電力鋼管桿失效解析及改進(jìn)對策

陶禮兵，張杰，陸益民

（1．衢州電力局，浙江衢州324000；2．浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

電力施工

電力鋼管桿失效解析及改進(jìn)對策

陶禮兵1，張杰2，陸益民1

（1．衢州電力局，浙江衢州324000；2．浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

通過對一起10 kV鋼管桿強度不足的全過程失效分析，從桿塔設(shè)計、桿型結(jié)構(gòu)、材料選用、制造施工等多個環(huán)節(jié)著手，分析可能引起撓度超標(biāo)和節(jié)點彎曲的原因，提出相應(yīng)的改進(jìn)對策，并取得了良好的效果。

鋼管桿；強度檢測；原因分析；改進(jìn)對策

隨著人們對環(huán)境美觀要求的日漸提升，鋼管桿在電網(wǎng)中得以廣泛使用。在鋼管桿的設(shè)計、施工、運行各階段，電桿的整體撓度和節(jié)點彎曲度是關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)，在各類規(guī)范中均有明確要求。本文通過對一起10 kV鋼管桿強度不足案例的全過程解析，對線路設(shè)計和施工制造提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 案例現(xiàn)場

10 kV湖平線延伸工程終端采用單回路鋼管桿，桿塔單側(cè)受力，主桿采用法蘭盤連接，各項設(shè)計使用參數(shù)見表1。施工單位在現(xiàn)場安裝過程中發(fā)現(xiàn)，鋼管桿在架線后整體向受力側(cè)明顯傾斜，且左右兩道導(dǎo)線橫擔(dān)受力后向主桿中心合攏、節(jié)點彎曲明顯，施工緊線所設(shè)置臨時拉線受力異常。線路平面布置如圖1所示，鋼管桿單線如圖2所示。

圖1 現(xiàn)場平面布置

2 現(xiàn)場實測結(jié)果

引起桿塔強度不足、受力異常的原因較多，為盡可能保證原因分析無遺漏，對現(xiàn)場檢測的內(nèi)容和要求也盡可能地全面到位。檢測內(nèi)容主要包括導(dǎo)線弧垂測量、桿塔基礎(chǔ)測試、鋼管桿撓度測量、關(guān)鍵節(jié)點彎曲度測量、材質(zhì)光譜分析、板材厚度測量等6項。

圖2 鋼管桿單線示意

（1）導(dǎo)線弧垂測量。經(jīng)現(xiàn)場勘測與設(shè)計比較分析，與終端桿相連的線檔為弧立檔，設(shè)計弧垂為25.23 m，實測弧垂為25.39 m，符合規(guī)范要求。

（2）桿塔基礎(chǔ)測試。經(jīng)實測，基礎(chǔ)外觀良好無明顯裂紋，水平面檢測誤差符合基礎(chǔ)要求，混凝土強度等級符合要求。

（3）鋼管桿撓度測量。經(jīng)實測，該桿塔整體實際撓度為18‰，嚴(yán)重超標(biāo)；同時在法蘭盤處節(jié)點彎曲變形明顯。

（4）關(guān)鍵節(jié)點彎曲度測量。經(jīng)檢測，導(dǎo)線橫擔(dān)實際中心線偏離設(shè)計達(dá)30 cm，相對主桿連接處節(jié)點彎曲度達(dá)15%，嚴(yán)重超標(biāo)。

（5）板材厚度測量。原設(shè)計主桿的下端鋼板厚度為14 mm、上端為12 mm、橫擔(dān)為8 mm；經(jīng)實測，主桿的實際下端鋼板厚度為12.6 mm、上端為10.5 mm、橫擔(dān)為7 mm。

表1 10kV湖平線延伸工程鋼管桿設(shè)計參數(shù)

（6）材質(zhì)光譜分析。檢測5個點（橫擔(dān)2個點，主桿3個點），并將結(jié)果進(jìn)行加權(quán)平均，測算得出其鋼材化學(xué)成分如表2所示。同時與相應(yīng)材料所含化學(xué)成分進(jìn)行比較，推測該基桿塔所用板材全部為Q235號鋼材。

表2 鋼管桿主要板材化學(xué)成分

3 失效原因分析

按照當(dāng)前物資采購方式，鋼管桿結(jié)構(gòu)通常由制造商設(shè)計，經(jīng)電力設(shè)計部門確認(rèn)。在上述檢測的基礎(chǔ)上與設(shè)計圖紙進(jìn)行比較，同時查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，確認(rèn)引發(fā)該鋼管桿強度不足的原因主要有以下3個方面。

3.1 設(shè)計時先天不足

（1）橫擔(dān)與主桿連接部位關(guān)鍵點設(shè)計不當(dāng)，僅以2塊平行鋼板插入橫擔(dān)，與導(dǎo)線橫擔(dān)用2排螺栓相連緊固，其中未設(shè)計有效補強措施，致使在該節(jié)點處強度不足。

（2）主桿設(shè)計時采用的控制工況不當(dāng)。在進(jìn)行控制工況選擇時，設(shè)計軟件采用的是低溫控制，由此得到的標(biāo)準(zhǔn)彎矩、桿塔應(yīng)力、撓度等數(shù)據(jù)偏?。唤?jīng)再次深入計算，該基桿塔的實際控制工況為大風(fēng)控制，兩者工況的數(shù)據(jù)對比見表3。

表3 2種不同控制工況下的主要設(shè)計參數(shù)差異對比

（3）在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計時，未對基礎(chǔ)頂面進(jìn)行反向預(yù)高設(shè)計，致使荷載未能相應(yīng)減少，傾斜度和撓度進(jìn)一步加劇。

（4）桿段之間法蘭盤連接處未設(shè)計相應(yīng)的施工檢修位置，致使安裝人員在吊裝后難以進(jìn)行二次緊固調(diào)節(jié)。

3.2 制造商工藝控制不佳

（1）鋼管桿使用的材料以弱代強。原圖紙中導(dǎo)線橫擔(dān)所用鋼材類型為Q345，實際用材為Q235，兩者的材料性能指標(biāo)有很大差異。根據(jù)GB 50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，2種鋼材的力學(xué)性能見表4。

表4 鋼管桿板材強度設(shè)計值

（2）鋼板用材厚度不足。原設(shè)計主桿的下端鋼板厚度為14 mm、上端為12 mm、橫擔(dān)為8 mm；經(jīng)實測，主桿的下端鋼板厚度為12.6 mm、上端為10.5 mm、橫擔(dān)為7 mm，不符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 709-2006《熱軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》中的相應(yīng)規(guī)定（如表5所示），實際誤差如表6所示。

表5 標(biāo)準(zhǔn)單軋鋼板的厚度允許偏差（N類）

（3）桿段間連接法蘭盤處加筋板之間的設(shè)計間距偏小，加上人工電焊水平的差異，致使部分加筋板的間距進(jìn)一步縮小，緊固螺絲專用大扳手難以放置，導(dǎo)致施工時部分螺絲難以緊固到位。

3.3 施工安裝不規(guī)范

根據(jù)電力線路施工及驗收規(guī)范的要求，為保證桿塔的傾斜度符合要求，鋼管桿在整體起立后應(yīng)進(jìn)行二次緊固和調(diào)節(jié)，這是因為桿件在起吊受力后容易發(fā)生局部偏移，部分螺絲在受力后緊固度產(chǎn)生偏差，故需要在起立后進(jìn)行桿上緊固調(diào)整。但是施工單位僅在法蘭盤處的爬梯位置進(jìn)行了緊固，爬梯背面和側(cè)面未進(jìn)行緊固，致使緊線后桿件進(jìn)一步向受力側(cè)傾斜。

表6 實際誤差數(shù)值

3.4 鋼管桿板材受力計算

GB 50061-2010《66 kV及以下架空電力線路設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，“桿塔結(jié)構(gòu)在長期荷載作用下，鋼管桿的計算撓度不應(yīng)大于計算長度的15‰”。按照實測板材類型和厚度，結(jié)合桿塔承受載荷重新計算，按正常運行條件下的計算結(jié)果見表7。

表7 不同厚度下的計算結(jié)果

4 改進(jìn)措施

明確該基桿塔強度不足的原因后，采用了以下針對性整改措施，以提高桿塔自身強度，有效保證電力線路安全可靠性。

（1）完善桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計，消除先天缺陷。主桿根據(jù)大風(fēng)控制工況重新設(shè)計，將桿件整體撓度設(shè)計降到8‰以內(nèi)，主桿與橫擔(dān)連接處加設(shè)加筋板補強，桿段之間法蘭盤連接處加設(shè)施工檢修位置，方便安裝人員在吊裝后進(jìn)行二次緊固調(diào)節(jié)。

（2）加強制造商內(nèi)部管理，確保工藝水平達(dá)標(biāo)。將主桿板材由Q235改為Q345，板材厚度、類型選用嚴(yán)格按照設(shè)計要求，嚴(yán)格執(zhí)行ISO900等質(zhì)量控制流程管理，確保焊接折彎等關(guān)鍵環(huán)節(jié)達(dá)到要求。

（3）規(guī)范現(xiàn)場施工工藝。由于基礎(chǔ)在前期未能預(yù)高，故采用在鋼管桿底部加墊鐵板的方法進(jìn)行修正，鐵板由厚到薄不等高設(shè)置（2 mm，4 mm，6 mm，8 mm，10 mm），從而有效減少桿身荷載。同時，在桿塔吊裝后進(jìn)行二次緊固和調(diào)節(jié)，確保主桿傾斜度和關(guān)鍵節(jié)點處彎曲度不超標(biāo)。

5 結(jié)語

根據(jù)上述分析，引發(fā)10 kV湖平線終端桿強度不足的原因主要是設(shè)計不合理和制造商內(nèi)部管理不當(dāng)以及現(xiàn)場施工安裝不夠嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范。經(jīng)過針對性改進(jìn)，鋼管桿順利安裝到位，經(jīng)現(xiàn)場檢測，桿身撓度和關(guān)鍵節(jié)點彎曲度等關(guān)鍵指標(biāo)均符合要求，線路順利投運，至今已安全運行超過2年。

結(jié)合當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)施工的現(xiàn)狀，很多鋼管桿的設(shè)計圖由廠家提供，受廠家技術(shù)人員水平差異所限，存在著一定的工程隱患。為進(jìn)一步控制入網(wǎng)產(chǎn)品質(zhì)量，建議在今后的類似工程中，廠家提供的設(shè)計圖必須經(jīng)有資質(zhì)的設(shè)計部門進(jìn)行校核后方可加工，以確保工程質(zhì)量。

（本文編輯：徐晗）

Analysis on Failure of Electric Poles and the Improvement

TAO Li bing1，ZHANG Jie2，LU Yi min1
（1.Quzhou Electric Power Bureau，Quzhou Zhejiang 324000，China；2.Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

By analysis on a whole-process failure of 10 kV steel poles due to poor strength，the paper explores the reasons of excessive deflection and node bending in terms of design of poles and towers，pole structure，material selection，manufacture and construction；it proposes relevant improvement，in which favorable effect is achieved.

steel pole；strength test；cause analysis；improvement

TM754

：B

：1007-1881（2013）10-0074-03

2013-06-26

陶禮兵（1976-），男，浙江衢州人，工程師，從事電力線路與金屬技術(shù)監(jiān)督管理工作。