桿塔是架空輸電線路中用來支撐輸電線的支撐物。桿塔多由鋼材或鋼筋混凝土制成，是架空輸電線路的主要支撐結(jié)構(gòu)。
簡介
桿塔（Pole and Tower）是支承架空輸電線路導(dǎo)線和架空地線并使它們之間以及與大地之間保持一定距離的桿形或塔形構(gòu)筑物。世界各國線路桿塔采用鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。通常對木荷鋼筋混凝土的桿形結(jié)構(gòu)稱為桿，塔形的鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土煙囪形結(jié)構(gòu)稱為塔。不帶拉線的桿塔稱為自立式桿塔，帶拉線的桿塔稱為拉線桿塔。中國缺少木材資源，不用木桿，而在應(yīng)用離心原理制作的鋼筋混凝土桿以及鋼筋混凝土煙囪形跨越塔方面有較為突出的成就。
桿塔是架空配電線路中的基本設(shè)備之一，按所用材質(zhì)可分為木桿、水泥桿和金屬桿三種。水泥桿具有使用壽命長，維護工作量小等優(yōu)點，使用較為廣泛。水泥桿中使用最多的是撥梢桿，錐度一般均為1/75，分為普通鋼筋混泥土桿和預(yù)應(yīng)力型鋼筋混泥土桿。
分類
按結(jié)構(gòu)材料
按結(jié)構(gòu)材料可分為木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋁合金結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)桿塔幾種。木結(jié)構(gòu)桿塔因強度低、壽命短、維護不便，并且受木材資源限制，在中國已經(jīng)被淘汰。鋼結(jié)構(gòu)有桁架與鋼管之分。格子形桁架桿塔應(yīng)用最多，是超高壓以上線路的主要結(jié)構(gòu)。鋁合金結(jié)構(gòu)桿塔因造價過高，只用于運輸特別困難的山區(qū)。鋼筋混凝土電桿均采用離心機澆注，蒸汽養(yǎng)護。它的生產(chǎn)周期短，使用壽命長，維護簡單，又能節(jié)約大量鋼材。采用部分預(yù)應(yīng)力技術(shù)的混凝土電桿還能防止電桿裂紋，質(zhì)量可靠。中國使用最多，占世界首位。
按結(jié)構(gòu)形式
按結(jié)構(gòu)形式可分為自立塔和拉線塔兩類。自立塔是靠自身的基礎(chǔ)來穩(wěn)固的桿塔。拉線塔是在塔頭或塔身上安裝對稱拉線以穩(wěn)固支撐桿塔，桿塔本身只承擔(dān)垂直壓力。這種桿塔節(jié)約鋼材近40%，但是拉線分布多占地，對農(nóng)林業(yè)的機耕不利，使用范圍受到限制。由于拉線塔機械性能良好，能抗風(fēng)暴襲擊和線路斷線的沖擊，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因而電壓越高的線路應(yīng)用拉線塔越多。加拿大魁北克省在735千伏線路上又新創(chuàng)出一種懸鏈塔，經(jīng)濟效益很好。各國在研究1000千伏以上線路時，多以這種塔型為主要對象。
按使用功能
按使用功能可分為承力塔、直線塔、換位塔和大跨越高塔。按同一桿塔所架設(shè)的輸電線路的回路數(shù)，還可分為單回、雙回和多回路桿塔。承力塔是輸電線路上最重要的結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)。它分段設(shè)立，將導(dǎo)線的耐張絕緣子串錨掛在塔上，承擔(dān)兩側(cè)導(dǎo)線、地線的掛線張力和事故時的不平衡拉力。這種桿塔便于分段施工，可制約運行中發(fā)生事故的范圍。承力塔又可分為耐張塔、轉(zhuǎn)角塔和終端塔。直線塔是線路上用得最多的結(jié)構(gòu)。它只承擔(dān)導(dǎo)線、地線的懸掛作用以及氣象荷載。直線塔的技術(shù)設(shè)計數(shù)據(jù)是決定全線路桿塔經(jīng)濟指標(biāo)的關(guān)鍵。換位塔是實現(xiàn)導(dǎo)線換位，以使輸電線路參數(shù)平衡的桿塔。中國以60～80公里為一個整循環(huán)換位段(有的國家有200公里不換位的線路)。大跨越高塔指跨越通航的江河的大跨度高塔。這樣可以避免在江河中安裝鐵塔所帶來的一系列不便（如設(shè)計復(fù)雜、基礎(chǔ)施工費用大、工期長等），通常設(shè)計雙回路跨越線路。世界上 220千伏、檔距在1000米以上的大跨越約90處，中國有10處。中國在跨越塔中最先采用鋼筋混凝土煙囪式塔型（武漢跨長江和漢江的跨越塔），耗鋼指標(biāo)低，運行維修方便。以后又采用鋼管塔（南京跨長江，高193.5米）、拉線鋼結(jié)構(gòu)塔（黃埔跨珠江，高190米）。
接地
輸電線路桿塔接地對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。降低桿塔接地電阻是提高線路耐雷水平、減少線路雷擊跳閘率的主要措施。由于桿塔接地不良而發(fā)生的雷害事故所占線路故障率的比例相當(dāng)高，這主要是由于雷擊桿頂或避雷線時，雷電流通過桿塔接地裝置入地，因接地電阻偏高，從而產(chǎn)生了較高的反擊電壓所致。這一點從110kV線路到500kV線路雷害事故調(diào)查可以得到證實，即易發(fā)生雷擊故障的桿塔，大都接地電阻偏高。桿塔接地電阻偏高的原因是多方面的，既有設(shè)計方面的原因，又有施工方面的原因，還有運行維護方面的原因。但外界自然條件如土壤電阻率較高、地質(zhì)情況復(fù)雜、施工不便是其主要原因。
輸電線路的雷擊跳閘率與輸電線路桿塔接地電阻密切相關(guān)。輸電線路桿塔接地電阻偏高的地段，往往是地形復(fù)雜、交通不便，土壤電阻率較高的地段。這些地方往往也是雷電活動強烈的地區(qū)。因而，研究桿塔接地電阻偏高的原因并采取有效的降阻措施是擺在我們面前函待解決又非常艱難的任務(wù)。
降低桿塔接地電阻的措施主要有：
①水平外延接地。如桿塔所在的地方有水平放設(shè)的地方。因為水平放設(shè)施工費用低，不但可以降低工頻接地電阻，還可以有效地降低沖擊接地電阻。
②深埋式接地極。如地下較深處的土壤電阻率較低，可用豎井式或深埋式接地極。
分析方法
桿塔結(jié)構(gòu)中存在有大量的不確定因素，傳統(tǒng)的滿應(yīng)力設(shè)計方法很難反映設(shè)計參數(shù)的不確定性因素，由此所得到的結(jié)構(gòu)是不安全或不經(jīng)濟的。結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計方法，考慮了載荷、結(jié)構(gòu)中的不確定因素，從統(tǒng)計學(xué)與可靠性理論出發(fā)，對桿塔的可靠性進(jìn)行分析與設(shè)計是桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個新方向。
桿塔結(jié)構(gòu)是一種超靜定結(jié)構(gòu)，某一桿件的破壞并不能導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的破壞，只有當(dāng)破壞的桿件達(dá)到一定數(shù)目時，桿塔不能再承受載荷，才算桿塔破壞。美國“輸電鐵塔設(shè)計導(dǎo)則(ASCE)”對實驗鐵塔的破壞條件就表明了這一點。傳統(tǒng)的滿應(yīng)力設(shè)計方法無法滿足工程結(jié)構(gòu)的這一特征。研究桿塔結(jié)構(gòu)極限分析方法，確定桿塔結(jié)構(gòu)的最大承載能力是必要的。
作用在桿塔上的載荷主要有風(fēng)載、冰雪載荷、地震載荷和導(dǎo)線自重載荷，它們都是隨時間變化的動載荷。對桿塔的動力學(xué)特性研究不深，而在設(shè)計過程中盲目地選取過大動載荷影響因子，不僅增加了桿塔的重量，而且也不能避免由動態(tài)應(yīng)力、應(yīng)變引起的桿塔破壞。研究桿塔結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性是新型桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計由靜態(tài)設(shè)計走向動態(tài)設(shè)計的關(guān)鍵步驟。
大型工程結(jié)構(gòu)的極限分析方法、可靠性分析方法和動力學(xué)分析方法已成功應(yīng)用到航天、航空等工程中，取得了顯著的經(jīng)濟效益。如何將這些新方法應(yīng)用到桿塔結(jié)構(gòu)強度的分析中是一個值得研究的課題。
參考資料 >
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