柔性直流換流站工程大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

謝鋒

摘 要：大跨度的鋼結(jié)構(gòu)工程屬于是一個連續(xù)化的過程，它的受力狀態(tài)有著相應(yīng)的變化過程。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)階段施工之后，它結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移都會對下一個階段的內(nèi)力和位移產(chǎn)生影響，因此，在大跨度的鋼結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)該對各個階段的位移和內(nèi)力的狀況做跟蹤和計算，以便獲得較精確的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和結(jié)構(gòu)位移的累計效應(yīng)。當(dāng)大跨度的鋼結(jié)構(gòu)的各個階段施工時，都會產(chǎn)生相應(yīng)的邊界和約束條件的變化、溫度變化、構(gòu)件增刪和預(yù)應(yīng)力的變化等問題，在計算的過程中通過充分考慮這些因素能夠保證其計算結(jié)果準(zhǔn)確性較高。

關(guān)鍵詞：大跨度；鋼結(jié)構(gòu)；柔性直流；輸電

中圖分類號：TM764 文獻標(biāo)識碼：A

1.項目背景

為了在很大程度上發(fā)揮柔性直流輸電技術(shù)的示范作用，緩解居民供需矛盾問題，從而滿足廈門島經(jīng)濟以及負荷迅速增長的需要，提升廈門島電網(wǎng)供電的可靠性，建設(shè)本柔性直流輸電工程形成第8回進島線路。本工程直流額定電壓±320kV，直流額定電流1600A，輸送容量1000MW。在廈門島外翔安區(qū)新建一座送端換流站，與規(guī)劃中的彭厝（浦園）220kV變電站共站建設(shè)；在廈門島內(nèi)湖里區(qū)新建一座受端換流站，位于已建的湖邊220kV變電站西側(cè)，相隔一條規(guī)劃路。新建直流電纜路徑長度約10.7km，導(dǎo)體采用兩根交聯(lián)聚乙烯單芯銅導(dǎo)體電力電纜，導(dǎo)體截面為1800mm2；另設(shè)置第3根導(dǎo)體截面1600mm2低壓電纜作為金屬回流線。本柔直輸電工程一方面作為島內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，同時為交流聯(lián)網(wǎng)工程提供備用。

2.工藝內(nèi)容

大容量柔性直流換流站大跨度重型屋蓋閥廳鋼結(jié)構(gòu)安裝工法

（1）大跨度的鋼結(jié)構(gòu)工程屬于一個連續(xù)化的過程，它的受力狀態(tài)有著一定的變化過程。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)階段施工之后，它的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移就會對下一個階段的內(nèi)力和位移有一定的影響，所以，在大跨度鋼結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)該對各個階段的位移和內(nèi)力狀況做相應(yīng)的跟蹤和計算，以便得到精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移的累計效應(yīng)。當(dāng)大跨度鋼結(jié)構(gòu)各個階段工作時，都會出現(xiàn)一定邊界約束的條件變化、溫度變化、構(gòu)件增刪和預(yù)應(yīng)力變化等問題，在施工中充分考慮到這些因素能夠確保計算結(jié)果準(zhǔn)確性高。

（2）考慮現(xiàn)場場地狹小、地下構(gòu)筑物及地理環(huán)境條件等綜合影響條件下的安裝工藝。

3.項目意義

由于項目建設(shè)地點位于海邊，平常海風(fēng)較大，兩項工藝均考慮了設(shè)備及材料運輸及安裝時的海風(fēng)影響因素并制定相應(yīng)的工藝措施。由于采取以上工法，縮短了關(guān)鍵工序的工期，相比國外同期建設(shè)目前尚未投運的±320kV法國-西班牙聯(lián)網(wǎng)工程，本工程的建設(shè)周期大為縮短，取得很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

4.大容量柔性直流換流站大跨度重型屋蓋閥廳鋼結(jié)構(gòu)安裝工法

4.1拉格郎日列式

大跨度鋼結(jié)構(gòu)工程施工期間的力學(xué)方面的內(nèi)容受到一些人分析，拉格朗日列式一般情況下是被用在描述事物本身的一個運動狀態(tài)的工作上。拉格朗日列式事實上在描述的過程中，是直接把需要的位移度量當(dāng)作大型構(gòu)件的變形前后所顯示的運動質(zhì)點，由此而來，便把將拉格朗日坐標(biāo)稱作為了物質(zhì)性的代表坐標(biāo)。

4.2 ANSYS

在部分大型有限元的軟件加以使用的過程中，它的邊界條件對于大型的構(gòu)件帶來的預(yù)應(yīng)力變化的動態(tài)增刪都可以較為簡單的處理。然而對于大型的構(gòu)件本身預(yù)應(yīng)力變化的施加和增刪的問題，就目前而言，最有效的解決方式是：用ANSYS中存在的功能來配合計算機本身的功能。實行該措施，可以開發(fā)出有針對性、有側(cè)重的大型鋼結(jié)構(gòu)工作過程中力學(xué)分析的方式。ANSYS自身是利用無數(shù)個擁有激活和殺死功能的數(shù)據(jù)單元庫而構(gòu)成，從本質(zhì)上來說，軟件自身是屬于有限元大型軟件。

4.3 大跨度鋼結(jié)構(gòu)工程施工中力分析的方法

如圖1所示，水平直線表示的是設(shè)計的位置，虛線則表示的是鋼結(jié)構(gòu)在安裝的過程中變形之后的位置，點劃線表示新增的構(gòu)件。針對圖1所表示的3種情況，可以確定以下幾條原則：第一點，如果新增的構(gòu)件和已有構(gòu)件無連接，便使用節(jié)點設(shè)計坐標(biāo)作為新節(jié)點坐標(biāo)。如圖1（a），新的節(jié)點o坐標(biāo)就可以在已有的構(gòu)件JK的延長線的方向和設(shè)計長度|KL|來進行計算，如圖1（b），JK是結(jié)構(gòu)中新增的構(gòu)件，沒有新增節(jié)點，它的構(gòu)件長度就能夠通過變形以后J和K節(jié)點的長度而確定。使用有限元軟件來對大跨度鋼結(jié)構(gòu)進行分析，主要的計算方法是：如果新增的構(gòu)件和已有構(gòu)件沒有連接，就能夠使用設(shè)計坐標(biāo)單元激活的方式直接來計算；如果使用兩節(jié)或者三節(jié)作為修正單位的時候，新增的節(jié)點坐標(biāo)就應(yīng)該和設(shè)計位置一樣；如果新增的單元向內(nèi)聚攏時，那么新增節(jié)點的坐標(biāo)沒使用單元激活的方法來計算。以上所述是對新增的構(gòu)件情況進行的研究，例如邊界變化情況和構(gòu)件撤除等操作的研究，若根據(jù)以上所述的方法，使用有限元軟件，能夠獲得計算方法。通過該方式，能夠有效減少大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中力學(xué)研究和分析的復(fù)雜程度以及難度，從而提升計算效率。

4.4平面控制的思路

（1）想到該工程施工中的質(zhì)量要求較高的特點和工程安裝施工的順序，在結(jié)構(gòu)的周圍布置多個觀測點而形成的閉合型四邊形來實現(xiàn)總體的坐標(biāo)控制。此外，獨立控制網(wǎng)要布置在外側(cè)，同時還要控制點的設(shè)置，盡量距施工道路和作業(yè)區(qū)域較遠并且通視效果良好?？刂泣c設(shè)置穩(wěn)定之后，對控制點坐標(biāo)進行測量，經(jīng)過控制網(wǎng)平差計算，而確定坐標(biāo)以后當(dāng)作本工程平面測量的控制點。

（2）其次，平面控制網(wǎng)想到土建結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)工程施工階段控制范圍，所以最好土建和鋼結(jié)構(gòu)共用同一套控制網(wǎng)，確保結(jié)構(gòu)工作中的準(zhǔn)確性，也避免了各專業(yè)施工對控制點的破壞。

4.5高程控制的思路

（1）使用現(xiàn)場設(shè)立高控制程網(wǎng)的方法，實施總體的高程測量控制，并且按控制高程網(wǎng)布置來實施閉合測量和平差計算，從而確定控制點的高程，當(dāng)作該工程高程測量基準(zhǔn)點。

（2）鋼結(jié)構(gòu)和土建以及設(shè)備安裝和室內(nèi)外裝修等等專業(yè)用同一個平面和高程控制網(wǎng)。endprint

5.大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵點

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工由于其施工的特殊性，對于施工技術(shù)的要求有著較高的要求，施工過程需要考慮的關(guān)鍵問題也比較多，具體來說，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)點有3個：

第一個是CAD技術(shù)問題，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)的應(yīng)用也越來越重要。CAD技術(shù)在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工過程中是主要的繪圖技術(shù)，基于CAD技術(shù)的優(yōu)秀圖像設(shè)計，處理功能，如能合理地運用，對于提升工程施工效果將具有非常重大的意義。

第二個是對鋼結(jié)構(gòu)施工進行仿真模擬。在施工過程中，鋼結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力是很大的，需要在施工之前對相關(guān)的施工結(jié)構(gòu)進行仿真模擬，在確保施工安全和施工質(zhì)量的情況下進行合理施工。

第三個合理應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)安裝方式。在進行大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，對安裝方式的要求非常高，而傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)安裝方式不能滿足現(xiàn)在的施工需要了。所以需要相關(guān)技術(shù)人員對原有的鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)進行必要的創(chuàng)新和改進，從而找到一種對于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工最為合理的鋼結(jié)構(gòu)安裝方式。

6.項目主要成果和創(chuàng)新

（1）本工程是目前世界電壓等級最高，容量最大的柔直流項目，其閥廳屋蓋安裝工藝是目前國內(nèi)電網(wǎng)建設(shè)同類項目中高度最高，跨度最大的項目；而柔性直流換流站換流閥閥塔設(shè)備安裝也同常規(guī)直流的懸掛式閥塔安裝工藝不同。

（2）實現(xiàn)了在緊湊場地條件下安裝機械、材料及安裝人員的有序、合理布置及進出。滿足了多專業(yè)配合施工時不互相干擾的要求。

（3）由于項目建設(shè)地點位于海邊，平常海風(fēng)較大，兩項工藝均考慮了設(shè)備及材料運輸及安裝時的海風(fēng)影響因素并制定相應(yīng)的工藝措施。

（4）實現(xiàn)了在閥廳下遍布設(shè)備基礎(chǔ)、通風(fēng)道、電纜溝道及冷卻管溝道等地下構(gòu)筑物的場地情況下，在安裝過程中既保護已有構(gòu)筑物，又保證了安裝效率及質(zhì)量。

結(jié)論

大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)實現(xiàn)了對現(xiàn)場進行合理，有序的安排以及布置。并針對現(xiàn)實的環(huán)境因素應(yīng)采取相應(yīng)的措施。在進行安裝的時候，需要對已有的建筑物進行保護，同時又要對安裝的效率以及質(zhì)量進行保證。

參考文獻

[1]李宗春.大跨度鋼屋架整體滑移方案有限元分析[J].鋼結(jié)構(gòu) 2006，21（1）：72-74.

[2]常海山.大跨空間結(jié)構(gòu)發(fā)展與對策[J].建材世界，2012，33（2）：111-113.

[3]李千.關(guān)于廣場大跨度巨型支架安裝技術(shù)的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2014：17-18.endprint