基于圖解法的內(nèi)懸浮外拉線抱桿組塔受力分析

劉利平，熊織明，郭玉瑩

（1.遼寧送變電工程公司，沈陽市，110021；2.國家電網(wǎng)公司交流建設(shè)分公司，北京市，100052；3.中國電力科學(xué)研究院，北京市，100192）

0 引言

工具運(yùn)輸量小，作業(yè)人員操作熟練，深受施工人員的喜愛。本文采用圖解法，提出了內(nèi)懸浮外拉線抱桿分解組塔的受力分析，可供施工技術(shù)設(shè)計(jì)及鐵塔組立施工參考。

1 內(nèi)懸浮外拉線抱桿分解組塔施工技術(shù)

1.1 現(xiàn)場布置

內(nèi)懸浮外拉線抱桿分解組塔法現(xiàn)場布置如圖1所示。抱桿由4根承托繩支撐，懸浮在塔身內(nèi)，其頂端靠4根外拉線控制抱桿傾斜角度，承托繩固定在塔身主材節(jié)點(diǎn)處。抱桿拉線地錨位于與鐵塔基礎(chǔ)中心線成45°夾角的延長線上。牽引裝置及其地錨設(shè)置于與鐵塔基礎(chǔ)中心的距離不小于鐵塔全高的0.5倍，且不小于40m。

1.2 畫圖比例的確定

將抱桿長度折算成與鐵塔單線圖比例相應(yīng)的長

我國交、直流特高壓輸變電示范工程相繼建成并投入運(yùn)行，電壓等級的不斷提高致使輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)尺寸越來越大，鐵塔根開、橫擔(dān)長度及鐵塔質(zhì)量都不斷加大。因此，依據(jù)鐵塔塔位的地形條件以及鐵塔的結(jié)構(gòu)型式，設(shè)計(jì)適宜的組塔施工方法尤為重要[1-10]。特高壓輸電線路工程鐵塔組立大多數(shù)采用分解組塔法，其中內(nèi)懸浮外拉線抱桿分解組塔法為各施工單位的主流施工方法。該施工方法應(yīng)用廣泛，所用工具少，度，在鐵塔單線圖上采用圖解法進(jìn)行計(jì)算，即利用鐵塔單線圖的比例尺寸繪制受力的封閉多邊形，以量取線段長度的方式計(jì)算出吊裝各部分受力。

1.3 施工設(shè)計(jì)參數(shù)假定

（1）抱桿拉線合力與地面水平夾角為60°。

（2）控制繩與地面水平夾角為45°。

2 畫圖方法

（1）確定抱桿根部坐點(diǎn)及抱桿傾斜角。根據(jù)鐵塔結(jié)構(gòu)尺寸，確定抱桿ob的傾斜角度δ及抱桿根部坐點(diǎn)b的位置，如圖2所示。

（2）確定吊裝質(zhì)量比例。吊件按質(zhì)量折算為相應(yīng)長度，在圖上畫出吊件質(zhì)量的長度oa，即為吊重。

（3）確定吊繩受力方向。依據(jù)鐵塔吊裝段的根開尺寸，確定吊件與塔身安裝點(diǎn)間距離L，以o點(diǎn)畫線通過k點(diǎn)，則吊繩od與吊件oa間夾角為吊繩偏角β。

（4）控制繩方向的畫法。以a點(diǎn)沿45°方向畫線，交吊繩od于c點(diǎn)，則ac為控制繩受力，oc為吊繩受力。

（5）確定磨繩受力及方向。根據(jù)吊繩受力的大小，依據(jù)起吊滑車組的型式計(jì)算出磨繩受力ce，以c點(diǎn)沿垂直方向或沿磨繩走向畫出磨繩力ce。

（6）抱桿拉線合力方向的畫法。以e點(diǎn)沿60°方向畫斜線與抱桿相交點(diǎn)f，則ef為抱桿拉線合力，of為抱桿所受的軸向壓力。

（7）承托繩受力。抱桿所受軸向壓力和工具重力之和對承托繩的作用力稱為總壓力（工具重力包括抱桿自身重力及其上工具如外拉線、牽引系統(tǒng)、吊繩等的重力）。按比例將總壓力折算為相應(yīng)長度，在鐵塔正面圖中的抱桿上畫出對承托繩作用力點(diǎn)h，以h點(diǎn)畫平行線nb，交bm延長線于p點(diǎn)，則pb為一側(cè)承托繩合力。再在鐵塔側(cè)面圖中的抱桿上畫出另一側(cè)承托繩合力bg，等于pb長度，以g點(diǎn)畫平行線kb，交bs延長線于j點(diǎn)，則jb線為單根承托繩受力，如圖3所示。

（8）由圖2可知，各部受力是一個(gè)封閉多邊形，of為抱桿所受軸向壓力、oa為吊件重力、oc為吊繩受力、ac為控制繩受力、ce為磨繩受力、ef為抱桿拉線合力。每部位所受的力對其他部位都有一定影響，吊裝過程受力是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化量，吊件就位工況下其受力最大，應(yīng)以此工況下各部分受力來選擇工具。

3 吊裝受力分析

本文主要分析靜態(tài)工況下的受力，即在吊裝質(zhì)量、抱桿高度一定時(shí)，分析比較不同工況下的受力狀態(tài)。

3.1 β對吊裝受力的影響

β不同時(shí)，吊裝受力的變化如圖4所示。由圖4可知，β越大，各部分受力越大，即β1＞β2，則oc1＞oc2。

3.2 δ對吊裝受力的影響

δ不同時(shí)，吊裝受力的變化如圖5所示。由圖5可知，δ越大，β越小，吊繩受力就越小，控制繩受力也越小，即δ2＞δ1，則o1c1＞o2c2、a2c2＜a1c1。

3.3 抱桿提升高度對吊裝受力的影響

抱桿露出的安裝段高度不同時(shí)，對各部分受力的影響如圖6所示。在抱桿傾斜角一定時(shí)，抱桿露出安裝段越高，β越小，吊繩受力也越小。反之抱桿露出安裝段越短，β越大，吊繩受力也越大。

3.4 控制繩受力對吊裝受力的影響

控制繩的作用是控制吊件與塔身間的距離，如圖7所示。在圖7所示工況下，L值越大，控制繩受力越大，則β越大，吊繩受力就越大。當(dāng)抱桿傾斜至控制繩受力為0時(shí)，吊裝受力最小。因此，抱桿傾斜要滿足施工設(shè)計(jì)要求。

3.5 抱桿拉線對地夾角對抱桿受力的影響

抱桿拉線沿基礎(chǔ)或鐵塔對角線方向延伸，抱桿升至最高工況下，抱桿拉線與地面的水平夾角不同，對抱桿壓力有較大變化，如圖8所示。當(dāng)抱桿拉線對地水平夾角為45°工況（工況1）時(shí)，其抱桿壓力為of1，抱桿拉線合力為ef1。抱桿拉線對地水平夾角為60°工況（工況2）時(shí)，其抱桿壓力為of2，抱桿拉線合力為ef2。因此，of2＞of1，ef2＞ef1，即抱桿拉線對地水平夾角越大，抱桿壓力也越大，抱桿拉線張力也越大。

4 減小受力的方法

使β增大的塔型主要有雙回路塔、干字型塔，特別是在特高壓直流輸電線路中，這2種鐵塔更顯突出，主要表現(xiàn)在橫擔(dān)長而重且根開較大，橫擔(dān)重心距塔身較遠(yuǎn)，因此，吊繩的合力線通過重心造成吊繩偏角較大。建議采用如下方法進(jìn)行控制：

（1）盡可能地提高抱桿露出就位點(diǎn)高度，減少抱桿與吊繩間夾角。

（2）抱桿應(yīng)向吊件側(cè)傾斜，由圖2可知，當(dāng)抱桿傾斜至控制繩不受力時(shí)，各部分受力最小。因此，抱桿傾斜角度要足夠。

（3）控制繩的受力要保證吊件與塔身的最小距離為0.5m，由于塔高，地面指揮者很難目視觀測，在吊裝過程中，塔上應(yīng)設(shè)專人監(jiān)控吊件與塔身距離，減少吊裝受力。

（4）特高壓鐵塔根開較大，吊件組裝位置應(yīng)盡量靠近塔身，減小吊繩偏角。

（5）橫擔(dān)吊裝與綁扎方式應(yīng)盡可能地使吊件斜吊或立吊，減小吊繩偏角。

（6）盡量減小抱桿拉線合力與水平面夾角，使抱桿受力減少。

（7）控制繩受力是由人工控制，其力的大小與人工操作有關(guān)，指揮者應(yīng)隨時(shí)調(diào)整控制繩受力的大小，即調(diào)整吊件與塔身的距離。

5 結(jié)論

（1）采用圖解法進(jìn)行受力分析與計(jì)算，施工設(shè)計(jì)更加直觀，更加簡潔明了，特別是使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer aided design，CAD）制圖后更加方便，符合實(shí)際，能夠?qū)Ω鞑渴芰M(jìn)行綜合分析，并能調(diào)整各部受力大小，從整體進(jìn)行控制，符合工程要求。

（2）施工作業(yè)注意的問題直觀，有利于安全施工，對施工技術(shù)交底和指導(dǎo)施工來說更簡便。

[1]Q/GDW 155—2006 1 000 kV架空送電線路鐵塔組立施工工藝導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2006.

[2]DL 5009.2—2004電力建設(shè)安全工作規(guī)程（2）：架空電力線路[S].北京：中國電力出版社，2004.

[3]Q/GDW 155—2006 1 000 kV架空送電線路施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2006.

[4]屈少峰，李建，董樹森，等.特高壓線路頂部拉線抱桿分解組塔施工的仿真力學(xué)模型[J].電力建設(shè)，2008，29（12）：5-8.

[5]吳昊亭.輕型落地式回轉(zhuǎn)雙平臂鋼抱桿的特殊環(huán)境組塔施工應(yīng)用[J].電力建設(shè)，2010，31（8）：32-37.

[6]鄭曉廣，李君章.特高壓線路鐵塔幾種組立施工方法[J].電力建設(shè)，2009，30（4）：39-43.

[7]李慶林.特高壓輸電線路鐵塔組立的方案選擇[J].電力建設(shè)，2007，28（3）：29-33.

[8]陳勇，萬啟發(fā)，谷莉莉，等.關(guān)于我國特高壓導(dǎo)線和桿塔結(jié)構(gòu)的探討[J].高電壓技術(shù)，2004，30（6）：38-41.

[9]劉萬東，鄭曉廣，李君章.特高壓線路施工新技術(shù)的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（10）：83-89.

[10]偉敏.座地式四搖臂抱桿分解組塔施工工藝[J].電力建設(shè)，2008，29（1）：29-33.