雙坡高頸鍛造法蘭在鋼管塔中的應(yīng)用分析

王恩來

【摘 要】隨著高壓輸電電壓等級(jí)的提高，鋼管塔在輸電線路行業(yè)得到了前所未有的發(fā)展。鋼管塔主材的連接方式主要是法蘭連接，在鋼管塔上應(yīng)用的主要是剛性法蘭、柔性法蘭和高頸鍛造法蘭。雙坡高頸鍛造對(duì)焊法蘭具有較高的剛度，論文對(duì)法蘭板厚、頸高、頸的上端寬度等影響因素進(jìn)行了分析。

【Abstract】With the improvement of the voltage level of high voltage transmission， steel pipe towers have got unprecedented development in the transmission line industry. Flange connection is the main connection mode of steel tube tower main material. Rigid flange， flexible flange and high neck forging flange are mainly used in steel tube tower. Double-slope high-neck forged butt-welded flange has higher stiffness. This paper analyzes? the influence factors of flange thickness， neck height and neck width.

【關(guān)鍵詞】雙坡鍛造法蘭;鋼管塔;應(yīng)用

【Keywords】double slope forged flange steel; pipe tower; application

【中圖分類號(hào)】TU392.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）06-0141-02

1 鋼管塔節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)

鋼管塔節(jié)點(diǎn)種類繁多，受力和構(gòu)造復(fù)雜，加工質(zhì)量要求高[1]。鋼管塔的節(jié)點(diǎn)x形式主要有對(duì)接節(jié)點(diǎn)、交叉節(jié)點(diǎn)和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)三種，根據(jù)鐵塔部位不同進(jìn)行細(xì)分類別，如表1所示。

由上表可知，鋼管塔節(jié)點(diǎn)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(duì)于對(duì)接節(jié)點(diǎn)，一般均采用法蘭連接方式;而對(duì)于交叉節(jié)點(diǎn)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(jié)構(gòu)的可拆連接。法蘭因其結(jié)構(gòu)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(fù)雜。當(dāng)要求施工方便、結(jié)構(gòu)外形美觀以及結(jié)構(gòu)變形及建筑物撓度要求不高的結(jié)構(gòu)，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(zhì)量，同時(shí)施工較無勁法蘭更加復(fù)雜。高頸鍛造法蘭綜合了傳統(tǒng)的有勁法蘭和柔性法蘭兩者的優(yōu)點(diǎn)，它不但具有有勁法蘭的受力剛度大、變形小的特點(diǎn)，同時(shí)還像柔性法蘭那樣便于工廠加工及現(xiàn)場安裝，在國外，如英國和美國，尤其日本不僅在跨越塔上應(yīng)用，即使是常規(guī)電壓等級(jí)鋼管塔也很常見，在國內(nèi)高電壓等級(jí)線路中已大量使用，技術(shù)條件成熟。

高頸鍛造法蘭的型式有對(duì)焊法蘭和平焊法蘭[4]。對(duì)焊法蘭一般采用鍛件或鍛軋工藝制成，僅有一條對(duì)接焊縫，焊接量小，焊縫應(yīng)經(jīng)超聲波探傷，無分層缺陷即可，只要焊接工藝得當(dāng)，焊接質(zhì)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(jié)構(gòu)簡單，用材省，有兩條角焊縫，焊接量大，焊縫質(zhì)量不易控制。且兩條角焊縫離開較遠(yuǎn)，實(shí)際受力不均勻，密封性差。因此優(yōu)先考慮高頸鍛造對(duì)焊法蘭。

單坡度高頸鍛造對(duì)焊法蘭由于頸部截面最小，會(huì)成為整個(gè)法蘭的薄弱部位。而雙坡度高頸鍛造對(duì)焊法蘭在焊縫內(nèi)外側(cè)均有一定坡度，有利于荷載的傳遞和擴(kuò)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(duì)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(gè)數(shù)。鋼管塔推薦采用雙坡度高頸鍛造對(duì)焊法蘭。

3 雙坡高頸鍛造對(duì)焊法蘭的受力特性

雙坡高頸鍛造對(duì)焊法蘭雖然沒有傳統(tǒng)有勁法蘭那樣的加勁肋，但其受力特征接近于傳統(tǒng)的有勁法蘭。雙坡高頸鍛造對(duì)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(huì)產(chǎn)生撬力，但法蘭盤邊緣將會(huì)脫開，節(jié)點(diǎn)的脫開間隙主要是由螺栓有限的應(yīng)變引起的。整個(gè)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)變形較小，國內(nèi)輸電線路鋼管塔主材接頭的節(jié)點(diǎn)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(jī)理分析可知，影響其承載力的主要參數(shù)有：法蘭板厚、頸高、頸寬、頸坡度等，當(dāng)設(shè)計(jì)鍛造法蘭承載力不滿足使用要求時(shí)，可以根據(jù)以下原則來調(diào)整法蘭參數(shù)進(jìn)而提高節(jié)點(diǎn)承載力：

①在有限坡度范圍內(nèi)，當(dāng)法蘭頸根部和頂部寬度為定值時(shí)，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(zhuǎn)越小，但是此影響較小。

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

【參考文獻(xiàn)】

【1】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].

【2】丁陽著.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].天津：天津大學(xué)出版社，2005.

【3】GB 50017—2017 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

【4】吳國強(qiáng)， 何長華， 耿景都. 鋼管塔鍛造法蘭連接螺栓的受力計(jì)算[J]. 電力建設(shè)， 2009， 30（10）：110.