雙坡高頸鍛造法蘭在鋼管塔中的應用分析

1 鋼管塔節點連接設計

鋼管塔節點種類繁多，受力和構造復雜，加工質量要求高[1]。鋼管塔的節點x形式主要有對接節點、交叉節點和復雜節點三種，根據鐵塔部位不同進行細分類別，如表1所示。

表1 節點型式

由上表可知，鋼管塔節點連接方式主要有法蘭連接、相貫焊接或插板連接等基本方式。對于對接節點，一般均采用法蘭連接方式；而對于交叉節點既可以采用相貫焊接，也可以采用插板連接[2]。

2 法蘭連接

法蘭是軸與軸之間相互連接的零件，用于管端之間的連接；法蘭連接，是指由法蘭、墊片及螺栓三者相互連接作為一組組合密封結構的可拆連接。法蘭因其結構合理、傳力可靠、使用效率高、維修方便及成本底等因素使其成為鋼管塔中最常用的連接形式[3]。

通常的鋼管塔法蘭連接可分為柔性法蘭、有勁法蘭和高頸鍛造法蘭三種不同形式。柔性法蘭可減少焊接工作量，安裝方便，法蘭盤的平整度也更容易得到保證，但柔性法蘭由于沒有加勁肋，受力后法蘭變形較大，且螺栓受力復雜。當要求施工方便、結構外形美觀以及結構變形及建筑物撓度要求不高的結構，可以采用無加勁肋的柔性法蘭。有勁法蘭在法蘭盤上焊有許多加勁肋，法蘭剛度大，受力后法蘭變形小，螺栓受力簡單，但是焊接工作量大，且不容易保證焊縫質量，同時施工較無勁法蘭更加復雜。高頸鍛造法蘭綜合了傳統的有勁法蘭和柔性法蘭兩者的優點，它不但具有有勁法蘭的受力剛度大、變形小的特點，同時還像柔性法蘭那樣便于工廠加工及現場安裝，在國外，如英國和美國，尤其日本不僅在跨越塔上應用，即使是常規電壓等級鋼管塔也很常見，在國內高電壓等級線路中已大量使用，技術條件成熟。

高頸鍛造法蘭的型式有對焊法蘭和平焊法蘭[4]。對焊法蘭一般采用鍛件或鍛軋工藝制成，僅有一條對接焊縫，焊接量小，焊縫應經超聲波探傷，無分層缺陷即可，只要焊接工藝得當，焊接質量容易保證。平焊法蘭是指與容器或管道采用角焊縫連接的一種法蘭。結構簡單，用材省，有兩條角焊縫，焊接量大，焊縫質量不易控制。且兩條角焊縫離開較遠，實際受力不均勻，密封性差。因此優先考慮高頸鍛造對焊法蘭。

單坡度高頸鍛造對焊法蘭由于頸部截面最小，會成為整個法蘭的薄弱部位。而雙坡度高頸鍛造對焊法蘭在焊縫內外側均有一定坡度，有利于荷載的傳遞和擴散，在一定程度上避免了該問題，并且其剛度也較單坡度高頸鍛造對焊法蘭大，有利于法蘭的保持整體剛性，使得螺栓傳力均勻，減少螺栓個數。鋼管塔推薦采用雙坡度高頸鍛造對焊法蘭。

3 雙坡高頸鍛造對焊法蘭的受力特性

雙坡高頸鍛造對焊法蘭雖然沒有傳統有勁法蘭那樣的加勁肋，但其受力特征接近于傳統的有勁法蘭。雙坡高頸鍛造對焊法蘭在拉力荷載的作用下，通過法蘭徑直接將拉力傳遞給法蘭板，但法蘭板較厚，具有足夠的剛度，能夠直接將拉力傳遞給螺栓，法蘭盤邊緣不會產生撬力，但法蘭盤邊緣將會脫開，節點的脫開間隙主要是由螺栓有限的應變引起的。整個節點的相對變形較小，國內輸電線路鋼管塔主材接頭的節點連接完全適用。

4 雙坡高頸鍛造法蘭承載力影響因素分析

通過雙坡高頸鍛造法蘭受力機理分析可知，影響其承載力的主要參數有：法蘭板厚、頸高、頸寬、頸坡度等，當設計鍛造法蘭承載力不滿足使用要求時，可以根據以下原則來調整法蘭參數進而提高節點承載力：

①在有限坡度范圍內，當法蘭頸根部和頂部寬度為定值時，法蘭頸越高，其剛度越大，上下法蘭越容易脫開，法蘭盤自身的旋轉越小，但是此影響較小。

②在有限坡度范圍內，當法蘭頸頂部寬度和頸高為定值時，法蘭頸根部寬度越大，法蘭越容易脫離，法蘭盤自身的旋轉越小。

③法蘭盤厚度是決定上下法蘭最終是否脫開的最主要影響因素，厚度越大，法蘭越容易脫開，而且法蘭盤自身的旋轉越小。