1. 引言
铁塔作为输电线路的重要装置性材料，投资大，维护困难。在超高压输电线路中，杆塔选型以四边形铁塔、拉线塔和钢电杆为主，对三角形断面的输电铁塔研究、应用极少。三角形断面输电铁塔是一种以三角形为断面、充分利用“铁三角”特性的一种新型塔型，较之传统的四边形铁塔，具有占地少、构造简单、风压少、施工便捷、造价低等优点。
抚州－临川π入城南变220 kV线路工程采用了三角形断面铁塔，属国内输电线路工程的首次应用。本文结合工程建设实践，对三角形断面输电铁塔的设计、施工应用进行了介绍、分析与总结。
2. 研究方法与技术路线
作为一种新型塔型的设计应用，采用力学理论分析杆件的强度、稳定、整体抗弯、抗扭等受力特性，利用铁塔计算软件优化设计，通过三角塔真型试验，验证设计及优化的可靠性。在保证三角形铁塔满足强度、刚度、稳定性和动力特性前提下，实现塔重最轻。
3. 主要研究内容
3.1. 三角形断面钢管塔的结构理论分析
构建三边形和四边形铁塔的基本单元格(见图1)，并对基本单元格进行理论分析，可得出以下结论：
Figure 1. Basic cells of triangular, quadrilateral tower
图1. 三、四边形铁塔的基本单元格
1、在扭矩作用下，仅斜材承受轴力，三角塔斜材的轴力是四边形塔的2.309倍；
2、在弯矩作用下，仅主材承受轴力，三角塔主材的轴力是四边形塔的2倍 [1] [2] ；
3、铁塔整体横截面的惯性矩与中心轴的方向无关，这使铁塔整体抗失稳和整体刚度的分析大为简化；增加截面惯性矩的有效办法是增大铁塔的根开，因为截面惯性矩与铁塔的根开成平方关系；
通过对以上内容的分析，在用材相同时三、四边形铁塔的优缺点比较见下表1。
Table 1. Comparison of advantages and disadvantages about triangular, quadrilateral tower
表1. 三、四边形塔的优缺点比较
通过比较发现，三角塔结构主要缺点在于主材、斜材受力较大，可通过加大塔材规格、增加铁塔构件来解决。
3.2. 三角形断面钢管塔的设计研究
3.2.1. 确定主材的截面型式
三角形断面铁塔的主材不宜采用常规的90˚角钢，可采用60˚角钢、钢管或两根角钢通过焊接使其夹角为60˚的“W”型组合角钢(图2) [3] 。
Figure 2. Layout form of main section
图2. 主材截面布置形式
钢管是目前输电线路中常用的截面型式，其加工、采购均较为便利，但钢管价格高于角钢型材；目前60˚角钢存在生产厂家少、材料规格品种不全的问题；“W”型组合角钢需保证焊接夹角为60˚，对焊接质量及精度要求都较高，并且没有任何经济性。
综合以上因素，推荐采用主材为钢管、斜材为角钢的组合结构。
3.2.2. 三角形断面的形状和取向
通过比较分析，对直线塔，采用断面布置型式②比布置型式①轻约2%~4%，而对双回路转角塔，采用布置型式②，使转角内侧两根主材受压，一根主材受拉，能充分发挥材料的受力特性。为使研究样本更多，在塔重不增重过多的前提下，最终在设计双回路直线塔时采用图3中的断面布置型式①，在设计双回路转角塔时采用图3中的断面布置型式②。
3.2.3. 横担和塔身的连接方式
三角形断面输电铁塔横担与塔身的连接是一个难点，通过三角形水平外延方形断面，解决了铁塔左右横担对称连接的难题，其中直线塔采用三角形断面顺线路对称布置，转角塔三角形断面呈横线路、邻边朝向受力转角内侧布置，如图4和图5所示方案。
Figure 4. Connection with tangent tower cross arm and body
图4. 直线塔横担和塔身的连接
Figure 5. Connection with angle tower cross arm and body
图5. 转角塔横担和塔身的连接
4. 工程应用
抚州至临川π入城南变220 kV线路工程中设计使用了两基三角形断面直线塔，即抚州侧20#、22#。
1、基础正三角型布置、顺线路120˚夹角等长腿分坑放样(见图6)；采用全掏挖式基础ZTW063H，单基混凝土方量24.71 m3，节省混凝土3.4 m3，1个工作日现场浇筑成型。
2、铁塔施工采用地面组装、30t吊车高空分解吊装(见图7)，塔型均为SZ11S-27m，单基重量10.46t，减少铁塔重量0.7 t，有效施工时间9.5 h；由于铁塔构造简单、构件数量少，组塔工期缩短30%以上。
3、架线施工采用同塔双回路单侧架线，双分裂导线低张力放线、耐张段紧挂线；由于三角形断面非均衡对称，应避免直线三角塔作为锚线塔，故线路临锚、过轮临锚应错开设置。
Figure 6. Basic plane of triangular tower
图6. 三角塔基础平面
Figure 7. Triangular tower installation
图7. 三角塔吊装施工
4、该线路工程部分路径沿抚州市金巢开发区规划路人行道走线，三角形铁塔基础单面根开6.28 m，塔基占地面积17.1 m2，相对于常规适用于四边形铁塔，单基铁塔减少了占地26 m2，较好地适应了线路通道狭窄的工况条件。
5、运行验收意见：通过铁塔定期检测，此2基三角形铁塔无节点弯曲、无结构倾斜，架线后横担无下沉，运行期间整体结构强度良好、无异常；塔材构件较少、塔基与通道面积更小，易于运行维护(图8)。
5. 技术经济效益分析
以抚州–临川π入城南变220 kV线路工程为例，设计条件为导线2xLGJ300/40，地线JLB20A/150，风速27/s，覆冰10mm为例，220千伏 SZ11S和SJ21S三角塔与相对常规适用的四边塔主要技术性能指标如下表2：
Table 2. Main technical performance indicators
表2. 主要技术性能指标表
1、较于四边形塔，三角塔占地面积减少56.7%，可节省塔基征地费用并有较大的环保和社会效益；
2、三角塔相较于四边形塔，在主斜材同样截面型式、材质相同的前提下，随着呼高的增加、允许转角范围的增加、导地线外荷载的增加，塔重优势愈来愈明显；
3、对普通220 kV双回路塔来说，在同样的设计使用条件下，三角塔较四边形塔塔重可轻5%~9%左右；
4、对普通220 kV双回路线路工程，采用三角塔，其基础工程费用较四边塔可减少4%~9%左右；
5、对普通220 kV双回线路工程，三角塔的综合造价比四边形塔低3%~5%，有一定的经济效益和较大的社会效益(塔基征地范围减少50%以上)；
6、受某些外部条件限制(如限制塔基走廊宽度)，必须采用窄基钢管塔时，采用三角形断面钢管塔较四边形钢管塔塔重可轻10%~12%，基础工程费用可减少10%-15%，塔基征地范围可减少35%以上，有较好的经济、社会效益。
作为一种新型铁塔型式，三角形断面钢管塔因其三角形断面形状，具有约束应力小、自重轻、造价低、施工组立快等优特点，尤其在线路廊道狭窄地段其占地面积小的优点更加突出，经济优势和社会效益明显。