高強(qiáng)鋼在大型變電站聯(lián)合構(gòu)架的應(yīng)用分析

王鵬

摘 要：變電站中應(yīng)用高強(qiáng)度鋼筋，可提高變電站結(jié)構(gòu)的抗震性能，增強(qiáng)安全度。文章介紹了變電站中高強(qiáng)鋼筋的使用現(xiàn)狀，對(duì)高強(qiáng)鋼筋在變電站中的應(yīng)用進(jìn)行了效益分析，對(duì)高強(qiáng)鋼筋在變電站結(jié)構(gòu)中推廣應(yīng)用提出了建議。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋼；大型變電站；聯(lián)合構(gòu)架；應(yīng)用

我國(guó)大型輸變電工程變電站的主要構(gòu)筑物——構(gòu)架普遍存在鋼材材質(zhì)單一、強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，造成我國(guó)設(shè)計(jì)的構(gòu)架的構(gòu)件截面偏大、質(zhì)量偏重、經(jīng)濟(jì)效益低.隨著我國(guó)輸變電電壓等級(jí)的提高、電網(wǎng)規(guī)模逐漸增大，常規(guī)的普通鋼材已不能滿足大荷載變電構(gòu)架的使用要求.高強(qiáng)鋼構(gòu)架可以充分發(fā)揮鋼材強(qiáng)度高的特點(diǎn)，同時(shí)又可以減少用鋼量，因此在我國(guó)的使用將越來越多。以往構(gòu)架的研究多針對(duì)普通鋼，本文研究高強(qiáng)鋼在大型變電站聯(lián)合構(gòu)架的應(yīng)用，為以后高強(qiáng)鋼在聯(lián)合構(gòu)架的使用提供堅(jiān)實(shí)可靠的理論依據(jù)。

一、應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋的意義

（一）解決工程中有關(guān)技術(shù)難題

（1）提高建筑安全性、抗震性。在相同設(shè)計(jì)條件下，使用III級(jí)鋼筋，強(qiáng)度提高約20%，由此可知在建筑結(jié)構(gòu)按相同安全等級(jí)設(shè)計(jì)的情況下，采用高強(qiáng)鋼筋可以提高結(jié)構(gòu)的安全性能，從某種程度上說，可延長(zhǎng)變電站建筑物的設(shè)計(jì)使用年限。（2）滿足大跨度、大負(fù)荷建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)變電站房屋屬工業(yè)建筑，電氣設(shè)備所需房間的跨度較大，層高較高，設(shè)備荷載較大，因此局部梁柱受力較大，當(dāng)采用II級(jí)鋼筋時(shí)，配筋數(shù)量較多，若混凝土梁柱截面不夠大，很容易造成超筋現(xiàn)象，從而形成梁柱截面較大的設(shè)計(jì)結(jié)果。而使用III級(jí)鋼筋，可減少鋼筋數(shù)量，同時(shí)對(duì)梁柱截面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。（3）方便施工同樣的，對(duì)配筋較多，鋼筋間距太密的結(jié)構(gòu)，施工時(shí)給混凝土澆注帶來困難，很難保證混凝土澆筑的密實(shí)度，因此適宜采用III級(jí)鋼筋以減少鋼筋使用數(shù)量。

（二）經(jīng)濟(jì)效益

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用高強(qiáng)鋼筋，最直接的效益就是節(jié)約鋼筋的用量，從而降低了變電站的工程造價(jià)。若同時(shí)能減小梁柱截面尺寸，則會(huì)產(chǎn)生間接經(jīng)濟(jì)效益，即增加了建筑使用面積，提高了建筑使用功能。

（三）社會(huì)效益

高強(qiáng)鋼筋的研發(fā)成功，將加速鋼筋產(chǎn)品的升級(jí)換代，減少了資源消耗，推進(jìn)了技術(shù)進(jìn)步，符合國(guó)家環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展政策，社會(huì)效益顯著。（1）減少自然資源消耗，減少污染物排放，推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展由于鋼材生產(chǎn)需要大量進(jìn)口鐵礦并大量消耗水、焦炭、石灰等資源及煤炭、電等能源，同時(shí)還大量排放廢水、粉塵、廢氣等污染物，給環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的不利影響，因此節(jié)約鋼材也是對(duì)資源、能源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)。（2）促進(jìn)低合金鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，加速建筑用鋼與國(guó)際接軌要使我國(guó)由鋼鐵大國(guó)成為鋼鐵強(qiáng)國(guó)，調(diào)整冶金產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是冶金工業(yè)的重要任務(wù)。其中，低合金鋼品種調(diào)整起著舉足輕重的作用。我國(guó)低合金鋼產(chǎn)量占鋼總產(chǎn)量的20%左右，其中建筑用鋼占低合金鋼70%以上，II級(jí)鋼筋又占建筑鋼材80%以上。因此，使用高強(qiáng)鋼筋是調(diào)整冶金產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的第一步，也是很關(guān)鍵的一步。

二、案例分析

本文以某大型330kV變電站工程的聯(lián)合構(gòu)架為例，分析了聯(lián)合構(gòu)架的空間應(yīng)力。本聯(lián)合構(gòu)架通過對(duì)出線構(gòu)架、中央構(gòu)架六跨連續(xù)，母線構(gòu)建靠攏聯(lián)合進(jìn)出線構(gòu)架，主變進(jìn)線構(gòu)架靠攏中央構(gòu)架，這樣就會(huì)有巨型鋼結(jié)構(gòu)聯(lián)合構(gòu)架形成。出線構(gòu)架、中央構(gòu)架、主變進(jìn)線構(gòu)架為三列6孔連續(xù)門型構(gòu)架，每列長(zhǎng)度為140米，橫向聯(lián)合寬度為73米。出線構(gòu)架單孔跨度為22米、25米和21米；母線采用的是軟母線。

在荷載工況方面，依據(jù)變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的規(guī)定，大風(fēng)工況、覆冰有風(fēng)工況以及安裝工況和地震作用工況等都是構(gòu)架計(jì)算的荷載工況。在荷載類型方面，首先是結(jié)構(gòu)自重，依據(jù)相關(guān)的軟件，結(jié)合模型截面規(guī)格來計(jì)算聯(lián)合構(gòu)架的結(jié)構(gòu)自重；結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范來計(jì)算構(gòu)架風(fēng)荷載，在大風(fēng)工況下，風(fēng)速為每秒30米，覆冰有風(fēng)工況下風(fēng)速為每秒10米。在導(dǎo)線荷載方面，電力導(dǎo)線掛設(shè)于構(gòu)架梁，終端構(gòu)架梁?jiǎn)蝹?cè)掛設(shè)三根，中間構(gòu)架梁兩側(cè)各掛設(shè)三根，由電氣工藝專業(yè)計(jì)算后，提供各個(gè)荷載工況下的導(dǎo)線荷載。在變電站運(yùn)行過程中，大風(fēng)工況為承載能力極限狀態(tài)控制工況，在這種情況下，構(gòu)架的構(gòu)件有著最大應(yīng)力，出線構(gòu)架的人字柱柱底出現(xiàn)了最大應(yīng)力，比高強(qiáng)鋼的屈服強(qiáng)度要小，說明在各個(gè)荷載工況下，聯(lián)合構(gòu)架都可以保持安全狀態(tài)。

在變電站運(yùn)行過程中，大風(fēng)工況為正常使用極限狀態(tài)控制工況，在這種情況，構(gòu)架有著最大的變形，出線構(gòu)架的柱頂避雷針出現(xiàn)了最大位移，位移能夠滿足正常使用的變形驗(yàn)算條件，說明聯(lián)合構(gòu)架整體穩(wěn)定可以得到保證。在安裝變電站導(dǎo)線的過程中，導(dǎo)線的掛設(shè)利用吊車升降機(jī)來完成，并且安裝天氣需要保證是無風(fēng)或者小風(fēng)，只有較小的導(dǎo)線安裝荷載，構(gòu)架受力比大風(fēng)等工況遠(yuǎn)遠(yuǎn)要小，因此，安裝工況下聯(lián)合構(gòu)架分析就不需要考慮。

對(duì)比高強(qiáng)鋼和普通鋼聯(lián)合構(gòu)架用鋼量，在本地區(qū)，很多大型變電站的聯(lián)合構(gòu)架都將普通鋼作為材料，將人字柱、三角形斷面梁給應(yīng)用過來，將圓鋼管作為主材。結(jié)合普通鋼建模結(jié)合，如果有著不變的構(gòu)架布置、構(gòu)架高度和荷載，那么控制工況時(shí)，普通鋼多數(shù)構(gòu)件的應(yīng)力值都大于235MPA，比屈服強(qiáng)度要大，因此，如果將普通鋼應(yīng)用過來，就需要對(duì)構(gòu)架的構(gòu)件截面規(guī)格進(jìn)行加大。而將高強(qiáng)鋼應(yīng)用過來，就可以在較大程度上減小構(gòu)架柱梁的構(gòu)件截面和壁厚，鋼材用量可以得到明顯節(jié)約，如在13米高母線架柱、梁截面方面，高強(qiáng)鋼和普通鋼用鋼量比為0.83，24米高出線架柱、梁截面高強(qiáng)鋼和普通鋼用鋼量比為0.60；在18.8米高出線架柱、梁截面方面，高強(qiáng)鋼和普通鋼用鋼量比為0.63。

三、結(jié)語

通過上文的敘述分析我們可以得知，在大型變電站聯(lián)合構(gòu)架中，大部分依然采用普通鋼，為了滿足荷載要求，就需要對(duì)構(gòu)架截面進(jìn)行增大，這樣就需要增加施工成本。而將高強(qiáng)鋼應(yīng)用過來，聯(lián)合構(gòu)架有著安全的結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定性得到了提升。通過對(duì)比普通鋼構(gòu)架，將高強(qiáng)鋼應(yīng)用到聯(lián)合構(gòu)架中，可以促使構(gòu)件截面得到有效減小，用鋼量也可以得到有效降低，這樣經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益就可以得到明顯提升。在具體實(shí)踐過程中，需要科學(xué)的分析，合理設(shè)計(jì)施工方案，保證變電站能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。本文簡(jiǎn)要分析了高強(qiáng)鋼在大型變電站聯(lián)合構(gòu)架中的實(shí)踐，希望可以提供一些有價(jià)值的參考意見。

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