新型超長(zhǎng)單管連續(xù)構(gòu)架連接裝置應(yīng)用研究

王 瑞

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001)

變電站擴(kuò)建項(xiàng)目中土建工程質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到變電站擴(kuò)建項(xiàng)目整個(gè)工程的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，且直接影響到變電站安裝電氣設(shè)備的安全、質(zhì)量、進(jìn)度，涉及到擴(kuò)建區(qū)域人們的生產(chǎn)生活安全用電。

本文結(jié)合朔州安榮220 kV變電站擴(kuò)建出線間隔工程，按照單純復(fù)制既有間隔的梁柱及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)信息，并采取法蘭固定連接新舊鋼梁以延長(zhǎng)連續(xù)架構(gòu)的普通做法遇到的問(wèn)題進(jìn)行探討，重點(diǎn)介紹一種可以釋放溫度應(yīng)力的連接裝置，論述其在超長(zhǎng)單管連續(xù)構(gòu)架中的應(yīng)用。

1 技術(shù)背景

目前，在一般220 kV變電站工程項(xiàng)目中，高強(qiáng)鋼管梁柱結(jié)構(gòu)以其受力性能好、節(jié)約鋼材、施工簡(jiǎn)單、輕巧優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)成為變電站出線架構(gòu)的最主要的結(jié)構(gòu)形式之一。在變電站高強(qiáng)鋼管梁柱結(jié)構(gòu)構(gòu)架中，單管梁和構(gòu)架柱通常采用固接構(gòu)造的連接形式形成連續(xù)剛架。在一般變電站工程項(xiàng)目中，220 kV變電站出線架構(gòu)長(zhǎng)度均小于或接近100 m。但是，當(dāng)變電站擴(kuò)建需要增加戶外配電裝置的供電間隔時(shí)，這種連續(xù)剛架長(zhǎng)度均超過(guò)了100 m，此時(shí)應(yīng)考慮溫度效應(yīng)的影響。如果按照單純復(fù)制既有間隔的梁柱及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)信息、并繼續(xù)采取法蘭固定連接新舊鋼梁以延長(zhǎng)連續(xù)架構(gòu)的擴(kuò)建設(shè)計(jì)方案，溫度效應(yīng)工況則會(huì)起控制作用，在這種情況下，新舊端撐柱的上拔力及豎向力急劇增大，使得原有端撐基礎(chǔ)不滿足抗拔穩(wěn)定的計(jì)算要求，造成安全隱患。

為了釋放溫度應(yīng)力，防止新擴(kuò)建架構(gòu)對(duì)原有架構(gòu)產(chǎn)生的安全隱患，并考慮加工制造安裝方便，需要研究一種能滿足設(shè)計(jì)要求的連接結(jié)構(gòu)。本文將具體介紹一種可以釋放溫度應(yīng)力的連接裝置，其解決了當(dāng)擴(kuò)建后連續(xù)剛架長(zhǎng)度超過(guò)100 m時(shí)，由于單管梁固接連接結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的新舊端撐柱的上拔力急劇增大、致使端撐基礎(chǔ)不滿足抗拔穩(wěn)定計(jì)算要求的問(wèn)題。該裝置只允許鋼管梁沿縱向滑動(dòng)，不僅可以達(dá)到釋放溫度應(yīng)力的目的，而且可以很好的承受剪力和彎矩。

2 連接裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)造及實(shí)施方式

該連接裝置的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，包括單管2、延伸單管1和連接管3，在連接管3的左端內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有連接管左加強(qiáng)環(huán)筋4，在連接管3的右端內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有連接管右加強(qiáng)環(huán)筋5，在延伸單管1的右端口外側(cè)面上設(shè)置有延伸單管法蘭盤(pán)6，在單管2的左端口外側(cè)面上設(shè)置有單管法蘭盤(pán)7，連接管3的左端套接在延伸單管1的右端管內(nèi)，連接管3的左端與延伸單管1的內(nèi)側(cè)壁固定焊接連接在一起，連接管3的右端活動(dòng)套接在單管2的左端管內(nèi)，在連接管3的右端外側(cè)壁與單管2的左端的管內(nèi)側(cè)壁之間設(shè)置有潤(rùn)滑油脂層11，在延伸單管法蘭盤(pán)6與單管法蘭盤(pán)7之間穿接有單頭螺栓8，在單頭螺栓8的尾部螺接有螺母12，在單頭螺栓8的螺頭14與單管法蘭盤(pán)7之間設(shè)置有右壓縮彈簧10，在螺母12與延伸單管法蘭盤(pán)6之間設(shè)置有左壓縮彈簧9，在延伸單管法蘭盤(pán)6與單管法蘭盤(pán)7之間有彈簧16，在延伸單管1的右端口側(cè)面與單管2的左端口側(cè)面之間設(shè)置有間隔縫隙15，在連接管3的外側(cè)壁與單管2的左端口之間設(shè)置有防水密封圈13。

圖1 連接裝置結(jié)構(gòu)圖

其中，幾個(gè)計(jì)算參數(shù)及注意事項(xiàng)如下：

首先，間隔縫隙15的寬度為左壓縮彈簧9的長(zhǎng)度和右壓縮彈簧10的長(zhǎng)度之和，左壓縮彈簧9的長(zhǎng)度與右壓縮彈簧10的長(zhǎng)度是相等的。間隔縫隙15的寬度Δ可根據(jù)公式：

式中：α為單管材料線膨脹系數(shù)；Δt為最大溫差；L為單管梁的整個(gè)跨度。

其次，連接管3與單管2及延伸單管1的套接長(zhǎng)度可按照不小于套入管最大內(nèi)徑的1.35倍確定。

再次，左壓縮彈簧9的長(zhǎng)度與右壓縮彈簧10的長(zhǎng)度為50 mm為最佳，既能保證單管梁在極端負(fù)溫作用下的變形要求，又能防止螺母12的松動(dòng)，為單管梁的應(yīng)力變形的延伸設(shè)置了第二道保險(xiǎn)。中間彈簧16保證鋼管收縮時(shí)接頭處均有一定的縱向剛度，有利于在正常工況下的荷載傳遞，避免鋼管縱向變形晃動(dòng)。

最后，在連接管3的外側(cè)壁與單管2的左端口之間設(shè)置的防水密封圈13的寬度為10 mm。防水膠條的設(shè)置是為了防止運(yùn)行過(guò)程中套管內(nèi)滲入雨水，同時(shí)其材料是柔性的，還可自由伸縮。在連接管3與單管2及延伸單管1之間涂抹潤(rùn)滑油脂層11，是為了保證結(jié)構(gòu)變形時(shí)減少摩擦，利于套管的自由滑動(dòng)，并減少對(duì)鋼管內(nèi)壁的過(guò)度摩擦。在此，涂抹潤(rùn)滑油的部位要加強(qiáng)定期維護(hù)。

本連接裝置利用插接管體來(lái)保證新建單管梁的受彎剪性能，傳力明確。同時(shí)，和原有連續(xù)剛架的單管梁采用插接型式，保證了新建單管梁和原有單管梁在溫度應(yīng)力下自由伸縮，釋放溫度應(yīng)力，使得溫度應(yīng)力工況不起控制作用，減小了新舊端撐柱的上拔力及豎向力，使得端撐基礎(chǔ)滿足抗拔穩(wěn)定計(jì)算要求，符合概念設(shè)計(jì)理念，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造安裝方便。

3 計(jì)算分析

為了對(duì)該連接裝置結(jié)構(gòu)釋放溫度應(yīng)力的能力做出量化分析，文章通過(guò)有限元計(jì)算進(jìn)行分析比較。

假設(shè)基本條件：原有構(gòu)架跨度13 m，共8跨，橫梁標(biāo)高14.5 m。梁柱均采用直縫十二邊形焊接鋼管，鋼管管段之間采用法蘭連接?，F(xiàn)需要一端擴(kuò)建2跨構(gòu)架，跨度及高度均同原有構(gòu)架，擴(kuò)建后總長(zhǎng)130 m，超出了100 m限值，故需要考慮溫度應(yīng)力。通過(guò)有限元計(jì)算，分別就正負(fù)溫差下的端撐受力進(jìn)行了分析比較，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 兩種連接結(jié)構(gòu)在正負(fù)溫差下的端撐受力比較

表1 兩種連接結(jié)構(gòu)在正負(fù)溫差下的端撐受力比較

通過(guò)計(jì)算分析可知，該連接裝置結(jié)構(gòu)在用于擴(kuò)建的單管梁與連續(xù)剛架的既有單管梁之間的連接時(shí)，既釋放了溫度應(yīng)力，又很好的承受剪力和彎矩，減小新舊端撐柱的上拔力及豎向力。同時(shí)，為后續(xù)擴(kuò)建繼續(xù)加長(zhǎng)單管梁提供了便利條件。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出的可以釋放溫度應(yīng)力的連接裝置，應(yīng)用于變電站擴(kuò)建項(xiàng)目中增加戶外配電裝置的供電間隔時(shí)，連續(xù)剛架擴(kuò)建端單管梁與既有單管梁之間的連接。該裝置允許鋼管沿縱向可以滑動(dòng)，從而達(dá)到釋放溫度應(yīng)力的目的，既保證了單管梁的彎剪承載力要求，又釋放了溫度應(yīng)力，阻斷了溫度應(yīng)力向擴(kuò)建構(gòu)架傳遞，明顯減小了新舊端撐柱的上拔力及豎向力，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著。同時(shí)，此連接裝置結(jié)構(gòu)加工制造較固接連接結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化且安裝方便，故可以在變電站擴(kuò)建項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用。