特高壓角鋼塔鍛造法蘭優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

侯森　仇學(xué)仕

摘要：近年來(lái)，我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，且為促進(jìn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)做出了較大貢獻(xiàn)，隨著輸電規(guī)模的不斷擴(kuò)大，桿塔所承受的荷載與塔中也不斷增加，與傳統(tǒng)的鋼管塔相比，特高壓角鋼塔在承擔(dān)線(xiàn)路荷載方面具有突出的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。本文以特高壓角鋼塔鍛造法蘭的優(yōu)化設(shè)計(jì)作為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)鍛造法蘭的角鋼選才進(jìn)行分析，在結(jié)合強(qiáng)度差級(jí)鍛造法蘭應(yīng)用原則的基礎(chǔ)上，對(duì)特高壓角鋼塔鍛造法蘭的優(yōu)化設(shè)計(jì)展開(kāi)了深入研究。

關(guān)鍵詞：特高壓角鋼塔；鍛造法蘭；強(qiáng)度級(jí)差

前言

角鋼塔在電力工程，特別是高壓電力工程中的應(yīng)用對(duì)其自身技術(shù)的可靠性與經(jīng)濟(jì)性提出了較高的要求。如何利用角鋼塔降低鍛造法蘭的比重已成為電力運(yùn)輸和電力工程建設(shè)中亟需解決的問(wèn)題。本文結(jié)合鍛造法蘭對(duì)鋼管進(jìn)行選才，通過(guò)闡述鍛造法蘭在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并結(jié)合鍛造法蘭的強(qiáng)度級(jí)差，進(jìn)而對(duì)鍛造法蘭的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法做出了詳細(xì)探討。

1.基于鍛造法蘭的角鋼選材

就現(xiàn)階段而言，鋼管構(gòu)件，特別是角鋼中鍛造法蘭占據(jù)的比重較大，因此，在進(jìn)行角鋼塔的設(shè)計(jì)選才時(shí)，應(yīng)將法蘭重量對(duì)角鋼塔的影響予以充分考慮，進(jìn)而使整個(gè)構(gòu)件達(dá)到最優(yōu)化。在充分考慮到鍛造法蘭對(duì)構(gòu)件的影響后，還需對(duì)構(gòu)成角鋼塔的鋼管本身進(jìn)行考慮。但由于構(gòu)件鍛造法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸是由鋼管的直徑直接決定的，因此，鋼管直徑的減小會(huì)使得鍛造法蘭的重量也隨之減小，并使得叫鋼管的自身重量降低。借助SSZT2試驗(yàn)塔對(duì)角鋼塔的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析可知，在利用鍛造法蘭進(jìn)行選才時(shí)，對(duì)角鋼塔規(guī)格的影響較大。

2.強(qiáng)度差級(jí)鍛造法蘭

2.1鍛造法蘭在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

由于鍛造法蘭的使用條件具有多樣性，加之鋼管壁厚具有較強(qiáng)的離散型，使得鍛造法蘭在應(yīng)用過(guò)程中易出現(xiàn)下列問(wèn)題：（1）鋼管壁厚存在較大差異。對(duì)鋼管規(guī)格庫(kù)進(jìn)行分析可知，對(duì)于直徑較大的鋼管，其一般具有四種或四種以上的壁厚，據(jù)國(guó)家電力部門(mén)統(tǒng)計(jì)，最小壁厚與最大壁厚鋼管，其對(duì)于荷載的承載力可相差41%，若全部利用最大厚度的鋼管進(jìn)行鍛造法蘭的設(shè)計(jì)，則會(huì)使得鋼管壁厚度處于較小值時(shí)，鍛造法蘭的裕度過(guò)大。（2）當(dāng)前鍛造法蘭自身抗拉承載力的利用效率仍然不高。由于桿塔塔身是以軸壓穩(wěn)定對(duì)其進(jìn)行控制的，而法蘭的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求在建設(shè)過(guò)程中鋼管需要與法蘭焊接到一起，進(jìn)而使二者作為一個(gè)整體共同承受相應(yīng)荷載，但在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，鋼管與法蘭的設(shè)計(jì)方法具有較大差異，這使得二者的承載力無(wú)法達(dá)到“共鳴”，降低了法蘭抗拉承載力利用效率的同時(shí)，也不利于角鋼塔架設(shè)工作的有序進(jìn)行。

2.2鍛造法蘭的強(qiáng)度級(jí)差的應(yīng)用原則

利用鍛造法蘭強(qiáng)度級(jí)差可以有效提高法蘭抗拉承載力的利用效率，并在有效減少鍛造法蘭在角鋼塔中所占比重的同時(shí)，減少了特高壓角鋼塔應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)成本。將等管徑法蘭分為三個(gè)級(jí)差，分別為100%、85%和70%，對(duì)于管徑不等的鍛造法蘭應(yīng)設(shè)置兩個(gè)級(jí)差，分別為100%和85%。此外，配對(duì)所用的大管徑法蘭級(jí)差也為兩個(gè)，分別為100%和85%[1]。

對(duì)于具有相同直徑的角鋼管，其2-3級(jí)規(guī)格的壁厚應(yīng)選取85%的鍛造法蘭，其他壁厚則應(yīng)選用級(jí)差為70%的鍛造法蘭。對(duì)于具有較小直徑的鋼管，考慮到其多用于斜材，且在劃分級(jí)差后所節(jié)約的鍛造法蘭重量相當(dāng)有限，因此，只對(duì)其配置級(jí)差為100%的鍛造法蘭。對(duì)于橫擔(dān)在上平面主材的受拉構(gòu)件，應(yīng)選用級(jí)差為100%的鍛造法蘭，而對(duì)于受l/M（長(zhǎng)細(xì)比）影響嚴(yán)重的角鋼塔構(gòu)建，則以選用級(jí)差為70%的鍛造法蘭最為適宜[2]。

3.鍛造法蘭優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1變坡節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化

設(shè)置加勁法蘭的優(yōu)化的變坡節(jié)點(diǎn)，在角鋼塔中引入加勁法蘭后，具體數(shù)量設(shè)置為8，可以在減輕角鋼塔荷載和自身重量的基礎(chǔ)上，減少16根鍛造法蘭的安裝和設(shè)置，由于單個(gè)加勁法蘭的重量等同于單個(gè)鍛造法蘭的重量，因此，以加勁法蘭代替其雙倍數(shù)量的鍛造法蘭，等效于減少了8個(gè)鍛造法蘭為角鋼塔帶來(lái)的額外負(fù)載。

3.2改變節(jié)點(diǎn)法蘭在節(jié)點(diǎn)附近設(shè)置的常規(guī)辦法

對(duì)角鋼塔鍛造法蘭的主材分段長(zhǎng)度進(jìn)行合理調(diào)整，進(jìn)而減少鍛造法蘭的整體數(shù)量。根據(jù)角鋼塔的具體設(shè)置方式，適當(dāng)取消角鋼塔上層的部分法蘭，并將下層法蘭逐層上移，進(jìn)而使原設(shè)計(jì)的五段主管減少到四段。由于主管的層級(jí)減少，因此，主管的平均長(zhǎng)度應(yīng)適當(dāng)加長(zhǎng)（具體長(zhǎng)度根據(jù)施工情況計(jì)算獲得）[3]。對(duì)常規(guī)法蘭節(jié)點(diǎn)的設(shè)置進(jìn)行分析可知，單根構(gòu)件的重量大都在2t以下，以此為主管平均長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)（增加）依據(jù)，進(jìn)而確定出加長(zhǎng)的尺寸。移動(dòng)鍛造法蘭節(jié)點(diǎn)的位置，使其由主材的K節(jié)點(diǎn)移至到節(jié)間中部，進(jìn)而降低角鋼塔鋼管桿端的彎矩。

3.3取消塔腳位置的鍛造法蘭

將塔腳位置的鍛造法蘭取消，移動(dòng)遮水板使其到達(dá)上段法蘭的連接位置，雖然在塔腳位置設(shè)置鍛造法蘭可以為其上段鍛造法蘭的安裝與加工提供較大便利，但隨著角鋼塔自身加工與安裝水平的不斷提高，使得即便取消其塔腳處的鍛造法蘭也不會(huì)對(duì)整個(gè)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。此外，由于塔腳處的鍛造法蘭是全塔范圍內(nèi)最大的規(guī)格的法蘭，因此，取消該法蘭的設(shè)置，一方面有利于降低塔重，另一方面在減少大規(guī)格鍛造法蘭的加工和安裝的同時(shí)，也有效節(jié)約了角鋼塔的生產(chǎn)成本，提高了其支撐電力運(yùn)行的效率和經(jīng)濟(jì)效益。由此可知，要提高角鋼塔的經(jīng)濟(jì)性，必須對(duì)鍛造法蘭進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而減少其在整個(gè)角鋼塔中所占的比重，并取消不必要的法蘭，以減少其為角鋼塔所帶來(lái)的多余的符合，提高角鋼塔建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)基于鍛造法蘭的角鋼選才進(jìn)行分析，在結(jié)合強(qiáng)度差級(jí)鍛造法蘭設(shè)計(jì)原則和方法的基礎(chǔ)上，從變坡節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化、改變節(jié)點(diǎn)在法蘭在節(jié)點(diǎn)附近的設(shè)置方法以及取消塔腳位置鍛造法蘭等方面對(duì)特高壓角鋼塔鍛造法蘭的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法做出了具體研究?？梢?jiàn)，未來(lái)加強(qiáng)對(duì)鍛造法蘭優(yōu)化方法的研究與應(yīng)用力度，對(duì)于節(jié)約電力成本、提高輸電效率，并促進(jìn)我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展具有重要的歷史作用和現(xiàn)實(shí)意。

參考文獻(xiàn)：

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[3]姚云龍，張佚倫，任高杰.地面角鋼塔及樓頂角鋼塔的基本自振周期研究[J].鋼結(jié)構(gòu)，2014，02（21）：44-47.