110kV鋼管桿在工程設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)體會(huì)

段晨艷

摘 要：鋼管桿是一種實(shí)用新型鐵塔，結(jié)合東營(yíng)地區(qū)一些輸電線路的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)110kV輸電線路鋼管桿的截面、根徑、梢徑、撓度、選材等設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了最優(yōu)推選，對(duì)在法蘭連接、地腳螺栓、灌注樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中需注意的事項(xiàng)進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：110kV輸電線路；鋼管桿；灌注樁

1 概況

鋼管桿是一種實(shí)用新型鐵塔，外表美觀，占地面積小，性價(jià)比高。塔體采用分節(jié)段結(jié)構(gòu)，通過法蘭用高強(qiáng)度螺栓連接，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制造容易、運(yùn)輸方便、安裝快捷特點(diǎn)，能附合各種較復(fù)雜場(chǎng)地的安裝。并且運(yùn)行安全可靠，維護(hù)工作量少。因此鋼管桿在架空送電線路工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 鋼管桿設(shè)計(jì)

鋼管桿依據(jù)《架空送電線路鋼管桿設(shè)計(jì)技術(shù)》進(jìn)行設(shè)計(jì)，鋼管桿計(jì)算采用北京道亨公司NSA鋼管桿設(shè)計(jì)系統(tǒng)（2009）版。設(shè)計(jì)上要做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，設(shè)計(jì)中參數(shù)的選取尤為重要。下面我就將我在工程《110kV九廣、九安線路工程》中獲得的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)與大家一起分享。

2.1 設(shè)計(jì)使用的條件

本工程位于東營(yíng)地區(qū)，線路為110kV雙回路，水平檔距200m，垂直檔距250m，結(jié)構(gòu)重要類別為二級(jí)。本地區(qū)的氣象設(shè)計(jì)條件，即最大風(fēng)速為30m/s，設(shè)計(jì)最大覆冰為10mm，最低氣溫-20℃，最高氣溫40℃；最大覆冰10mm；導(dǎo)線型號(hào)LGJ-240/40，安全系數(shù)5，地線型號(hào) GJ-50，安全系數(shù)7；呼稱高18～21m；這些參數(shù)均由電力專業(yè)提供。

2.2 桿型選擇及優(yōu)化設(shè)計(jì)

一般鋼管桿采用正多邊形的桿段，鋼管桿由橫擔(dān)、桿身、底板三部分組成。鋼管桿的材料：一般直線桿、選用Q235橫擔(dān)，轉(zhuǎn)角、選用Q345終端桿，法蘭材料與主桿一致。

2.2.1 橫擔(dān)形式

橫擔(dān)采用箱型變形截面型式，即雁翅型橫擔(dān)，增加了桿型的整體美觀性。橫擔(dān)不宜直接與桿身連接。在桿身上焊接靴梁支座，使橫擔(dān)傳來的外力得以分散，以避免桿體局部壓曲。橫擔(dān)根部高寬比約為1.5∶1，一般取根部高210～350mm，根部寬200～250mm，稍部高100mm，稍部寬150mm，鋼板厚度10mm。

2.2.2 桿身主柱

鋼管桿主柱受鋼模長(zhǎng)度、直徑的限制，可根據(jù)結(jié)構(gòu)受力、變形等要求，較隨意調(diào)整桿段的長(zhǎng)度、坡度、壁厚等設(shè)計(jì)參數(shù)，使設(shè)計(jì)更趨于合理化。桿身設(shè)計(jì)主要從以下幾點(diǎn)控制：

（1）主桿分段：從桿頂至桿底方向（從上到下），桿段長(zhǎng)度盡量做到上長(zhǎng)下短，因壁厚是遞增的，桿段長(zhǎng)、桿壁厚直接影響桿重。另外，還要結(jié)合橫擔(dān)位置調(diào)整每段的桿長(zhǎng)，使其與橫擔(dān)的距離大于500mm，以便法蘭的安裝。由于受到運(yùn)輸、模壓、熱鍍鋅的工藝限制，每段桿長(zhǎng)控制在10m左右。

（2）主桿截面及尺寸：圓形截面受力最優(yōu)，但由于鋼管桿是一個(gè)壓彎結(jié)構(gòu)，其受力以彎矩為主，在桿身一側(cè)存在很大的拉力，設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免橫向焊縫，以免造成桿身橫向斷裂事故。桿身通常采用正多邊形，直線桿和小轉(zhuǎn)角桿采用12邊形，60°以上的轉(zhuǎn)角桿采用16邊形。鋼管桿是以桿頂撓度、強(qiáng)度、徑厚比來控制的。根據(jù)《架空送電線路鋼管桿設(shè)計(jì)技術(shù)》DL/T 5130-2001規(guī)定，直線桿5‰，轉(zhuǎn)角和終端桿20‰的撓度限值，根徑、梢徑的大小直接影響撓度數(shù)值，鋼管桿的力學(xué)模型為一個(gè)懸臂梁，撓度與截面慣性矩I成反比，計(jì)算公式：I=c·D3t，其中c為與截面邊數(shù)有關(guān)的常數(shù)，鋼管桿直徑D對(duì)撓度的影響遠(yuǎn)大于壁厚t，因此擴(kuò)大梢徑尺寸，可使鋼管桿的整體剛度顯著提高，鋼管直徑D與壁厚t的比控制在100以內(nèi)。根據(jù)設(shè)計(jì)的多條線路的計(jì)算，總結(jié)出110kV雙回路鋼管桿直徑的經(jīng)驗(yàn)取值。（見表1）

（3）桿體之間的連接：桿體之間的連接通常采用法蘭連接。桿段間采用法蘭連接，避免了施工焊接，有利于保護(hù)主桿鍍鋅層不受破壞。中間法蘭連接螺栓宜采用6.8級(jí)高強(qiáng)度螺栓，螺栓直徑不小于16mm，由設(shè)計(jì)系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算所得螺栓的數(shù)量多、法蘭盤外徑小、法蘭肋板小，經(jīng)濟(jì)性比較好，由于每個(gè)螺栓間操作空間小，不便于安裝，故需人為調(diào)整螺栓的數(shù)量，以螺栓間距控制在約100mm為宜。法蘭盤和桿身主柱采用焊接方式，需要注意的是桿體與法蘭之間內(nèi)外連接焊縫承載能力之和不應(yīng)小于桿身承載能力，如圖1所示。

2.2.3 底板

底板采用法蘭盤和桿身主柱下節(jié)底部焊接方式，利用地腳螺栓與鋼管桿法蘭盤連接。地腳螺栓采用45#優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，由于鋼管桿地腳螺栓數(shù)量較多，在施工中很難準(zhǔn)確定位，解決辦法是采用定位錨板，與底板法蘭同時(shí)鉆孔加工，使地腳螺栓、錨板組合為一個(gè)整體。做法如圖2所示。

2.3 鋼管桿基礎(chǔ)

鋼管桿基礎(chǔ)一般采用鋼筋混凝土臺(tái)階式獨(dú)立基礎(chǔ)和灌注樁基礎(chǔ)。獨(dú)立基礎(chǔ)以天然地基作持力層，屬于淺基礎(chǔ)，適合于地基承載力較好，有較大的位置空間，土質(zhì)比較均勻的情況下選用。由于高壓送電線路一般位于荒地郊外或公路邊，或交通不便，或地理位置空間密集，加之該地區(qū)地下水位較高、工程地質(zhì)條件較差、工期緊等因素，采用獨(dú)立基礎(chǔ)難以滿足要求，而灌注樁具有技術(shù)成熟、施工速度快、施工工藝簡(jiǎn)單，具有良好的承壓、抗水平力等特點(diǎn)，并可在多種土層中成樁，不受地下水位的限制，因此在本地區(qū)被廣泛采用。110kV雙回路鋼管桿基礎(chǔ)采用獨(dú)立樁基礎(chǔ)，樁頂水平位移對(duì)樁徑起主要控制作用，這里需要提醒一下，灌注樁直徑除滿足經(jīng)優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果外，還應(yīng)滿足下式要求：D≥D1+2（d1+d2+d3+e）+10，這樣才能保證地腳螺栓順利放入，式中字母含義如圖3所示。

3 結(jié)束語

隨著城市建設(shè)高速發(fā)展，電網(wǎng)建設(shè)勢(shì)必也會(huì)迅速發(fā)展，鋼管桿的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，本文結(jié)合自己的部分工程總結(jié)了幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)今后的類似設(shè)計(jì)能有所幫助。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼管桿造價(jià)約占送電線路工程本體造價(jià)的40%左右，對(duì)工程的造價(jià)有著很大的影響，因此，在確保質(zhì)量、安全適用的前提下，鋼管桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)非常重要，做到設(shè)計(jì)上技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理仍是我們大家共同的任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]沈才元，章志鴻.110kV鋼管桿設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考[J].華東電力，2005，31（12）：32-34.

（作者單位：中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司）