高強鋼在輸電線路鐵塔中的應用

張秋晗

摘要：高強鋼由于其獨有的效能，在輸電線路鐵塔中的運用越來越普遍。使用高強鋼不僅可獲得明顯的效益，而且有利于提升輸電線路的工程水準和輸電線路鐵塔的質量。根據(jù)高強鋼的特征，研究了高強鋼在輸電線路塔中的運用現(xiàn)況，提出了高強鋼的未來發(fā)展前景。

關鍵詞：輸電線路;鐵塔;高強鋼;應用

目前，Q235和Q345這兩個強度級別是我國輸電線路塔采用最多的鋼。這兩種鋼不僅品類少，而且強度不高。當塔架部件載重較大時，需使用混合曲面的方式來提升荷載力，這必然造成塔架部件標準增加，塔架構造復雜，加裝艱難，導致資源浪費，增加工程造價成本。隨著高壓輸電線路的規(guī)劃，多分化、大曲面導體的采用越來越多，塔的負載也越來越大，這就要求采用新型高強度鋼來符合日益增長的荷載需求[1]。

1國內外輸電線路鐵塔采用高強鋼的應用現(xiàn)狀

1.1高強鋼的應用特點

高強鋼的最大特征是高強和強承載力，可精確減輕塔架工程面對的載重難題。我國最早采用的高強鋼是西北750kV輸電線路。輸電線路塔使用的高強鋼為P420強度等級鋼，投入使用之后獲得了不錯的國民經濟科技效果。隨著全世界電力規(guī)劃的加快，越來越多的輸電線路塔將使用高強鋼用以符合其日益增長的負載需求量。高強鋼由高合金鋼做成，其運用前提要求熱軋、正火或正火加回火。鋼構造由鐵素體和少量珠光體構成。為了造成熱力學效果，高強鋼可淬火產生低馬氏體，然后在低溫下回火產生環(huán)保回火繩狀構造，這有助于控制。高強鋼可在常溫下掌控，因此在焊后不能冷卻[2]。目前，焊陶瓷主要使用半自動結合液體保護焊。在實際操作中，根據(jù)高強鋼構造的要求展開適當?shù)暮妇统渥懔恕：笗r，應留意高強鋼明定的焊電壓、電流和速率，以保證焊步驟的延展性和質量。輸電塔命脈的傾斜應根據(jù)工程設計右圖紙張或有關文檔展開。傾斜可通過冷彎、均勻熱彎或不均勻加熱彎曲展開。冷彎自然環(huán)境適合，可在常溫下展開：加熱至900-1000℃展開均勻熱彎;非均勻加熱的采用通常在關鍵情形下展開，包含割炬或分割噴管烤。傾斜之后，應強化對缺失的檢驗，并產生書面的檢查報告，以備將來采用。同時，高強鋼傾斜之后應強化隔熱和緩冷檢修。由于中國高強度鋼的發(fā)展時間不短，需做大量的分析工作。

1.2國內外應用現(xiàn)狀

目前，國內外輸電線路塔常見的鋼為通常構造鋼，分成高鋁高強鋼和不銹鋼。英國主要使用構造鋼和高合金高強結構鋼，美國主要使用一般構造鋼、焊結構鋼和塔用高強鋼，我國主要使用碳素構造鋼和高合金高強結構鋼?？煽吹剑兔绹匿撈贩N顯著多于我國，鋼的級別強度也較高。比如，美國的有關高架輸電規(guī)章明定，焊接鋼的強度不準高于460MPa，塔用高強鋼的強度不準高于520MPa。英國有關設計規(guī)范也主張鋼強度不準高于686MPa。然而，我國《鋼結構設計標準》分析表明，鋼的最大強度僅為420MPa，高架線路用鋼的最大強度不少于390MPa。中國高強度鋼的發(fā)展時間不長，只有一些大型建筑物計劃試著制造高強鋼。從國內外運用現(xiàn)況來看，中國高強鋼的采用水準顯著領先于發(fā)達國家[3]。

2高強鋼在輸電鐵塔中的應用原則

從塔架構造的視角來看，95%的壓桿由壓桿掌控，而部件的長細比將間接影響壓桿的承載力。從超過研究可看到，高強鋼的平穩(wěn)常數(shù)相對較高，因此其在施工中的運用也受一定的約束，需遵從下列幾個準則：如果壓桿由強度掌控，則只有角鋼的設計強度對壓桿的承載力有關鍵性影響。如果壓桿處在平穩(wěn)掌控狀況，則壓桿的強度級別越大，平穩(wěn)常數(shù)越高，即長細比逐漸減小，Q420在承載力領域的優(yōu)勢將大于同標準的P345。當長細比增加到一定水平時，如12O、Q420和Q345的軸承車基本相同。如果在這種情形下采用高強度鋼，費用將增加。因此，在綜合性考量工程造價影響的情形下，受拉構件及長細比不宜小于80。長細比由于高強鋼具備強度低、影響小、抗彎抗壓等特征，在施工中采用高強鋼不僅可節(jié)省物料，而且可節(jié)省費用。高強鋼在輸電塔中的運用具備節(jié)省鋼原材料、緩解塔體質量、節(jié)省經費的缺點，不僅提升了輸電線路塔體的效能。目前，中國輸電線路采用的桿塔物料仍有一定的缺陷，與國外科技的運用有一定的差距。然而，采用高強度鋼是一種全新的、合理的和有含義的運用計劃。高強鋼具備抗壓強度、抗折強度、抗剪強度和抗拉強度的特征。同時，它可節(jié)約物料的采用，修改構造，提升承載能力。將其運用于輸電塔工程，可提升中國輸電線路建筑材料的技術水平，增加輸電塔先進科技的設計思想，構建輸電工程技術的先進性，進一步提高中國輸電塔工程投標水準，與國際性輸電塔工程水準銜接，增加實力。目前，采用高強度鋼的使用者是電力行業(yè)。柴油在輸電線路中的運用，擴大了高強鋼的使用率，極大地增進了鋼市場的發(fā)展。同時，對高強鋼的質量要求將逐步提高，從而提升塔工程的質量和效能，增進鋼市場國民經濟的發(fā)展效能，精確增加柴油規(guī)劃的經費消耗率。從總體社會效益來看，它不僅增進了社會國民經濟的重復發(fā)展，增進了產業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展，而且構建了社會徹底發(fā)展的經濟效益。

3高強鋼焊接中常出現(xiàn)的問題

熱裂紋是指在焊步驟中，在焊縫和熱影響區(qū)之內合金加熱固相鄰近的低溫區(qū)造成的焊裂縫。其因素是銀、硼、氫等成分在高合金鋼焊步驟中成為裂縫產生的復雜成分。同時，切削剛性越大，凝結沉淀步驟中的形變狀況越復雜，裂縫偏向越大。當焊插頭加熱到較高的溫度時，焊裂縫稱作冷裂紋。高強鋼厚板構造中存在永久的冷裂紋方法。因素是由于插頭的低剛性造成形變形變較低，或由于加熱步驟中累積的氮氣造成形變形變少于鋼的強度極限。在焊合金拉絲零件中，像魚眼那樣的黃色圓圈稱作黑點。因素是在焊步驟中吸取了過多的氫，所以也稱作氫白點。氫黑點可明顯增加焊縫金屬的形變。

4高強鋼在技術經濟方面的應用優(yōu)勢

4.1承載力高于其他強度等級鋼

以相近標準的軸壓部件為題，有所不同強度級別的鋼的承載力差異很小。比如，Q345、Q420和Q460強度等級鋼的承載力分別為1244n、1465n和1565n。與Q345相對，Q420和Q460高強鋼的承載力分別是Q345的1.18倍和1.26倍。由于高強鋼本身強度級別低，承載力也隨之提升，可精確節(jié)省鋼，增加鋼費用。與一般鋼相對，高強鋼具備更高的強度和更大的承載力，大大增加了施工用鋼。以某施工為題，750kV輸電線路使用P420高強鋼。使用P420高強鋼，jg2、JG3塔質量緩解7%～9%。此外，本施工轉角處塔荷載較小，主要物料需忍受較小荷載。因此，Q420高強鋼可精確防止主材的雙肢，增加有關輔助材料所需的構造[4]。

4.2Q420和Q345用鋼量上的比較

為了比較P420與Q345的具體用鋼量，本文以西北地區(qū)750kV輸電線路的規(guī)劃為題。jg2和JG3寶塔架使用P420高強鋼后，塔架質量減輕7%，DG塔架質量緩解10%。由于本施工轉角處載重較小，主要物料忍受的載重也適當增加。使用P420高強鋼之后，可精確增加雙肢及輔材的構造損耗，緩解塔體質量，效益明顯。高強鋼的使用體現(xiàn)了輸電工程施工科技的變革，增進了中國輸電鐵棒的設計和技術指標與國際性先進水準銜接。提升了中國在國際性投標中的戰(zhàn)力水準，增進了輸電線路規(guī)劃向全新物料、全新科技的發(fā)展。目前，中國大型塔的發(fā)展在物料的運用之上還存在一定的缺陷。高強度鋼的運用為這一難題提供了合理的克服計劃。此外，采用高強鋼可避免混合曲面，修改構造，提升構造載重傳送方式的合法性。能精確增進產業(yè)發(fā)展，社會效益明顯。由于電力行業(yè)是冶金消費者強國，如果高強鋼在輸變直流行業(yè)的推廣應用擴大，將間接影響到整個鋼鐵市場，促進中國冶金質量的不斷提升。對提升鋼使用率，增加工程造價，提升全臺社會研磨加裝技術水平，提升效益起到了大力活性，也有助于社會的科技變革和能源社會的規(guī)劃。

5我國高強鋼等邊角鋼的應用情況

5.1高強度角鋼的生產使用現(xiàn)狀

鋁合金和等邊上角鋼是全球之上采用最普遍的物料我國輸電線路塔的規(guī)劃。這兩種物料的生產量間接影響到塔架建筑材料的穩(wěn)定供給。具體報告顯示，國內許多大型鋼鐵企業(yè)已經具有了高強鋼的制造科技，所制造的鋼的強度級別可少于P420和Q460。Q420和Q460高強邊角的具體使用量較大，目前沒一定的制造數(shù)量。許多邊角需按期制造，鋼市場基本上沒存貨，這也造成我國輸電線路塔工程采用Q235和P345強度等級鋼。目前，國內只有四家冶金子公司能制造特定標準的P420高強角鋼。其他一些冶金子公司雖然沒有制造知識和科技難題，但由于市場需求大，尚未交付營運。中國高合金高強構造鋼明定，Q460角鋼只有C級、D級和E級，也就是說，Q460弱度級角鋼只有符合高溫影響韌性的要求才華停產。由于大多數(shù)鋼鐵企業(yè)不符合P460角鋼的高溫影響韌性規(guī)范，Q460弱度級角鋼的批量生產仍需進一步分析。

5.2高強度角鋼等級

Q390和Q420強度角鋼有五個有所不同級別，但Q460只有三個級別。C級要求角鋼具備基本上影響韌性。對于Q420的鋼，不擁護供給D級和E級鋼。高溫影響韌性可確保高強鋼的一致性，防止焊裂縫。根據(jù)中國輸電線路鐵塔的應力特征，鋼的延展性基準通常為B級，部分寒冷區(qū)域要求為C級，可精確避免縫隙的造成。Q390角鋼的強度比Q345低13%，但承載力的提升顯著大于Q345。這是因為平穩(wěn)常數(shù)的增加將去除讀取之后部件的部分承載力，因此可靠性不高。相比下，Q460高強鋼更國民經濟。由于中國現(xiàn)行行業(yè)標準中Q460高強角鋼沒A級或B級，建筑物角鋼的強度應在C級超過，目前鋼鐵企業(yè)的生產能力龐大，不能真正達到行業(yè)標準。因此，要徹底解決這一難題，必須加速研發(fā)C級超過高強角鋼，盡快研發(fā)優(yōu)質Q460D角鋼。輸電線路鐵塔工程前夕，還應盡快展開q460c的運行測試。

5.3高強度角鋼的應用原則

輸電線路鐵塔之上的大多數(shù)構件均受影響掌控，部件的承載力與其寬度間接有關。因此，需在一定水平之上約束部件寬度的確認。當部件的承載力由強度掌控時，部件的具體承載力僅由角鋼的強度決定。在平穩(wěn)掌控下，部件的平穩(wěn)常數(shù)隨部件強度級別的增加而增大。對于相近標準的角鋼，Q420角鋼的承載力高于Q345。在輸電線路鐵塔工程步驟中，桿塔壓桿的影響少于壓桿應力的95%，壓桿的扁平構造間接影響承載力。同時，考量到高強鋼的平穩(wěn)常數(shù)，塔的工程應按有關準則展開。首先，如果壓桿受強度的影響和掌控，需要適當強化角鋼的強度設計。如果可靠性決定了壓桿的質量，則可靠性越高，壓桿的強度越高，長細比越大，從而使高強鋼的承載力增加，反之，其強度增加。因此，需充分考慮塔剎、工程費用等多種原因。壓拉構造與塔架構造的長細比比較不準少于8O，部件長細比大于40時應展開強度掌控。在輸電塔工程中，為了不耗費高強鋼或導致過度采用，通常在受引力和賽車影響的器官采用高強鋼，如塔剎、水準根、地線承托拉桿或導體拉角鋼等，以便精確地選取所用的器官，高強鋼的缺點可更精確地反映出。綜上所述，用作輸電線路的P420高強鋼應符合下列前提：受拉構件和長細比大于80。

結語

總之，在輸電線路塔工程中采用高強鋼是中國輸電線路工程的一大變革。一旦在輸電線路規(guī)劃行業(yè)推展，將大大提高中國輸變電工程建設水準，增進鋼鐵企業(yè)特別是高壓電力規(guī)劃的快速發(fā)展。最關鍵的一點是，高強鋼的推展必將提升鋼的精確使用率，增加工程造價，提升工程建設的加裝技術水平，增進資源節(jié)約型社會的規(guī)劃。

參考文獻

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