臺山電廠輸電線路大跨越鋼管塔的結(jié)構(gòu)可靠度分析

我國幅員遼闊,河網(wǎng)密布,長江、黃河等大江大河成為了超高壓架空輸電線路工程的天然屏障,尤其是近幾年西電東輸,三峽外送,區(qū)域聯(lián)網(wǎng)等電網(wǎng)工程的實(shí)施,全國各地涌現(xiàn)了許許多多的大跨越工程.而大跨越工程中,跨越塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個工程的關(guān)鍵項(xiàng)目之一.我國經(jīng)過幾十年的跨越塔設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累和發(fā)展,已經(jīng)從起初的鋼筋混凝土煙囪塔單一形式,逐步形成了鋼筋混凝土、組合角鋼、焊接鋼板和鋼管結(jié)構(gòu)等多種結(jié)構(gòu)形式共同發(fā)展的良好局面.本文力求從跨越塔的設(shè)計(jì)回顧、變化,引出目前跨越塔的主要結(jié)構(gòu)形式——鋼管結(jié)構(gòu),從結(jié)構(gòu)選型、鋼材選用、荷載計(jì)算、動力效應(yīng)、內(nèi)力分析、節(jié)點(diǎn)型式、構(gòu)造要求等諸多方面來詳細(xì)闡述目前鋼管塔的設(shè)計(jì)和應(yīng)用情況,以及以往鋼管塔設(shè)計(jì)過程中的一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn).供輸電結(jié)構(gòu)專業(yè)的同行參考.

由于鋼管型構(gòu)件截面形狀的力學(xué)特性較好,其在送電線路上的應(yīng)用有逐年增多的趨勢,但用簡化方法對鋼管構(gòu)件結(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析,存在著較大的不合理性。文章試圖用有限元法對典型的鋼管構(gòu)件結(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析,在分析過程中采用了板殼單元模型和實(shí)體單元模型,利用ansys軟件包進(jìn)行了計(jì)算,并與常用的簡化方法進(jìn)行了對比分析,在此基礎(chǔ)上,提出了—種可用于工程實(shí)際的新的分析方法。

輸電線路大跨越鋼管塔,是在實(shí)施西電東輸、三峽外輸、區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。全國各地都有大跨越鋼管塔的身影,因此跨越塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個大跨越工程的關(guān)鍵項(xiàng)目之一。輸電線路大跨越鋼管塔是一項(xiàng)重要的生命線電力工程設(shè)施,其主結(jié)構(gòu)體系不僅在各種荷載作用下可以安全穩(wěn)定運(yùn)動,而且對我國經(jīng)濟(jì)及社會發(fā)展具有深刻意義。

在大跨越的輸電線路架設(shè)中,鐵塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是架設(shè)過程中的重中之重。對于不同的輸電線路要設(shè)計(jì)不同的鐵塔來承載線路的負(fù)荷,而且還要考慮降低成本,同時對于鐵塔的安全系數(shù)有著嚴(yán)格的要求。

在大跨越的輸電線路架設(shè)中,鐵塔結(jié)構(gòu)是保證整個線路正常運(yùn)作的關(guān)鍵。根據(jù)輸電線路的區(qū)別,不僅在設(shè)計(jì)鐵塔時需要保證其能承載線路的負(fù)荷,還要盡量降低投入的成本,同時還要保證鐵塔的安全性。文章對輸電線路大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)是輸電線路中的重要支撐部分,但是其存在成本較高的問題。對現(xiàn)階段輸電線路大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析,找出合理有效的優(yōu)化措施,這對我國電力工程的未來發(fā)展意義重大。

本文首先分析了鋼管塔在目前的應(yīng)用情況，然后分析了其應(yīng)用于輸電線路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以供參考。

介紹了輸電線路大跨越工程高塔組立施工技術(shù)方案,吊裝設(shè)備功能需求和安全保障措施;論述了高塔組立施工設(shè)備設(shè)計(jì)方案及原則、荷載計(jì)算及組合、有限元分析方法,提出了結(jié)構(gòu)尺寸及重量估算的經(jīng)驗(yàn)公式、設(shè)備基本參數(shù);簡要介紹了電視監(jiān)控、超載保護(hù)、吊件位置檢測系統(tǒng)、搖臂自動調(diào)位裝置。

焊接空心球節(jié)點(diǎn)連接輸電線路大跨越鋼管塔構(gòu)件是一種比較理想的節(jié)點(diǎn)處理方式,但常規(guī)的球節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算理論對于超大直徑薄壁焊接空心球節(jié)點(diǎn)無法適用。結(jié)合舟山與大陸聯(lián)網(wǎng)特大跨越輸電高塔工程設(shè)計(jì)實(shí)例,通過非線性有限元分析,對無加勁肋和加勁空心球節(jié)點(diǎn)的受力特性、破壞形態(tài)和極限承載能力進(jìn)行研究,并通過對正交試驗(yàn)結(jié)果的方差分析指出加勁肋各因素對節(jié)點(diǎn)承載力水平的影響,研究結(jié)果對工程設(shè)計(jì)有較好的指導(dǎo)意義。

鋼管法蘭連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)研究是大跨越高塔設(shè)計(jì)的重要組成部分。對于某些重大的跨越高塔,由于荷載的大幅增加,法蘭節(jié)點(diǎn)按常規(guī)計(jì)算方法得到的承載能力不夠精確,使得設(shè)計(jì)人員難以準(zhǔn)確把握實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)較大,而法蘭節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確合理設(shè)計(jì)是保證結(jié)構(gòu)安全的重要環(huán)節(jié)。以舟山與大陸聯(lián)網(wǎng)工程中的370m大跨越塔為背景,對內(nèi)側(cè)螺栓連接法蘭和外側(cè)螺栓連接法蘭進(jìn)行節(jié)點(diǎn)極限承載力拉伸試驗(yàn),并建立精確的有限元分析模型,研究法蘭節(jié)點(diǎn)的力學(xué)行為、應(yīng)力分布以及彈塑性的破壞過程,證明內(nèi)法蘭與外法蘭都具有很高的安全裕度,可以作為大跨越鋼管塔的法蘭節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的一種參考。

輸電大跨越工程在運(yùn)行過程中給江堤帶來的不安全因素,主要表現(xiàn)在樁基在水平和豎向荷載的反復(fù)作用下,樁側(cè)土體會出現(xiàn)裂縫,這種裂縫可能會沿樁身貫穿堤基的相對不透水層,形成潛在的管涌通道,從而危及大堤和大跨越輸電塔架的安全。采用有限元方法對樁與土之間的相互作用進(jìn)行了接觸分析,以便為大跨越工程的設(shè)計(jì)施工提供理論依據(jù),同時為大堤的滲流場分析提供先決條件。

介紹送電線路大跨越工程及其造價(jià)特點(diǎn),匯總國內(nèi)28個大跨越工程造價(jià)數(shù)據(jù),分析影響造價(jià)的因素,以便了解工程造價(jià)特點(diǎn)和加強(qiáng)其成本控制。

介紹輸電線路大跨越工程及其造價(jià)特點(diǎn),通過針對220kv輸電線路大跨越工程實(shí)例分析了其工程造價(jià),從而加強(qiáng)其成本控制。

大跨越高塔承載著高壓荷載,影響著整個輸電線路的安全,因此必須提高其施工技術(shù)。

以1000kv淮南—南京—上海特高壓輸變電工程蘇通過江通道大跨越可研設(shè)計(jì)方案為背景,介紹了跨越塔整體式鋼管-鋼筋籠和鋼筋籠導(dǎo)向下滑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,并對2套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案對應(yīng)的鋼管配筋施工工藝進(jìn)行了真型試驗(yàn)驗(yàn)證,比較了兩套施工工藝的技術(shù)操作可行性、安全性、安裝精度、人員機(jī)具組織、施工效率,為后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案選擇和組塔技術(shù)方案制定提供了科學(xué)依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明:整體式鋼管-鋼筋籠方案安裝時間較長,工效較低,連接安裝質(zhì)量欠佳;鋼筋籠導(dǎo)向下滑方案安裝工藝安裝時間較短,工效較高,但鋼筋籠整體順利就位連接存在不確定性,需進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后,從施工安裝角度出發(fā),本文對跨越塔內(nèi)配鋼筋籠主管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案提出了一些優(yōu)化改進(jìn)建議。

基于鋼管塔構(gòu)件微風(fēng)振動的機(jī)理,推導(dǎo)了考慮構(gòu)件軸向力作用的鋼管塔構(gòu)件微風(fēng)振動起振臨界風(fēng)速的計(jì)算方法,給出了不同桿端約束鋼管構(gòu)件不發(fā)生微風(fēng)振動的最大長細(xì)比限值計(jì)算公式。分析發(fā)現(xiàn),對于小管徑的鋼管構(gòu)件,僅通過控制長細(xì)比抑制其微風(fēng)振動,勢必造成巨大的浪費(fèi)。計(jì)算表明,當(dāng)鋼管構(gòu)件的長細(xì)比不小于76時,在50年的設(shè)計(jì)使用壽命期內(nèi),構(gòu)件的微風(fēng)振動不會導(dǎo)致其發(fā)生疲勞破壞。

隨著輸電線路輸送容量及電壓等級不斷提高,桿塔荷載和塔重不斷增加。與角鋼塔相比,在大荷載輸電桿塔中合理應(yīng)用鋼管塔具有相對技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。介紹了鋼管塔應(yīng)用的主要原則和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性,研究了節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、高強(qiáng)鋼管、帶頸鍛造法蘭、高強(qiáng)螺栓等鋼管塔設(shè)計(jì)和加工方面的關(guān)鍵技術(shù)問題及其在試點(diǎn)工程的應(yīng)用情況。另外還介紹了鋼管塔的通用設(shè)計(jì)、材料供應(yīng)以及規(guī)程編制等情況。

本論文主要探討了關(guān)于輸電線路鋼鐵塔的研制所采用的主要科學(xué)技術(shù)的內(nèi)容,以及研制其的關(guān)鍵技術(shù)。討論了高壓電鋼鐵塔在如今我國的應(yīng)用現(xiàn)狀,了解到其在我國電網(wǎng)建設(shè)中將發(fā)揮越來越重要的作用,具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

500kv輸電線路黃河大跨越塔基工程分地下和地上兩大部分,集多種施工工藝方法于一體。重點(diǎn)闡述了鉆孔樁施工,支撐系統(tǒng)的選擇,高樁承臺模板的支護(hù),地腳螺栓的安放和大體積承臺砼的澆注等施工關(guān)鍵工序、技術(shù)難點(diǎn)和重點(diǎn)的具體控制方法。

針對輸電線路鐵塔基礎(chǔ)施工中,大量基礎(chǔ)存在地質(zhì)條件差、承臺基礎(chǔ)施工方量大、施工周期長等特點(diǎn),詳細(xì)介紹了輸電線路大跨越大承臺基礎(chǔ)施工的難點(diǎn)、特點(diǎn),在混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻循環(huán)水管及溫度檢測、表面養(yǎng)護(hù)等技術(shù)方面采取了有效的措施,并取得了滿意的效果。

對輸電線路大跨越工程中的高塔組立施工技術(shù)的兩大關(guān)鍵點(diǎn)吊裝設(shè)備以及施工安全保障措施,進(jìn)行了具體介紹、深入分析以及必要的論述。其中涉及了對荷載計(jì)算及組合、有限元分析方法、電視監(jiān)控、超載保護(hù)、吊件位置檢測系統(tǒng)、搖臂自動調(diào)位裝置等技術(shù)性問題以及方法的討論。

這篇文章分析了架空輸電線路搭設(shè)竹跨越架方法，其在跨越重要跨越物架線施工中存在諸多弊端和隱患，確定安全可靠、高效省時、成本低廉為新工藝的研究方向，提出了在吊車吊臂頂端安裝特制剛性跨越支架進(jìn)行架線施工的工藝。