彭軍

（貴州送變電工程公司 貴州省貴陽市 550002）

淺議輸電線路鐵塔基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)

彭軍

（貴州送變電工程公司 貴州省貴陽市 550002）

本文首先對輸電線路鐵塔地震災(zāi)害產(chǎn)生的原因進(jìn)行了總結(jié)，然后從鐵塔基礎(chǔ)抗震設(shè)計(jì)的驗(yàn)算范圍，計(jì)算方法等方面對其設(shè)計(jì)方法展開了具體分析。

輸電線路；鐵塔基礎(chǔ)；抗震設(shè)計(jì)

我國分布著世界兩大地震帶——環(huán)太平洋地震帶和喜瑪拉雅—地中海地震帶，地震災(zāi)害頻發(fā)，會(huì)給電力設(shè)施帶來不同程度的破壞，嚴(yán)重影響正常供電，給電力事業(yè)的發(fā)展造成了不利影響。因此，在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的時(shí)代背景下，國家對基礎(chǔ)設(shè)施抗震能力的要求不斷提高，輸電線路鐵塔作為電力設(shè)施的重要組成部分，選擇科學(xué)的抗震設(shè)計(jì)方法，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)抗震能力，對于促進(jìn)電力事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 輸電線路鐵塔地震災(zāi)害的產(chǎn)生原因

1.1 地震強(qiáng)度過大

如果地震的強(qiáng)度超過了輸電線路鐵塔的抗震強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致地震災(zāi)害。對于處于地震斷裂帶周圍的輸電線路鐵塔而言，一旦出現(xiàn)強(qiáng)度較大的地震，超過了設(shè)計(jì)的承受能力，就會(huì)因?yàn)榛潞蛿鄬渝e(cuò)動(dòng)等因素，導(dǎo)致鐵塔基礎(chǔ)遭到嚴(yán)重破壞。以2008年汶川8.0級大地震為例，斷層地表使很多輸電線路的鐵塔基礎(chǔ)發(fā)生了嚴(yán)重破壞。

通常，公共基礎(chǔ)設(shè)施的抗震強(qiáng)度是根據(jù)國家目前的科技水平以及經(jīng)濟(jì)能力決定的。隨著人們對地震研究的不斷深入，抗震強(qiáng)度也會(huì)作出相應(yīng)調(diào)整。綜合考慮多方面因素，對抗震水平進(jìn)行規(guī)定，設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)不宜過高。在輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)階段，應(yīng)遠(yuǎn)離斷裂帶。

1.2 場地因素

導(dǎo)致輸電線路鐵塔基礎(chǔ)破壞的另一個(gè)重要原因，是地震產(chǎn)生的一系列次生災(zāi)害，例如山體滑坡、裂縫啊、垮塌、山體移位等。這些次生災(zāi)害會(huì)對輸電線路的路徑和鐵塔場地產(chǎn)生決定的影響。有相關(guān)的研究顯示，如果輸電線路鐵塔位于抗震的優(yōu)勢地段，即使遭受較強(qiáng)的地震，也不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。

1.3 地基液化

除了上述原因之外，沒有對地基的液化進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，或者是沒有及時(shí)采取有效的措施對已經(jīng)液化的地基進(jìn)行處理，也是導(dǎo)致輸電線路鐵塔基礎(chǔ)失效的重要影響因素，以致發(fā)生桿塔傾斜和坍塌等事故。

2 輸電線路鐵塔基地的抗震設(shè)計(jì)

2.1 驗(yàn)算抗震設(shè)計(jì)的具體范圍

（1）混凝土結(jié)構(gòu)桿塔。目前，我國的輸電線路桿塔的混凝土結(jié)構(gòu)主要有兩種類型，即預(yù)應(yīng)力混凝土電桿和混凝土高塔。很多設(shè)計(jì)者側(cè)重于對后者的抗震設(shè)計(jì)，但是卻忽略了前者，幾乎未采取任何抗震措施?；炷两Y(jié)構(gòu)的抗震能力較低，在地震中遭遇的破壞普遍。通過分析其結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，在抗震強(qiáng)度≥Ⅷ度的地區(qū)，可以采取控制地震荷載組合結(jié)構(gòu)的方式，來對預(yù)應(yīng)力混凝土電感進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。近幾年來，這種結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于北方地區(qū)≤220kV以及其他地區(qū)≤35kV的輸電線路?；谌珘勖芷诔杀纠碚?，混凝土電桿破壞后，恢復(fù)所需的費(fèi)用較低，但是在重要線路中，會(huì)造成較大的斷電損失和社會(huì)影響。所以，對抗震強(qiáng)度≥Ⅷ度地區(qū)中比較重要的輸電線路和鐵塔基礎(chǔ)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行抗震驗(yàn)算。

（2）自力式鐵塔。輸電線路鐵塔的抗震性較高。通過分析不同地震強(qiáng)度下鐵塔的反應(yīng)可知，防震強(qiáng)度為Ⅶ度的任何場地，以及強(qiáng)度為Ⅷ度的Ⅰ～Ⅲ類場地，鐵塔在地震作用下產(chǎn)生的效應(yīng)通常低于風(fēng)荷載的作用效應(yīng)；而對于防震強(qiáng)度為Ⅷ度的Ⅳ類場地和強(qiáng)度為Ⅸ度的所有場地，鐵塔中大部分結(jié)構(gòu)的地震作用效應(yīng)也會(huì)低于風(fēng)荷載效應(yīng)，但是鐵塔的腿部、身部傾斜等負(fù)責(zé)承擔(dān)抗扭轉(zhuǎn)作用的主要構(gòu)件，地震產(chǎn)生的效應(yīng)則會(huì)高于風(fēng)荷載效應(yīng)。鐵塔結(jié)構(gòu)對地震的反應(yīng)較大，通過分析其動(dòng)態(tài)特性發(fā)現(xiàn)，以扭轉(zhuǎn)為主的陣型的早期塔型，其抗扭結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)會(huì)大于晚期塔型。

2.2 抗震的計(jì)算方法

（1）靜力理論計(jì)算。基于這種理論的抗震計(jì)算會(huì)將建筑物的通力特點(diǎn)產(chǎn)生的影響排除在外，對其絕對剛性進(jìn)行假設(shè)，地震發(fā)生時(shí)，建筑物和地面的運(yùn)動(dòng)完全相同，構(gòu)建物加加速與地面運(yùn)動(dòng)加速度的最大值一致，那么構(gòu)建物承受的最大地震荷載計(jì)算公式為：N=m·v。其中m表示構(gòu)建物的質(zhì)量，而v則表示地面最大加速度。這種計(jì)算方法的最大特點(diǎn)就是簡便，而且根據(jù)這一理論設(shè)計(jì)的大多數(shù)建筑物都具有較好的抗震性能，經(jīng)受住了地震的考驗(yàn)，所以在極個(gè)別國家中的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中仍然使用。但是這種計(jì)算方法具有較大的局限性，就是完全忽略了結(jié)構(gòu)本身動(dòng)力特點(diǎn)對抗震荷載力的影響，是一種理想化的計(jì)算方法，適用范圍有限，只有結(jié)構(gòu)的固有周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于地面運(yùn)動(dòng)的周期性時(shí)，其結(jié)構(gòu)才不會(huì)在地震中發(fā)生形變。從這一點(diǎn)來看，靜力理論計(jì)算方法大多用較矮和剛性較大的建筑物中。

（2）反應(yīng)譜法計(jì)算。這種計(jì)算方法又可以叫做動(dòng)力法，其主要理論時(shí)，將單質(zhì)點(diǎn)體系在世紀(jì)地震作用下產(chǎn)生的反應(yīng)作為依據(jù)，對結(jié)構(gòu)的反應(yīng)進(jìn)行分析。這種方法對地震過程中的地面運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和建筑物自身的動(dòng)力特性，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的抗震設(shè)計(jì)方法。

（3）時(shí)程分析法計(jì)算。雖然反應(yīng)譜法在抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用比較普遍，但是在對多質(zhì)點(diǎn)體系進(jìn)行分析時(shí)，反應(yīng)譜只能計(jì)算出各個(gè)結(jié)構(gòu)振型反應(yīng)的最大值，卻無法計(jì)算出最大值和振型組合相關(guān)的重要數(shù)據(jù)，所以無法為不同振型最大值的優(yōu)化組合提供可靠依據(jù)。隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的普及，我們可以將實(shí)際地震產(chǎn)生的加速度時(shí)程記錄下來，然后輸入到結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，這種直接對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的方法就被稱之為直接動(dòng)力法，也就是時(shí)程分析法。該計(jì)算方法的最大特點(diǎn)就是能夠直接獲取地震過程中結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)不同時(shí)刻的位移、速度和加速度，計(jì)算出其對應(yīng)的地震內(nèi)力。

3 結(jié)束語

綜合上述分析可知，地震強(qiáng)度過大、場地因素和地基液化是導(dǎo)致輸電線路鐵塔地震災(zāi)害發(fā)生的主要原因，為了提高其抗震性能，可以結(jié)合實(shí)際情況，綜合采用靜力理論、反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法。

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TM753

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1004-7344（2016）32-0138-01

2016-10-18

彭軍（1984-），男，漢族，工程師，大學(xué)本科，主要從事輸變電工程勘察設(shè)計(jì)工作。