철탑의 하중

1. 상정하중의 종류

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가. 계절별 분류

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  ▣ 가섭선의 이도, 장력 등을 계산하는데 사용하는 기온은 특수한 지역을 제외하고는 다음의 4종을 표준으로 한다.

    ⊙ 최고기온 : 40 ℃

    ⊙ 최저기온 : -20 ℃

    ⊙ 저온계 평균기온 : -5 ℃

    ⊙ 고온계 평균기온 : 10 ℃

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  ① 고온계 하중 : 4월 ~ 11월에 생기는 하중

    ⊙ 일반적으로 “고온계 강풍 시 기온” 상태의 하중을 취한다.

  ② 저온계 하중 : 12월 ~ 3월에 생기는 하중

    ⊙ 일반적으로 “저온계 평균 기온” 상태의 하중을 취한다.

         단, 다설지구 저온계 평균기온은 0 ℃

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나. 전선 단선 상태별 분류

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  ① 상시 상정하중 : 가섭선의 절단을 고려하지 않은 경우의 하중

  ② 이상 시 상정하중 : 가섭선의 절단을 고려한 경우의 하중

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다. 하중 방향별 분류

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  ① 수직하중

    ⊙ Wt : 철탑중량

    ⊙ Wc : 가섭선 중량, 애자장치 등의 중량, 착빙설 중량(단, 착빙설 중량은 저온계 하중 산출시만 적용)

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  ② 수평 횡하중 : 전선로 직각방향의 수평하중

    ⊙ Ht : 철탑본체 풍압력

    ⊙ Hc : 가섭선 풍압력, 애자장치 등의 풍압력

    ⊙ Hta : 철탑 암 측면의 풍압력

    ⊙ Ha : 수평각 하중(전선로에 수평각도가 있는 경우 가섭선의 상정 최대장력에 의하여 생기는 하중)

    ⊙ Q : 가섭선의 절단으로 생기는 염력(捻力)

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  ③ 수평 종하중

    ⊙ Ht : 철탑본체 풍압력

    ⊙ Hta : 철탑 암 정면의 풍압력

    ⊙ Po : 상시 불평균장력

    ⊙ 인류 및 내장철탑의 전 가섭선에 의한 상시 상정하중 시 고려하는 불평균 장력

    ⊙ P : 이상 시 불평균 장력

    ⊙ Q : 가섭선의 절단으로 생기는 염력

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2. 철탑하중의 계산

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가. 철탑 중량(Wt)

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  - 철탑 자체의 중량(산형강, 원형강관 등의 강재) 및 부속되는 볼트, 너트, 강판 등의 중량

  - 부속자재 중량은 강재 중량의 약 15 ~ 25% 정도 임

  - 착빙, 착설하중은 무시(고온계 하중 = 저온계 하중)

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나. 가섭선 중량(Wc)

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  - 고온계 : Wc = W.S.n +애자련 중량

  - 저온계 : Wc = {W +0.9.π.t (d+t) × 10-3).S.n +애자련 중량

    여기서, W : 가섭선 단위 길이당 중량(kg/m)

                S : 수직 하중 경간(m)

                d : 가섭선의 외경(m)

                t : 피빙 두께(mm)

                n : 1상 도체수

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다. 철탑풍압(Ht)

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  ① 지역별 기준 속도압 및 최대풍속

  ▣ 기준 속도압 및 최대풍속은 지상 10m에서의 값을 표준으로 하고, 지역별 기준치는 다음과 같다

지역구분		기준 속도압 (kg/㎡)	최대풍속(m/s)		돌풍율
			10분 평균	순 간
고온계	Ⅰ지역	117	40.0	54.0	1.35
	Ⅱ 지역	100	36.6	50.0	1.37
	Ⅲ 지역	76	31.7	43.7	1.38
	울 릉 도	150	46.4	62.7	1.35
저온계	다설지역	30	-	26.3	-
	기타지역	38	20.2	29.5	1.46

  [주] 1. 각각의 지역구분은 별표에 의한다.

        2. 순간최대풍속 = 10분 평균 최대풍속 × 돌풍율

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  ② 풍압력의 계산

     ▣ 풍압력은 다음 식에 의하여 계산한다.​

          q = • α• β • K1 • K2 (kg/㎡)

          P =C • q • A (kg)

         여기서, qo : 기준 속도압 (kg/㎡)

                     ρ : 공기밀도 (kg• /)

                    VG10 : 지상고 10m의 순간최대풍속 (m/s)

                    q : 설계용 속도압 (kg/㎡)

                    α : 상공체증계수

                    β : 구조 규모에 의한 저감계수

                    K1 : 구조물의 종류에 의한 계수

                    K2 : 차폐계수

                    P : 풍압력 [kg]

                    C : 풍력계수

                    A : 수풍면적

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  ③ 철탑 풍압 적용방법

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     Ht = 부재 투영면적 × 철탑 표준등가 풍압치

        - 탑체부 : 각 절간마다 계산하고 각 절점에 상하절간 풍압치의 1/2 적용

        - 완금부 : 측면 풍압은 정면 풍압치의 0.2배

 

라. 가섭선 풍압(Hc)

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  - 고온계 : Hc = Ww . D. Sm . n ×

  - 저온계 : Hc = Ww'. 9D +2t) . Sm . n ×

    여기서

                 Ww. : 고온계 단위면적당 풍압치(kg/㎡)

                 Ww' : 저온계 단위면적당 풍압치(kg/㎡)

                  D : 가섭선의 외경

                  Sm : 수평하중경간(m)

  - 가섭선에 적용하는 풍압력을 계산 시 는 다음의 풍압치에 가섭선의 수풍면적을 곱하여 산출함을 표준으로 한다.

기준속도압(kg/㎡) 형상지수	30	38	76	100	117	150
1/8 이하	33	42	83	109	128	164
1/8~1/6이하	35	44	88	115	135	173
1/6 초과	37	46	92	121	142	181

 

  - 가섭선 풍력계수는 다음을 표준으로 한다.

형상지수	풍력계수	비 고
1/8 이하	0.95	형상지수 = 전선 최외층 소선직경/전선직경
1/8~1/6이하	1.00
1/6 초과	1.05

 

마. 수평각도 하중(Ha)

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  ▣ 전선로에 수평각이 있는 경우 가섭선의 장력에 의해서 생기는 수평분력이 수평각 하중임.​

          여기서

                     T : 계절별로 가섭선에 인가되는 최대장력

                     θ : 수평각도

 

 

바. 가섭선의 불평균장력(P)

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  ① 상시 불평균장력(Po)

       - 발생원인

          • 전후 경간의 장력 또는 수평각도가 다를 경우

          • 인류철탑

       - 불평균장력 크기

         • 내장철탑 : Po = 1/3T

         • 인류철탑 : Po = T

 

  ② 이상 시 불평균장력(P)

     - 발생원인 : 가섭선의 절단

     - 불평균장력 크기

       • 현수애자장치 : 0.6 × 수평장력 × 단선조수/상

       • 내장애자장치 : 수평장력 × 단선조수/상

       • AB. CD 2면에서 지지하는 것으로 상정

     - 가섭선 절단조수 상정

      • 상의 총수가 12이하 : 1상(다도체 : 1상 2조)

      • 상의 총수가 12초과 : 회선을 달리하는 2상(다도체 : 1상 2조))

      • 가섭선이 종으로 9상 이상 걸리고 또한 횡으로 2상이 걸리어 있는 경우 : 상부 6상에서 1상 및 기타의 상에서

         1상(다도체 : 1상 2조)

       • 가공지선은 전선과 동시에 절단되지 아니하는 것으로 하고 또한 1조가 절당되는 것으로 하며, 지지점은 이동 또는 활동을

         하지 않는 것으로 한다.

       • 인류철탑은 1상 전조(全條)로 한다.

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사. 염력(Q : Torsion)

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  ① 상시 염력

     ⊙ 가섭선의 배치가 비대칭으로 인류, 또는 좌우 가섭선 장력의 차가 있을 경우

  ② 이상 시 염력

     ⊙ 발생원인 : 가섭선의 절단에 의해 암 끝에서 발생하는 불평균장력으로 철탑의 4면에 비틀어지는 힘이 생김 (복재에서만 발생)

     ⊙ 염력의 크기

 

아. 편심하중(偏心, Eccentrical Load)

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  ▣ 수직하중이 좌우 비대칭으로 가해지는 경우 응력 발생

       - 발생원인 :

        • 편측 가선의 경우

        • 완금이 좌우 비대칭

        • 점퍼장치 등이 편측으로 취부

      - 편심응력 해석

 

 

자. 사풍

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  - 직선 및 각도형 철탑에 대해서는 주주재 응력이 최대가 되는 60° 방향(사풍)의 풍압에 대한 하중을 반영함

  - 주주재에 대해서만 고려

  - 사풍시의 풍압하중

하중의 종류		풍압하중
탑 체	산형강	90° 방향 시의 1.6Ht
	강 관	90° 방향 시의 1.4Ht
완 금		0° 방향 시의 0.5Hta
가섭선		90° 방향 시의 0.75Hc

 

 

                                   [그림 : 풍향각]

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3. 응력의 조합

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  ▣ 철탑형별 응력의 조합표 참조

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    가. 직선 및 각도철탑 부재응력 조합표

    나. 인류철탑 부재응력 조합표

    다. 내장철탑 부재응력 조합표