大規(guī)格角鋼在特高壓輸電鐵塔中的應(yīng)用研究

余明智，鄭洪斌，岳　浩，李丹丹

（1.云南省電力設(shè)計(jì)院，昆明　650000；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司德州供電公司，山東　德州　253000；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司威海供電公司，山東　威海　264200；4.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南　250012）

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大規(guī)格角鋼在特高壓輸電鐵塔中的應(yīng)用研究

余明智1，鄭洪斌2，岳浩3，李丹丹4

（1.云南省電力設(shè)計(jì)院，昆明650000；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司德州供電公司，山東德州253000；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司威海供電公司，山東威海264200；4.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南供電公司，濟(jì)南250012）

摘要：隨著電網(wǎng)工程建設(shè)的迅速發(fā)展，L220和L250大規(guī)格角鋼已經(jīng)在特高壓輸電鐵塔結(jié)構(gòu)上得到了比較廣泛的應(yīng)用。但隨著輸電線路工程中大截面導(dǎo)線等技術(shù)的發(fā)展，鐵塔的外負(fù)荷越來(lái)越大，為滿足承載力需要，對(duì)角鋼肢寬提出了更高的要求。結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，對(duì)250 mm肢寬以上大規(guī)格角鋼（280 mm和300 mm）的承載力和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：大規(guī)格角鋼；L280角鋼；L300角鋼；承載力；經(jīng)濟(jì)性

0　引言

大規(guī)格角鋼通常指肢寬大于200 mm的角鋼。與常規(guī)角鋼相比，大規(guī)格角鋼肢寬與肢厚均較大，截面積大幅增加，能有效提高單根構(gòu)件的承截力，實(shí)現(xiàn)大規(guī)格角鋼替代普通規(guī)格雙組合角鋼。不僅可以減少桿塔的耗鋼量，降低角鋼間填板焊接質(zhì)量帶來(lái)的鐵塔安全隱患，而且還可以改變雙拼組合角鋼的不合理截面形式，優(yōu)化構(gòu)造，避免雙組合角鋼受力不均、小長(zhǎng)細(xì)比時(shí)易發(fā)生彎扭屈曲的影響，同時(shí)大量減少連接螺栓與填板，使鐵塔組立的施工量與施工難度大大降低［1］。

自錦蘇工程作為輸電鐵塔大規(guī)格角鋼應(yīng)用的國(guó)內(nèi)首個(gè)試點(diǎn)工程以來(lái)，220 mm和250 mm肢寬大規(guī)格角鋼已經(jīng)在特高壓輸電鐵塔結(jié)構(gòu)上得到廣泛的應(yīng)用，并且在結(jié)構(gòu)安全度和經(jīng)濟(jì)性兩方面都取得了較好的成效［2］。但隨著電網(wǎng)工程建設(shè)的迅速發(fā)展，大截面導(dǎo)線等技術(shù)的應(yīng)用，桿塔的外負(fù)荷越來(lái)越大，為滿足承載力需要，對(duì)角鋼肢寬提出了更高的要求。2013年國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布了《300毫米級(jí)肢寬熱軋大規(guī)格等邊角鋼技術(shù)條件及工裝要求》，給出了L280～L360各規(guī)格角鋼的尺寸、外形、重量及允許偏差、截面特性、技術(shù)要求、檢驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、包裝、標(biāo)志及質(zhì)量證明書(shū)等要求。為250 mm肢寬以上大規(guī)格角鋼在工程中的應(yīng)用創(chuàng)造了條件，結(jié)合±800 kV山西晉北—江蘇南京特高壓直流輸電線路工程大規(guī)格角鋼的應(yīng)用情況，對(duì)280 mm、300 mm大規(guī)格角鋼的承載力和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析研究。

1　L280和L300大規(guī)格角鋼承載力分析

在±800 kV山西晉北—江蘇南京特高壓直流輸電線路工程中，桿塔大規(guī)格角鋼的使用涉及220 mm、250 mm、300 mm 3個(gè)角鋼肢寬等級(jí)。為更直觀了解250 mm以上大規(guī)格角鋼的承載力性能，增加了280 mm大規(guī)格角鋼的對(duì)比情況，分別對(duì)Q420L220，Q420L250雙角鋼構(gòu)件以及Q420L280，Q420L300角鋼構(gòu)件的承載力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　雙角鋼與大規(guī)格角鋼承載力對(duì)比

由表1可知，280 mm和300 mm角鋼的承載力與220 mm、250 mm雙角鋼的承載力存在局部重疊。為更直觀反映這種情況，把這種關(guān)系繪制為圖1，圖中承載力重疊范圍越大，表明替換率越高，也就是說(shuō)280 mm和300 mm大規(guī)格角鋼可代替220 mm、250 mm雙角鋼構(gòu)件概率越大。同時(shí)，圖1中隨著計(jì)算長(zhǎng)度的增加，承載力重疊范圍逐漸減少，該現(xiàn)象說(shuō)明大截面單角鋼回轉(zhuǎn)半徑較小，受壓穩(wěn)定性能相對(duì)較差，為充分發(fā)揮大截面單角鋼承載潛能，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理規(guī)劃塔身節(jié)間及塔材布置形式，才能有效提高大截面單角鋼利用率。

圖1　雙角鋼與大規(guī)格角鋼構(gòu)件承載力

2　L280和L300大規(guī)格角鋼最優(yōu)長(zhǎng)度計(jì)算

減小構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度，可有效提高280 mm和300 mm大規(guī)格角鋼替換雙角鋼構(gòu)件的替換率。同時(shí)，根據(jù)等承載力的原理，可知當(dāng)角鋼計(jì)算長(zhǎng)度達(dá)到一定的限值后，再減小計(jì)算長(zhǎng)度對(duì)承載力的提升沒(méi)有任何效果，反而因?yàn)樵黾虞o助材料導(dǎo)致桿塔耗鋼量的增加。此限值即為最優(yōu)計(jì)算長(zhǎng)度，既能最大限度提高280 mm和300 mm大規(guī)格角鋼替換率也能充分發(fā)揮材料強(qiáng)度。

按照我國(guó)桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定DL/T 5154—2012［3］可知，等承載力計(jì)算原理為

強(qiáng)度公式：

穩(wěn)定公式：

式中：N1為角鋼強(qiáng)度承載力，N；N2為角鋼穩(wěn)定承載力，N；Au為角鋼凈截面積，mm2；A為角鋼毛截面積，mm2；f為鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；φ為穩(wěn)定系數(shù)。

令N1=N2，得φ=Au/A。設(shè)i為角鋼回轉(zhuǎn)半徑，λ為角鋼長(zhǎng)細(xì)比，再由φ得到對(duì)應(yīng)的λ，由L0=λi得每種規(guī)格構(gòu)件的最優(yōu)計(jì)算長(zhǎng)度。

根據(jù)上述原理，計(jì)算不同屈服強(qiáng)度的280 mm、300 mm等邊角鋼對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)φ及最優(yōu)計(jì)算長(zhǎng)度L0，結(jié)果如表2所示。

表2　角鋼最優(yōu)長(zhǎng)度計(jì)算結(jié)果

3　典型算例分析

為評(píng)價(jià)Q420高強(qiáng)度L300特大規(guī)格角鋼在本工程的適用性和經(jīng)濟(jì)性，選取典型轉(zhuǎn)角塔J30103A和J30104A，進(jìn)行多種規(guī)格構(gòu)件的分析比較。桿塔主要計(jì)算條件如表3所示。

表3　典型轉(zhuǎn)角塔J30103A和J30104A的計(jì)算條件

在相同外負(fù)荷及計(jì)算模型的情況下，典型轉(zhuǎn)角塔J30103A和J30104A選用不同規(guī)格構(gòu)件的計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4　典型轉(zhuǎn)角塔J30103A和J30104A計(jì)算結(jié)果比較

1）L300系列大規(guī)格角鋼基本可以代替L220系列雙組合角鋼。為更直觀反映這種情況，單獨(dú)把兩種規(guī)格構(gòu)件的承載力的對(duì)比情況繪制成圖2。由圖2可知：在最優(yōu)計(jì)算長(zhǎng)度附近，L300系列大規(guī)格角鋼可以代替L220×24及以下規(guī)格的雙組合角鋼作為桿塔主材。并且此時(shí)強(qiáng)度承載力和穩(wěn)定承載力基本相當(dāng)，可獲得較好的承載性能。

圖2　300mm大規(guī)格角鋼與200mm雙角鋼構(gòu)件承載力對(duì)比

2）使用L300大角鋼，典型轉(zhuǎn)角塔J30103A和J30104A塔重較雙組合角鋼方案可降低3.5%～5.2%。轉(zhuǎn)角越大，降低塔重比例越多。

3）L300大角鋼占全塔塔重的比例為4.6%～16.1%，平均約占12%。

5　結(jié)語(yǔ)

國(guó)家電網(wǎng)公司《300 mm級(jí)肢寬熱軋大規(guī)格等邊角鋼技術(shù)條件及工裝要求》的發(fā)布，為250 mm肢寬以上大規(guī)格角鋼在工程中的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件，為300 mm大規(guī)格角鋼在±800 kV山西晉北—江蘇南京特高壓直流輸電線路工程的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

280mm和300 mm大規(guī)格角鋼可代替部分220 mm、250 mm雙角鋼構(gòu)件。其中300 mm系列角鋼承載力基本和220mm系列雙組合角鋼相當(dāng)，可以代替L220×24及以下規(guī)格的雙組合角鋼作為桿塔主材。

280mm和300 mm大規(guī)格角鋼的應(yīng)用不僅可以減少桿塔的耗鋼量，降低角鋼間填板焊接質(zhì)量帶來(lái)的鐵塔安全隱患，而且還可以改變雙拼組合角鋼的不合理截面形式，優(yōu)化構(gòu)造，避免雙組合角鋼受力不均、易發(fā)生彎扭屈曲的影響。

280mm和300 mm大規(guī)格角鋼的應(yīng)用，豐富了角鋼規(guī)格，減少了雙拼組合角鋼的使用，大量減少連接螺栓與填板，使鐵塔組立的施工量與施工難度大大減輕。

在±800 kV山西晉北—江蘇南京特高壓直流輸電線路工程中，大轉(zhuǎn)角塔使用L300大規(guī)格角鋼，單塔可節(jié)約塔重約3.5%，其使用比例約占單塔塔重的12%。

參考文獻(xiàn)

［1］黃璜，李清華，孟憲喬，等.Q420大規(guī)格角鋼在±800 kV特高壓桿塔中的應(yīng)用［J］.電力建設(shè)，2010，33（6）：65～69.

［2］劉澤洪.大規(guī)格角鋼在輸電鐵塔中的應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2011.

［3］DL/T 5154—2012架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.

［4］余朝勝.高壓輸電線路大規(guī)格高強(qiáng)角鋼鐵塔應(yīng)用研究［J］.電力與電工，2012，32（3）：18～20.

Application Study on Large-size Angle Steel Used in UHV Transmission Towers

YU Mingzhi1，ZHENG Hongbin2，YUE Hao3，LI Dandan4
（1. Yunnan Electric Power Design Institute，Kunming 650000，China；2. State Grid Dezhou Power Supply Company，Dezhou 253000，China；3. State Grid Weihai Power Supply Company，Weihai 264200，China；4. State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

Abstract:With the rapid development of power grid construction，L220 and L250 large-size angle steels have been widely used in the field of transmission steel towers. However，with the development of large cross -section wire transmission technology，the load of the tower becomes larger and larger，and the larger limb width of angle steel is put forward to meeting the need of bearing capacity. Combined with the engineering example，the bearing capacity and economy of large-size angle steel（280 mm and 300 mm）whose limb width is more than 250 mm are studied.

Key words:large-size angle steel；L280 angle steel；L300 angle steel；bearing capacity；economy

中圖分類號(hào)：TM753

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007－9904（2016）05－0069－04

收稿日期：2016-03-01

作者簡(jiǎn)介：

余明智（1982），男，高級(jí)工程師，從事輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。