改變施工順序?qū)U塔受力影響的探討

廣東電網(wǎng)發(fā)展研究院 陳錕

0 引言

為明確綠色電網(wǎng)的技術(shù)要點(diǎn)、評(píng)價(jià)方法及行動(dòng)計(jì)劃，中國南方電網(wǎng)頒布了《3C綠色電網(wǎng)建設(shè)指南》（下稱指南）。指南明確了在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等各環(huán)節(jié)中，節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材與環(huán)境保護(hù)等措施與要求[1]。本文從節(jié)材出發(fā)，結(jié)合桿塔設(shè)計(jì)中的荷載組合情況，提出優(yōu)化的施工安裝方案，旨在減少安裝工況下的荷載效應(yīng)，為日后桿塔設(shè)計(jì)提供依據(jù)[2,3]。

1 思路方法

根據(jù)《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》、《架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中關(guān)于導(dǎo)地線施工安裝的要求，安裝順序大致可組合為：從上至下，從左至右或從右至左，從本側(cè)至另側(cè)，先地線后導(dǎo)線[4-8]。通過將施工安裝荷載進(jìn)行組合，可模擬出前（后）側(cè)導(dǎo)線已錨，另側(cè)未錨的情況，這種組合下將出現(xiàn)最大施工彎矩效應(yīng)，而左側(cè)導(dǎo)線已錨，右側(cè)未裝的情況則將出現(xiàn)最大施工扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。為了減小導(dǎo)地線安裝情況下的彎曲和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，現(xiàn)對(duì)安裝順序做以下修改：將回路作為施工單元，即將單一回路的前后側(cè)導(dǎo)線均架線完畢后，再進(jìn)行下一回路的施工。通過這種荷載組合以減小安裝荷載對(duì)塔身彎矩和扭矩的影響。

2 結(jié)果分析

本文對(duì)某四回路Ⅰ型轉(zhuǎn)角塔（0°～20°）進(jìn)行分析，模擬優(yōu)化前后的桿塔安裝施工荷載，利用《自立式鐵塔內(nèi)力分析軟件》（簡稱：TTA）進(jìn)行桿塔分別進(jìn)行安裝工況和全工況荷載計(jì)算，得出結(jié)果如下：

2.1 安裝工況

2.1.1 計(jì)算結(jié)果

表1 主材受力變化對(duì)比表

圖1 塔身主材受力變化圖

圖2 塔腿主材受力變化圖

表2 塔身斜材受力變化對(duì)比表

圖3 塔身正面斜材受力變化圖

圖4 塔身側(cè)面斜材受力變化圖

表3 塔腿斜材受力變化對(duì)比表

圖5 塔腿正面斜材受力變化圖

圖6 塔腿側(cè)面斜材受力變化圖

2.1.2 分析[9,10]

從圖表結(jié)果分析，通過優(yōu)化導(dǎo)地線安裝順序，桿塔桿材受力有了明顯的變化。

塔身、塔腿主材拉、壓力核減明顯（圖1、圖2），塔身主材核減比例從上至下增大（表1），最大達(dá)到20.5%，塔腿主材核減比例在26.9%以上。在在塔頭位置出現(xiàn)局部桿件增加，原因在于導(dǎo)地線的安裝豎向荷載引起的彎矩效應(yīng)增大導(dǎo)致。

塔身斜材受力變化可分為兩個(gè)區(qū)段（圖3、圖4），上半部區(qū)段（1#～7#）受力變化不明顯，下半部分區(qū)段（8#～12#）受力明顯減小，核減比例在19.8%以上（表2）。上半?yún)^(qū)段受力變化較小，原因在于安裝工況調(diào)整前后，對(duì)上層雙回路而言，荷載組合沒有變化，受力變化不明顯。下半?yún)^(qū)段由于安裝工況的調(diào)整，彎矩和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)有了明顯變化，導(dǎo)致受力變化明顯。

塔腿正面斜材受力變化明顯（圖5），核減比例在20%以上（表3），側(cè)面斜材受力變化較小（圖6）。對(duì)邊坡以下的斜材，扭轉(zhuǎn)和彎矩效應(yīng)均對(duì)桿件受力產(chǎn)生影響，但是效應(yīng)方向相反，正面斜材在扭轉(zhuǎn)效應(yīng)Tz和彎矩效應(yīng)My的影響下受力明顯減小，而側(cè)面斜材由于工況調(diào)整后，彎矩效應(yīng)Mx減小了，使得側(cè)面斜材收力減小不明顯。

2.2 全工況分析

2.2.1 計(jì)算結(jié)果

表4 塔身主材受力變化對(duì)比表

圖7 塔腿正面斜材受力變化圖

圖8 塔腿側(cè)面斜材受力變化圖

表5 塔身斜材受力變化對(duì)比表

圖9 塔腿正面斜材受力變化圖

圖10 塔腿側(cè)面斜材受力變化圖

表6 塔腿斜材受力變化對(duì)比表

圖11 塔腿正面斜材受力變化圖

圖12 塔腿側(cè)面斜材受力變化圖

2.2.2 分析[9,10]

從圖表結(jié)果分析，相較單純的安裝工況，全工況計(jì)算下，桿塔部分桿件控制工況由安裝控制轉(zhuǎn)化為其他工況控制，受力核減比例減小。

塔身主材，上半?yún)^(qū)段（1#～7#）核減較為明顯（圖7、8），最大核減比例為12%（表4），下半?yún)^(qū)段（8#～12#）受力沒有明顯變化（圖7、8），原因在于上半?yún)^(qū)段的主材受安裝控制，安裝產(chǎn)生彎矩效應(yīng)得到了優(yōu)化，而下半?yún)^(qū)段的主材開始轉(zhuǎn)由正常大風(fēng)控制，彎矩效應(yīng)沒有變化。

塔身斜材受力變化可分為兩個(gè)區(qū)段（圖9、10），上半部區(qū)段（1#～7#）受力無變化，下半部分區(qū)段（8#～12#）受力較為明顯，最大核減比例為14.8%（表5）。上半?yún)^(qū)段受力無變化，原因在于桿件主要受斷線工況控制。下半?yún)^(qū)段，工況調(diào)整后，斜材控制工況由安裝工況轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗑€工況控制，有一定比例的折減。

塔腿斜材主要由安裝工況控制，變化情況與僅考慮安裝情況下的計(jì)算分析結(jié)果一致。

3 結(jié)束語

施工工況作為桿塔計(jì)算工況的重要組成部分，對(duì)桿塔中的較大部分桿件受力起控制作用。本文通過改變施工安裝順序，利用TTA有限元分析軟件，對(duì)某四回路Ⅰ型轉(zhuǎn)角塔分別進(jìn)行安裝工況和全工況作用下的分析計(jì)算，得到桿塔構(gòu)件的受力改變情況。得出結(jié)論如下：

1）在桿塔施工架線階段，施工順序的調(diào)整對(duì)桿塔在主材和斜材的受力均有改善，特別是在塔身主材、塔身下層雙回路斜材和邊坡以下的正面斜材影響最大。荷載組合的優(yōu)化大大改善了桿塔的受力情況，增大了桿件的安全余度，提高桿塔整體的安全性。

2）通過全工況的分析計(jì)算，施工順序的調(diào)整對(duì)塔身受力有一定比例的核減，特別是塔身側(cè)面斜材、塔腿正面斜材受力明顯改善。通過精確的模型計(jì)算，采用優(yōu)化的施工架線的桿塔，在設(shè)計(jì)階段，其部分桿材可以適當(dāng)減小構(gòu)件型號(hào)，降低塔重指標(biāo)，達(dá)到節(jié)材的目的。

[1]3C綠色電網(wǎng)建設(shè)指南[Z].中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司,2013.

[2]王璋奇,輸電線路桿塔設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題[J].電力建設(shè),2002(1).

[3]傅春蘅,高壓輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)幾點(diǎn)分析[J].電力建設(shè),2003(1).

[4]GB 50545-2010,110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2010.

[5]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].北京:中國計(jì)劃出版社,2012.

[6]張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）[M].北京:中國電力出版社,2003.

[7]余詩俊.220kV 輸電線路緊線施工技術(shù)的改進(jìn)措施[J].江西電力,2010(1).

[8]陳登云,黎正文.起高壓架空輸電線路架線用張力機(jī)、牽引機(jī)的設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2001(11).

[9]J.M.蓋爾.桿系結(jié)構(gòu)分析[M].北京:水利電力出版社,1980.

[10]謝祚水.計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2004.