電力鋼管桿失效解析及改進對策

陶禮兵，張杰，陸益民

（1．衢州電力局，浙江衢州324000；2．浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

電力施工

電力鋼管桿失效解析及改進對策

陶禮兵1，張杰2，陸益民1

（1．衢州電力局，浙江衢州324000；2．浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

通過對一起10 kV鋼管桿強度不足的全過程失效分析，從桿塔設計、桿型結構、材料選用、制造施工等多個環節著手，分析可能引起撓度超標和節點彎曲的原因，提出相應的改進對策，并取得了良好的效果。

鋼管桿；強度檢測；原因分析；改進對策

隨著人們對環境美觀要求的日漸提升，鋼管桿在電網中得以廣泛使用。在鋼管桿的設計、施工、運行各階段，電桿的整體撓度和節點彎曲度是關鍵性技術指標，在各類規范中均有明確要求。本文通過對一起10 kV鋼管桿強度不足案例的全過程解析，對線路設計和施工制造提出了相應的改進措施。

1 案例現場

10 kV湖平線延伸工程終端采用單回路鋼管桿，桿塔單側受力，主桿采用法蘭盤連接，各項設計使用參數見表1。施工單位在現場安裝過程中發現，鋼管桿在架線后整體向受力側明顯傾斜，且左右兩道導線橫擔受力后向主桿中心合攏、節點彎曲明顯，施工緊線所設置臨時拉線受力異常。線路平面布置如圖1所示，鋼管桿單線如圖2所示。

圖1 現場平面布置

2 現場實測結果

引起桿塔強度不足、受力異常的原因較多，為盡可能保證原因分析無遺漏，對現場檢測的內容和要求也盡可能地全面到位。檢測內容主要包括導線弧垂測量、桿塔基礎測試、鋼管桿撓度測量、關鍵節點彎曲度測量、材質光譜分析、板材厚度測量等6項。

圖2 鋼管桿單線示意

（1）導線弧垂測量。經現場勘測與設計比較分析，與終端桿相連的線檔為弧立檔，設計弧垂為25.23 m，實測弧垂為25.39 m，符合規范要求。

（2）桿塔基礎測試。經實測，基礎外觀良好無明顯裂紋，水平面檢測誤差符合基礎要求，混凝土強度等級符合要求。

（3）鋼管桿撓度測量。經實測，該桿塔整體實際撓度為18‰，嚴重超標；同時在法蘭盤處節點彎曲變形明顯。

（4）關鍵節點彎曲度測量。經檢測，導線橫擔實際中心線偏離設計達30 cm，相對主桿連接處節點彎曲度達15%，嚴重超標。

（5）板材厚度測量。原設計主桿的下端鋼板厚度為14 mm、上端為12 mm、橫擔為8 mm；經實測，主桿的實際下端鋼板厚度為12.6 mm、上端為10.5 mm、橫擔為7 mm。

表1 10kV湖平線延伸工程鋼管桿設計參數

（6）材質光譜分析。檢測5個點（橫擔2個點，主桿3個點），并將結果進行加權平均，測算得出其鋼材化學成分如表2所示。同時與相應材料所含化學成分進行比較，推測該基桿塔所用板材全部為Q235號鋼材。

表2 鋼管桿主要板材化學成分

3 失效原因分析

按照當前物資采購方式，鋼管桿結構通常由制造商設計，經電力設計部門確認。在上述檢測的基礎上與設計圖紙進行比較，同時查閱相關標準規范要求，確認引發該鋼管桿強度不足的原因主要有以下3個方面。

3.1 設計時先天不足

（1）橫擔與主桿連接部位關鍵點設計不當，僅以2塊平行鋼板插入橫擔，與導線橫擔用2排螺栓相連緊固，其中未設計有效補強措施，致使在該節點處強度不足。

（2）主桿設計時采用的控制工況不當。在進行控制工況選擇時，設計軟件采用的是低溫控制，由此得到的標準彎矩、桿塔應力、撓度等數據偏??；經再次深入計算，該基桿塔的實際控制工況為大風控制，兩者工況的數據對比見表3。

表3 2種不同控制工況下的主要設計參數差異對比

（3）在進行基礎設計時，未對基礎頂面進行反向預高設計，致使荷載未能相應減少，傾斜度和撓度進一步加劇。

（4）桿段之間法蘭盤連接處未設計相應的施工檢修位置，致使安裝人員在吊裝后難以進行二次緊固調節。

3.2 制造商工藝控制不佳

（1）鋼管桿使用的材料以弱代強。原圖紙中導線橫擔所用鋼材類型為Q345，實際用材為Q235，兩者的材料性能指標有很大差異。根據GB 50017-2003《鋼結構設計規范》，2種鋼材的力學性能見表4。

表4 鋼管桿板材強度設計值

（2）鋼板用材厚度不足。原設計主桿的下端鋼板厚度為14 mm、上端為12 mm、橫擔為8 mm；經實測，主桿的下端鋼板厚度為12.6 mm、上端為10.5 mm、橫擔為7 mm，不符合國家標準GB/T 709-2006《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》中的相應規定（如表5所示），實際誤差如表6所示。

表5 標準單軋鋼板的厚度允許偏差（N類）

（3）桿段間連接法蘭盤處加筋板之間的設計間距偏小，加上人工電焊水平的差異，致使部分加筋板的間距進一步縮小，緊固螺絲專用大扳手難以放置，導致施工時部分螺絲難以緊固到位。

3.3 施工安裝不規范

根據電力線路施工及驗收規范的要求，為保證桿塔的傾斜度符合要求，鋼管桿在整體起立后應進行二次緊固和調節，這是因為桿件在起吊受力后容易發生局部偏移，部分螺絲在受力后緊固度產生偏差，故需要在起立后進行桿上緊固調整。但是施工單位僅在法蘭盤處的爬梯位置進行了緊固，爬梯背面和側面未進行緊固，致使緊線后桿件進一步向受力側傾斜。

表6 實際誤差數值

3.4 鋼管桿板材受力計算

GB 50061-2010《66 kV及以下架空電力線路設計規范》中規定，“桿塔結構在長期荷載作用下，鋼管桿的計算撓度不應大于計算長度的15‰”。按照實測板材類型和厚度，結合桿塔承受載荷重新計算，按正常運行條件下的計算結果見表7。

表7 不同厚度下的計算結果

4 改進措施

明確該基桿塔強度不足的原因后，采用了以下針對性整改措施，以提高桿塔自身強度，有效保證電力線路安全可靠性。

（1）完善桿塔結構設計，消除先天缺陷。主桿根據大風控制工況重新設計，將桿件整體撓度設計降到8‰以內，主桿與橫擔連接處加設加筋板補強，桿段之間法蘭盤連接處加設施工檢修位置，方便安裝人員在吊裝后進行二次緊固調節。

（2）加強制造商內部管理，確保工藝水平達標。將主桿板材由Q235改為Q345，板材厚度、類型選用嚴格按照設計要求，嚴格執行ISO900等質量控制流程管理，確保焊接折彎等關鍵環節達到要求。

（3）規范現場施工工藝。由于基礎在前期未能預高，故采用在鋼管桿底部加墊鐵板的方法進行修正，鐵板由厚到薄不等高設置（2 mm，4 mm，6 mm，8 mm，10 mm），從而有效減少桿身荷載。同時，在桿塔吊裝后進行二次緊固和調節，確保主桿傾斜度和關鍵節點處彎曲度不超標。

5 結語

根據上述分析，引發10 kV湖平線終端桿強度不足的原因主要是設計不合理和制造商內部管理不當以及現場施工安裝不夠嚴謹規范。經過針對性改進，鋼管桿順利安裝到位，經現場檢測，桿身撓度和關鍵節點彎曲度等關鍵指標均符合要求，線路順利投運，至今已安全運行超過2年。

結合當前電網建設施工的現狀，很多鋼管桿的設計圖由廠家提供，受廠家技術人員水平差異所限，存在著一定的工程隱患。為進一步控制入網產品質量，建議在今后的類似工程中，廠家提供的設計圖必須經有資質的設計部門進行校核后方可加工，以確保工程質量。

（本文編輯：徐晗）

Analysis on Failure of Electric Poles and the Improvement

TAO Li bing1，ZHANG Jie2，LU Yi min1
（1.Quzhou Electric Power Bureau，Quzhou Zhejiang 324000，China；2.Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

By analysis on a whole-process failure of 10 kV steel poles due to poor strength，the paper explores the reasons of excessive deflection and node bending in terms of design of poles and towers，pole structure，material selection，manufacture and construction；it proposes relevant improvement，in which favorable effect is achieved.

steel pole；strength test；cause analysis；improvement

TM754

：B

：1007-1881（2013）10-0074-03

2013-06-26

陶禮兵（1976-），男，浙江衢州人，工程師，從事電力線路與金屬技術監督管理工作。