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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