桿塔

桿塔（Pole and Tower）是支承架空輸電線路導線和架空地線並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築物。世界各國線路桿塔採用鋼結構、木結構和鋼筋混凝土結構。通常對木和鋼筋混凝土的桿形結構稱為桿，塔形的鋼結構和鋼筋混凝土煙囪形結構稱為塔。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，不用木杆，而在應用離心原理製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備之一，按所用材質可分為木杆、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應力型鋼筋混泥土桿。

按結構材料可分為木結構、鋼結構、鋁合金結構和鋼筋混凝土結構桿塔幾種。木結構桿塔因強度低、壽命短、維護不便，並且受木材資源限制，在中國已經被淘汰。鋼結構有桁架與鋼管之分。格子形桁架桿塔應用最多，是超高壓以上線路的主要結構。鋁合金結構桿塔因造價過高，只用於運輸特別困難的山區。鋼筋混凝土電桿均採用離心機澆注，蒸汽養護。它的生產周期短，使用壽命長，維護簡單，又能節約大量鋼材。採用部分預應力技術的混凝土電桿還能防止電桿裂紋，質量可靠。中國使用最多，佔世界首位。

按結構形式可分為自立塔和拉線塔兩類。自立塔是靠自身的基礎來穩固的桿塔。拉線塔是在塔頭或塔身上安裝對稱拉線以穩固支撐桿塔，桿塔本身只承擔垂直壓力。這種桿塔節約鋼材近40%，但是拉線分佈多佔地，對農林業的機耕不利，使用範圍受到限制。由於拉線塔機械性能良好，能抗風暴襲擊和線路斷線的衝擊，結構穩定，因而電壓越高的線路應用拉線塔越多。加拿大魁北克在735千伏線路上又新創出一種懸鏈塔，經濟效益很好。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。按同一桿塔所架設的輸電線路的迴路數，還可分為單回、雙回和多迴路桿塔。承力塔是輸電線路上最重要的結構環節。它分段設立，將導線的耐張絕緣子串錨掛在塔上，承擔兩側導線、地線的掛線張力和事故時的不平衡拉力。這種桿塔便於分段施工，可制約運行中發生事故的範圍。承力塔又可分為耐張塔、轉角塔和終端塔。直線塔是線路上用得最多的結構。它只承擔導線、地線的懸掛作用以及氣象荷載。直線塔的技術設計數據是決定全線路桿塔經濟指標的關鍵。換位塔是實現導線換位，以使輸電線路參數平衡的桿塔。中國以60～80公里為一個整循環換位段(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（如設計複雜、基礎施工費用大、工期長等），通常設計雙迴路跨越線路。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採用鋼筋混凝土煙囪式塔型（武漢跨長江和漢江的跨越塔），耗鋼指標低，運行維修方便。以後又採用鋼管塔（南京跨長江，高193.5米）、拉線鋼結構塔（黃埔跨珠江，高190米）。

輸電線路桿塔接地對電力系統的安全穩定運行至關重要。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。由於桿塔接地不良而發生的雷害事故所佔線路故障率的比例相當高，這主要是由於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線路雷害事故調查可以得到證實，即易發生雷擊故障的桿塔，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、地質情況複雜、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。輸電線路桿塔接地電阻偏高的地段，往往是地形複雜、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。因而，研究桿塔接地電阻偏高的原因並採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。

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的地方。因為水平放設施工費用低，不但可以降低工頻接地電阻，還可以有效地降低衝擊接地電阻。

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。

桿塔結構中存在有大量的不確定因素，傳統的滿應力設計方法很難反映設計參數的不確定性因素，由此所得到的結構是不安全或不經濟的。結構的可靠性設計方法，考慮了載荷、結構中的不確定因素，從統計學與可靠性理論出發，對桿塔的可靠性進行分析與設計是桿塔結構設計的一個新方向。

桿塔結構是一種超靜定結構，某一桿件的破壞並不能導致整個結構的破壞，只有當破壞的桿件達到一定數目時，桿塔不能再承受載荷，才算桿塔破壞。美國“輸電鐵塔設計導則(ASCE)”對實驗鐵塔的破壞條件就表明了這一點。傳統的滿應力設計方法無法滿足工程結構的這一特徵。研究桿塔結構極限分析方法，確定桿塔結構的最大承載能力是必要的。

作用在桿塔上的載荷主要有風載、冰雪載荷、地震載荷和導線自重載荷，它們都是隨時間變化的動載荷。對桿塔的動力學特性研究不深，而在設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應力、應變引起的桿塔破壞。研究桿塔結構的動力學特性是新型桿塔結構設計由靜態設計走向動態設計的關鍵步驟。

大型工程結構的極限分析方法、可靠性分析方法和動力學分析方法已成功應用到航天、航空等工程中，取得了顯著的經濟效益。如何將這些新方法應用到桿塔結構強度的分析中是一個值得研究的課題。