的重要类型，尤其在较大线路转角(即跳线与铁塔电气距离紧张的情况)下。为防止这一类型风偏故障的发生，常采用防风偏铁塔：将普通跳线串更换为防风偏绝缘子(刚性跳线串)，其与横担的连接角钢采用刚性连接，使跳线串无法自由摆动，保证了跳线与铁塔的安全距离。

然而，按照目前传统的铁塔横担构造及跳线串挂点位置，刚性连接会对连接角钢产生相对较大的扭矩，这就要求防风偏绝缘子的连接构件需具有足够的扭转强度、刚度。现有铁塔横担的设计中未考虑扭矩的影响，因此，现有技术中若安装防风偏绝缘子，需要在设计防风偏铁塔横担时留出较大余量以应对未考虑的扭矩，同时扭矩带来的面外受力，对连接角钢的两端节点、周围杆件的安全性也是不利的，最终造成铁塔横担的经济性和安全性均不足的问题。

发明内容

本申请提出一种防风偏铁塔横担及其设计方法，旨在解决现有防风偏铁塔横担的经济性和安全性不足的问题。

为解决上述问题，本申请提出一种防风偏铁塔横担，一端用于连接铁塔主体，另一端凸出于所述铁塔主体外周设置，包括：跳线支架下框、跳线支架上框和多根支撑杆，所述跳线支架下框包括沿第一方向平行设置的两个横杆，以及沿第二方向平行设置的两个竖杆，所述跳线支架上框设置于所述跳线支架下框沿第三方向的上方，且所述跳线支架上框、所述跳线支架下框通过多根所述支撑杆连接；安装杆，设置于两个所述竖杆之间，且所述安装杆沿第一方向的两端分别连接于两个所述横杆，所述安装杆中部设置有防风偏绝缘子挂点；所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向相互垂直。

在一实施例中，两个所述竖杆中部分别设置有所述防风偏绝缘子挂点，且三个所述防风偏绝缘子挂点均沿第二方向间隔设置。

在一实施例中，所述跳线支架上框包括沿第一方向相对设置的两根第一上框杆、沿第二方向相对设置的两根第二上框杆，所述第一上框杆和所述第二上框杆交替连接形成呈矩形的所述跳线支架上框，其中，所述跳线支架上框通过所述支撑杆与所述跳线支架下框连接，且沿所述第一方向，一所述第一上框杆连接的所述支撑杆的长度大于另一所述第一上框杆连接的所述支撑杆的长度，从而使得所述跳线支架上框、所述跳线支架下框和所述支撑杆形成的立面呈现为梯形。

在一实施例中，所述防风偏绝缘子挂点的数量设置为一个或三个。

在一实施例中，所述防风偏绝缘子挂点上能够设置刚性连接件，所述防风偏绝缘子通过所述刚性连接件和所述横担刚性连接。

在一实施例中，所述刚性连接件为螺栓。

在一实施例中，所述防风偏铁塔横担还包括斜撑杆，所述斜撑杆的两端用于连接两根所述横杆、横杆和所述第一上框杆、两根所述第一上框杆、竖杆和所述第二上框杆。

本申请还提出了一种防风偏铁塔横担的设计方法，用于设计上文所述的防风偏铁塔横担，包括如下步骤：

S1，安装杆设计，安装杆的应力计算公式如下：

其中N为安装杆轴力，A

S2，其余杆设计，施加安装杆轴力N、安装杆弯矩M引起的轴力至安装杆的端部，根据计算结果设计防风偏铁塔横担的其余杆件。

实施本申请的实施例，具有以下技术效果：在两个竖杆之间设置安装杆，且所述安装杆沿第一方向的两端分别连接两所述横杆，所述安装杆中部设置有防风偏绝缘子挂点，从而改变防风偏绝缘子的挂设位置，在原有的挂设位置，安装有防风偏绝缘子的杆件受到扭矩，在本发明的安装杆这一位置，防风偏绝缘子对安装杆施加一弯矩，从而充分利用杆件相对较好的抗弯强度，最终连接角钢、周围杆件的尺寸可大大减小，节点的受力安全性增加。如此，本申请解决了现有的防风偏铁塔横担的经济性和安全性不足的问题。

附图说明

图1是现有技术中防风偏铁塔横担的结构示意图；

图2是本发明防风偏铁塔横担一实施例的结构示意图；

图3是本发明防风偏铁塔横担的另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，应当理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1、图2，本申请提出一种防风偏铁塔横担100，所述防风偏铁塔横担100一端用于连接所述铁塔主体，另一端凸出于所述铁塔主体外周设置，所述横担包括跳线支架下框10、跳线支架上框20和多根支撑杆，所述跳线支架下框10包括沿第一方向平行设置的两个横杆11，以及沿第二方向平行设置的两个竖杆12，所述跳线支架上框20设置于所述跳线支架下框10沿第三方向的上方，且所述跳线支架下框10和所述跳线支架上框20共同通过多根所述支撑杆连接；安装杆30设置于两个所述竖杆12之间，且所述安装杆30沿第一方向的两端分别连接两所述横杆11，所述安装杆30中部设置有防风偏绝缘子挂点；所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向相互垂直。

按照目前传统的铁塔横担100构造及防风偏绝缘子挂点200位置(即防风偏绝缘子连接在横杆11处)，刚性连接会对横杆11产生相对较大的扭矩，使其扭转强度往往很难满足要求，故无法使截面强度得到充分利用，同时横杆11的面外受力对其两端的连接节点、周围杆件亦是不利的，最终造成防风偏铁塔横担100的经济性不足、节点的安全性也不足的问题。

本发明提供了一种特殊横担100构造方式，具有沿第一方向设置的安装杆30，而防风偏绝缘子设置于所述安装杆30。在该构造方式下，刚性连接只会对连接角钢产生面内弯矩，故可充分利用角钢相对较好的抗弯强度，同时其面内受力不会对两端的连接节点、周围杆件产生过大影响，因此可同时解决上述的经济性与安全性问题。

本申请还提出一种防风偏铁塔横担的设计方法，用于设计上文所述的防风偏铁塔横担，包括如下步骤：

S1，安装杆30设计，其中，安装杆30的应力计算公式如下：

其中N为安装杆30轴力，A

S2，其余杆设计，施加安装杆轴力N安装杆弯矩M引起的轴力至安装杆的端部，根据计算结果设计防风偏铁塔横担的其余杆件。

对于传统构造，称安装有防风偏绝缘子的杆件为连接角钢，连接角钢受扭矩T、轴力N的叠加影响。然而现有软件不计算扭矩T的影响，仅考虑轴力N，即如下式：

其中N为杆件轴力，A

对于本申请所提出的特殊横担100构造：称安装有防风偏绝缘子的杆件为连接角钢，连接角钢受弯矩M、轴力N的叠加影响。软件可直接计算二者效应叠加对连接角钢的真实影响。

其中M为杆件所受的最大弯矩，W

对于本申请所提出的防风偏铁塔横担，杆件受力计算过程中，软件计算与实际受力对应，无需人为加大杆件尺寸。本申请所提出的防风偏铁塔横担，将传递至连接角钢上的扭矩转变为弯矩，可充分利用角钢相对较好的抗弯强度，同时其面内弯矩将转换为两端节点处的剪力、周围杆件的轴力，不会对二者产生过大影响，最终连接角钢、周围杆件的尺寸可大大减小，节点的受力安全性大大增加。

请参阅图2、图3，在一实施例中，两个所述竖杆12中部均分别设置有所述防风偏绝缘子挂点200，且三个所述防风偏绝缘子挂点200均沿第二方向间隔设置。同时，安装杆30的设置，使得防风偏绝缘子挂点200位于安装杆30，或者位于安装杆30两侧的竖杆12上，且竖杆12与安装杆30平行。称挂有防风偏绝缘子的安装杆30为连接角钢，连接角钢形如简支梁的受力状态，仅传递沿第三方向的力至两端节点，进而转化为周围杆件的轴力，不会引入额外内力，充分契合了桁架的受力模式。

请参阅图2、图3，在一实施例中，所述跳线支架上框20包括沿第一方向相对设置的两根第一上框杆21、沿第二方向相对设置的两根第二上框杆22，所述第一上框杆和所述第二上框杆交替连接形成呈矩形的所述跳线支架上框20，其中，两根所述第一上框杆21分别通过所述支撑杆60与所述跳线支架下框10连接，且沿所述第一方向，一所述第一上框杆21连接的所述支撑杆的长度大于另一所述第一上框杆21连接的所述支撑杆60的长度。

进一步的，横担100沿第一方向的两侧呈形状相同的梯形设置。梯形结构使得位于连接角钢两端，横杆与第一上框杆之间的斜撑杆形成的力臂最大，使其传递弯矩的能力最大。因此结构在受力时能够更好地传递载荷，具有更高的稳定性。

在一实施例中，所述防风偏绝缘子挂点200的数量为一个或者三个。为配合电气专业需求，当电气仅要求单挂点时，设置一个挂点。当电气要求也需双挂点时，设置三个挂点：同时适用于单挂和双挂情况。

在一实施例中，所述防风偏绝缘子挂点200上设置有刚性连接件，所述防风偏绝缘子通过所述刚性连接件和所述防风偏铁塔横担刚性连接。输电线路担负着输送电能的重要任务，在能源分配战略中起着至关重要的作用。在沿海的强风地区或在台风等极端天气的影响下，输电线路很容易发生风偏闪络故障，可能引发风偏跳闸等问题，严重影响输电线路的安全性与稳定性。其中，跳线对塔身的风偏放电为风偏闪络故障中的重要类型，尤其在较大线路转角(即跳线与铁塔电气距离紧张的情况)下。为防止这一类型风偏故障的发生，常采用防风偏铁塔横担：将普通跳线串更换为防风偏绝缘子(刚性跳线串)，其与横担100的连接角钢采用刚性连接，使跳线串无法自由摆动，保证了跳线与铁塔的安全距离。

在一实施例中，所述刚性连接件为螺栓。采用螺栓连接作为刚性连接的方式在防风偏铁塔横担的建造中具有降低成本和连接牢固的优点，是一种高效、可靠的连接方式。螺栓连接所需的材料和部件相对较少，而且螺栓连接可以减少焊接工作量，与此同时，螺栓连接的安装过程相对简单，易于操作，可以保证连接的质量和牢固性。

请参阅图3，在一实施例中，所述防风偏铁塔横担还包括斜撑杆50，所述斜撑杆50的两端用于连接两根所述横杆11、横杆11和所述第一上框杆21、两根所述第一上框杆21、竖杆12和所述第二上框杆22。横杆之间的斜撑杆用于传递连接角钢的轴力；连接角钢两端，横杆与第一上框杆之间的斜撑杆用于传递连接角钢的弯矩。其余斜撑杆用于防止结构变为可变机构并增大结构的冗余度，使结构具有更好的刚度和承载能力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。