特高壓線路工程大規(guī)格角鋼應(yīng)用研究

李成鋮+符建兵

摘要：根據(jù)對(duì)國(guó)家電網(wǎng)公司在建的1000kV錫盟-南京特高壓交流工程自立式角鋼塔主材的計(jì)算分析，從截面參數(shù)、臨界計(jì)算長(zhǎng)度和承載力三個(gè)方面對(duì)比普通角鋼與大規(guī)格角鋼的受力性能，推薦工程中外荷載較大的鐵塔推薦采用大截面雙組合角鋼來(lái)替代普通四組合角鋼。

關(guān)鍵詞：輸電線路，特高壓，角鋼塔，大規(guī)格角鋼

0 引言

為有效緩解國(guó)家電力供應(yīng)緊張現(xiàn)狀，減輕煤炭運(yùn)輸壓力，實(shí)現(xiàn)能源效益最大化及環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，根據(jù)我國(guó)能源資源稟賦和"西電東送、北電南供"的電力流向，國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)劃在2020年形成東北、西北、西南三送端和"三華"（華北、華中、華東）一受端的四個(gè)同步電網(wǎng)格局，建成19回特高壓直流，形成"強(qiáng)交強(qiáng)直"電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

隨著我國(guó)內(nèi)蒙古錫盟煤電基地開(kāi)發(fā)的逐步深入，為滿足電源送出和負(fù)荷需求，國(guó)家電網(wǎng)公司正在建設(shè)1000kV錫盟-南京特高壓交流工程，該工程將新建1433.5公里線路，采用角鋼作為自立式鐵塔的主材。常見(jiàn)的角鋼塔截面形式有單角鋼、雙角鋼（T型截面和十字型截面）和組合型角鋼，角鋼的優(yōu)勢(shì)是可以降低鐵塔的生產(chǎn)工藝及組立的施工難度，節(jié)約鐵塔鋼材的用量，減少資源消耗。在總結(jié)以往超高壓線路和特高壓線路工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，鐵塔設(shè)計(jì)方面，怎樣改進(jìn)結(jié)構(gòu)的型式和合理優(yōu)化成為了值得研究的內(nèi)容?，F(xiàn)依據(jù)本工程線路部分設(shè)計(jì)及《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)大規(guī)格角鋼進(jìn)行研究。

1 大規(guī)格角鋼的性能研究

（1）截面參數(shù)研究

為了更好的分析普通角鋼與大規(guī)格角鋼的受力特點(diǎn)，首先對(duì)兩者的截面參數(shù)進(jìn)行分析。分別選取凈截面面積相似的普通規(guī)格雙組合十字角鋼和大規(guī)格單角鋼，普通規(guī)格四組合十字角鋼和大規(guī)格雙組合角鋼進(jìn)行比較分析。

2L160×lO～2L200×24截面面積的普通規(guī)格角鋼的最小軸回轉(zhuǎn)半徑的范圍為6.27～7.64cm；L220×16～L250×35截面面積的大規(guī)格單角鋼最小軸回轉(zhuǎn)半徑的范圍為4.37～4.86cm，為雙組合角鋼的65%～70%。經(jīng)分析，從桿件的強(qiáng)度來(lái)看，大規(guī)格單角鋼可以替代大多數(shù)普通規(guī)格的雙組合十字角鋼，但大規(guī)格單角鋼回轉(zhuǎn)半徑較雙組合十字角鋼小很多，因此大規(guī)格單角鋼受壓穩(wěn)定性能相對(duì)較差，建議增加輔助材以減少其計(jì)算長(zhǎng)度。

4L160×14～4L200×24截面面積的普通規(guī)格四組合十字角鋼最小軸回轉(zhuǎn)半徑的范圍為6.62～8.41cm：2L220×16～2L250×35截面面積的大規(guī)格雙組合角鋼最小軸回轉(zhuǎn)半徑的范圍為8.59～9.46cm，比普通規(guī)格四組合角鋼的回轉(zhuǎn)半徑大12%～25%。經(jīng)分析，四組合角鋼減孔數(shù)為大規(guī)格雙組合角鋼的兩倍，并且大規(guī)格雙組合角鋼可具有更大的節(jié)間計(jì)算長(zhǎng)度，更少的輔助材數(shù)量，因此凈截面面積相差不大的大規(guī)格雙組合角鋼替可以替代普通規(guī)格四組合角鋼。

（2）臨界計(jì)算長(zhǎng)度研究

鐵塔作為一種鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不光要考慮構(gòu)件的強(qiáng)度，還需要考慮穩(wěn)定性，因此需要綜合考慮構(gòu)件的強(qiáng)度與穩(wěn)定性相平衡時(shí)的最優(yōu)計(jì)算長(zhǎng)度（即臨界長(zhǎng)度）。

通過(guò)分析，普通規(guī)格雙組合角鋼臨界計(jì)算長(zhǎng)度比大規(guī)格單角鋼的臨界計(jì)算長(zhǎng)度明顯要大許多，普通規(guī)格雙組合角鋼可以布置較少的輔助材或者較大的節(jié)間長(zhǎng)度，而大規(guī)格單角鋼則需布置較多的輔助材或者較小的節(jié)間長(zhǎng)度。普通規(guī)格四組合角鋼臨界計(jì)算長(zhǎng)度比大規(guī)格雙組合角鋼的臨界計(jì)算長(zhǎng)度要小，因此，在鐵塔節(jié)間布置時(shí)，大規(guī)格的雙組合角鋼較普通規(guī)格的四組合角鋼可獲得更大的節(jié)間長(zhǎng)度。

（3）承載力研究

鐵塔構(gòu)件的承載力主要受強(qiáng)度與穩(wěn)定兩個(gè)方面因素的影響，當(dāng)構(gòu)件的規(guī)格由強(qiáng)度控制時(shí)，其承載力與構(gòu)件截面面積及材質(zhì)有關(guān)。當(dāng)構(gòu)件由穩(wěn)定控制時(shí)，其承載力主要與構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比有關(guān)。

通過(guò)分析普通規(guī)格組合角鋼及大規(guī)格角鋼對(duì)應(yīng)于不同材質(zhì)及各種長(zhǎng)細(xì)比條件下的構(gòu)件承載力，大規(guī)格單角鋼承載力的極限值僅比普通規(guī)格雙組合角鋼的承載力極限值略小，說(shuō)明大截面單角鋼能夠替代大多數(shù)普通規(guī)格的雙組合角鋼。此外，當(dāng)構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比取值為40～50時(shí)，構(gòu)件強(qiáng)度與穩(wěn)定控制的承載力相當(dāng)，這說(shuō)明構(gòu)件最佳長(zhǎng)細(xì)比取值應(yīng)為40～50，這與構(gòu)件臨界長(zhǎng)細(xì)比分析的結(jié)果是一致的。

3 結(jié)論

結(jié)合普通角鋼及大規(guī)格角鋼的特征，分析其受力特點(diǎn)，可以得出以下結(jié)論：

（1）大規(guī)格單角鋼在絕大多數(shù)情況下可替代普通規(guī)格雙組合角鋼，大規(guī)格雙組合角鋼在絕大多數(shù)情況下也能夠替代普通規(guī)格四組合角鋼，采用大規(guī)格單角鋼及大規(guī)格雙角鋼是能夠滿足設(shè)計(jì)要求的。

（2）采用大規(guī)格單角鋼替代普通規(guī)格雙組合角鋼，能夠大幅降低組合角鋼填板及接頭連接板的重量，采用大規(guī)格角鋼后，能夠有效減少塔身風(fēng)荷載，降低鐵塔主材內(nèi)力，對(duì)減輕塔重十分有利。采用大規(guī)格雙組合角鋼替代普通規(guī)格四組合角鋼，能夠大幅度減少填板厚度及數(shù)量，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)造，降低板的焊接量及加工損耗。此外，由于大規(guī)格雙組合角鋼比普通規(guī)格四組合角鋼具有更大的回轉(zhuǎn)半徑，受壓穩(wěn)定性更好。

（3）大規(guī)格單角鋼與普通規(guī)格雙角鋼相比，能夠節(jié)約塔材，并且具有構(gòu)造簡(jiǎn)潔，受力明確等優(yōu)勢(shì)，能夠很好地克服普通規(guī)格雙組合角鋼存在的角鋼受力不均勻，填板及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜等缺點(diǎn)，具有更好的應(yīng)用前景。大規(guī)格雙組合角鋼與普通四組合角鋼相比，能夠簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，降低鐵塔加工及安裝難度，因此，對(duì)工程中外荷載較大的鐵塔推薦采用大截面雙組合角鋼來(lái)替代普通四組合角鋼。

綜上，原有的普通規(guī)格角鋼塔的計(jì)算理論同樣適用大規(guī)格角鋼，大規(guī)格角鋼較組合角鋼傳力簡(jiǎn)潔，避免了組合構(gòu)件受力不均的問(wèn)題，安全更有保障。

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