提高鋼管塔加工效率的桿塔設計方法探究

唐君利

中電建武漢鐵塔有限公司 湖北 武漢430011

1 引言

電力行業是我國工農業發展以及保障人們日常生活的基礎性行業,同時也是促進我國經濟社會發展的支柱型行業。目前隨著人們生活水平的提高和生產方式的改變,對電能的需求量猛增,使得電力系統規模在不斷擴大,增加了電力工程項目數量,逐步推進我國特高壓輸電線路規模向大型化方向發展。而在此類工程中輸電線路需要跨越大江大河時,則需要建設大跨越輸電塔。目前比較常用的輸電塔類型就是受力性能良好的鋼管塔,比較適合在眼距離和高電壓等級的特高壓輸電線路工程中應用。由于鋼管塔的設計、加工和施工對其塔材的使用、受力性能和施工質量產生直接的影響,因此,為了提升鋼管塔的加工效率,就需要優化桿塔設計方案。

2 鋼管塔技術標準

對于鋼管塔建設所用原材料來說,主要使用符合我國國標中關于流體管要求的直縫焊管和帶頸法蘭,但是由于鋼管塔建設所用直縫焊管為結構管,此類鋼管在直線度、橢圓度和變形等技術方面與流體管存在較大的不同。尤其是在鋼管塔建設中需要將流體管與帶頸法蘭連接,而法蘭的受力狀況、結構和尺寸精度之間存在較大不同,因此,國家電網針對上述情況專門制定了鋼管塔加工技術規程,其中明確規定了直縫焊管技術條件以及所用帶頸法蘭的技術條件等,此技術條件中明確規定了所用焊管、帶頸法蘭和平板法蘭的技術要求,比如所用材質最高達到了Q460-C。而針對鋼管塔制造技術標準來說,目前主要有側重于設計方面的鋼管塔制造標準,明確規定了詳細結構設計以及構件加工、焊接等要求。同時也有焊接檢驗標準規定了輸變電鋼管桿、鋼管塔和鋼管變帶構支架制造技術要求和檢驗規則等內容,同時還有相應的企業標準,對相應的鋼管塔加工中的焊接、裝配、組裝、防腐和檢驗等內容加以明確規定,是目前鋼管塔制造技術的主要技術標準。

3 鋼管塔加工效率的影響因素分析

廠家的加工技術設備、焊接與檢驗技術水平、鋼管塔的制造技術水平直接影響鋼管塔的加工和供貨效率,想要提升此方面影響下的加工和供貨效率,廠家需要更新技術設備并加強人員技術培訓等。而從結構設計角度分析對鋼管塔加工效率造成影響的因素則主要以下幾點:首先是在設置構造環板或者加勁板時沒有嚴格按照技術標準開展,比如應該使用3環板的位置卻使用了5環板,并且將加勁板設置在本不需要設置的位置,導致節點構造更加復雜。其次是在鋼管塔設計中所用鋼管構件數量過多,比如將鋼管設計在受力比較小以及規格比較小的構件中,導致構件加工和焊接安裝等工作量的增加。再次是在設計和使用U型插板與十字插板時存在設計不夠規范的問題,也容易導致加工難度和工作量的增加。最后是橫擔走道設計使得焊接工作量增加的問題。

4 提高鋼管塔加工效率的桿塔設計方案

4.1 對環板和加勁板進行合理設計 在鋼管塔設計時,通常將環板設計在鋼管塔橫擔與塔身或塔頭的連接位置,此種構件的應用數量較多,目前比較常用的主要有4環板和5環板兩種類型。目前針對這兩種類型的環保構件設計存在過于保守的問題,因此可以基于節點強度和剛度滿足要求的基礎上對構造進行簡化,也就是使得環保數量相應減少。而針對目前不同桿件交匯位置的大節點所用加勁板數量較多而導致節點構造更加復雜的現狀,也需要對環板和加勁板的數量加以控制,通過優化設計的方式減少其用量,從而使得焊接工作量隨之減少。

4.2 合理設計和利用角鋼構件 在鋼管塔中地線支架和具有較小符合的鐵塔橫擔主材的設計和選擇時,如果使用高強角鋼可以滿足設計要求則盡量多使用角鋼來代替鋼管構件。由于采取傳統的設計思路和方法,通常采取單面連接的方式來設計和計算橫擔根部主材受力,采用此種設計方法,只能使用鋼管構件來滿足較長橫擔和較大線荷載的要求,不易使用角鋼。但是在實際應用中,由于橫擔根部主材角鋼的兩個肢上受力比較均衡,因此在設計階段可以按照雙面連接的方式來計算,在滿足構造因素和次彎矩影響所需要的裕度時,可以使用普通規格的角鋼來滿足設計要求。如果鐵塔的負荷比較大,在將鋼管設計為橫擔主材時,可以結合具體情況,將角鋼使用在橫擔斜材部位。比如靠近橫擔根部、長度較長的主材需要使用鋼管構件,但是靠近其端部的斜材則可以使用角鋼,以減少鋼管用量。

4.3 合理使用插板連接 在鋼管設計工作中比較關鍵的內容就是節點設計,其數量也直接決定桿塔加工中的焊接工作量,通過設計優化減少節點數量有助于提升加工效率。針對采取插板連接的鋼管塔設計方式,在防治相貫線切割的同時也有助于減少焊接工作量,也就是通過標準化插板的應用來減少管頭設計工作以及計算工作,實現設計工作效率的提升。同時也可以批量化生產此種插板,有助于提升插板加工效率并便于控制其加工質量。目前比較常用的插板材質有Q235和Q345兩種,而且強度分為三級,使得插板類型數量較多。因此可以統一采取Q345材質來減少插板種類。如果在現場組裝過程中橫擔上平面主材采取U 型插板的方式與塔身連接的效率較低、難度較大,因此可以改為十字連接的方式來降低施工難度和提升桿塔組裝效率。

4.4 對橫擔走道型式進行改進 針對采取圓鋼焊接形式的橫擔走道和簡易休息平臺方式容易增加焊接工作量的特點,而且由于焊接作業量的增加還容易引發變形問題,因此可以將上述型式改為螺栓連接的格柵式鋼網焊接或花紋鋼板的方式。此種形式不僅具有較為牢固的結構,預防變形問題,而且焊縫數量大幅度減少,因此減少焊接工作量。

5 結語

由于環板和加勁板數量設計、鋼管構件數量設計、插板連接節點數量設計以及橫擔走道形式設計等影響鋼管塔的加工效率,因此,在保障鋼管塔加工質量的基礎上,可以優化上述環節和內容來減少焊接工作量,滿足相應的結構設計標準要求,提升鋼管塔的加工效率。