提高鋼管塔加工效率的桿塔設(shè)計方法探究

唐君利

中電建武漢鐵塔有限公司 湖北 武漢430011

1 引言

電力行業(yè)是我國工農(nóng)業(yè)發(fā)展以及保障人們?nèi)粘Ｉ畹幕A(chǔ)性行業(yè),同時也是促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的支柱型行業(yè)。目前隨著人們生活水平的提高和生產(chǎn)方式的改變,對電能的需求量猛增,使得電力系統(tǒng)規(guī)模在不斷擴(kuò)大,增加了電力工程項目數(shù)量,逐步推進(jìn)我國特高壓輸電線路規(guī)模向大型化方向發(fā)展。而在此類工程中輸電線路需要跨越大江大河時,則需要建設(shè)大跨越輸電塔。目前比較常用的輸電塔類型就是受力性能良好的鋼管塔,比較適合在眼距離和高電壓等級的特高壓輸電線路工程中應(yīng)用。由于鋼管塔的設(shè)計、加工和施工對其塔材的使用、受力性能和施工質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響,因此,為了提升鋼管塔的加工效率,就需要優(yōu)化桿塔設(shè)計方案。

2 鋼管塔技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

對于鋼管塔建設(shè)所用原材料來說,主要使用符合我國國標(biāo)中關(guān)于流體管要求的直縫焊管和帶頸法蘭,但是由于鋼管塔建設(shè)所用直縫焊管為結(jié)構(gòu)管,此類鋼管在直線度、橢圓度和變形等技術(shù)方面與流體管存在較大的不同。尤其是在鋼管塔建設(shè)中需要將流體管與帶頸法蘭連接,而法蘭的受力狀況、結(jié)構(gòu)和尺寸精度之間存在較大不同,因此,國家電網(wǎng)針對上述情況專門制定了鋼管塔加工技術(shù)規(guī)程,其中明確規(guī)定了直縫焊管技術(shù)條件以及所用帶頸法蘭的技術(shù)條件等,此技術(shù)條件中明確規(guī)定了所用焊管、帶頸法蘭和平板法蘭的技術(shù)要求,比如所用材質(zhì)最高達(dá)到了Q460-C。而針對鋼管塔制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來說,目前主要有側(cè)重于設(shè)計方面的鋼管塔制造標(biāo)準(zhǔn),明確規(guī)定了詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計以及構(gòu)件加工、焊接等要求。同時也有焊接檢驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了輸變電鋼管桿、鋼管塔和鋼管變帶構(gòu)支架制造技術(shù)要求和檢驗規(guī)則等內(nèi)容,同時還有相應(yīng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),對相應(yīng)的鋼管塔加工中的焊接、裝配、組裝、防腐和檢驗等內(nèi)容加以明確規(guī)定,是目前鋼管塔制造技術(shù)的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3 鋼管塔加工效率的影響因素分析

廠家的加工技術(shù)設(shè)備、焊接與檢驗技術(shù)水平、鋼管塔的制造技術(shù)水平直接影響鋼管塔的加工和供貨效率,想要提升此方面影響下的加工和供貨效率,廠家需要更新技術(shù)設(shè)備并加強(qiáng)人員技術(shù)培訓(xùn)等。而從結(jié)構(gòu)設(shè)計角度分析對鋼管塔加工效率造成影響的因素則主要以下幾點:首先是在設(shè)置構(gòu)造環(huán)板或者加勁板時沒有嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開展,比如應(yīng)該使用3環(huán)板的位置卻使用了5環(huán)板,并且將加勁板設(shè)置在本不需要設(shè)置的位置,導(dǎo)致節(jié)點構(gòu)造更加復(fù)雜。其次是在鋼管塔設(shè)計中所用鋼管構(gòu)件數(shù)量過多,比如將鋼管設(shè)計在受力比較小以及規(guī)格比較小的構(gòu)件中,導(dǎo)致構(gòu)件加工和焊接安裝等工作量的增加。再次是在設(shè)計和使用U型插板與十字插板時存在設(shè)計不夠規(guī)范的問題,也容易導(dǎo)致加工難度和工作量的增加。最后是橫擔(dān)走道設(shè)計使得焊接工作量增加的問題。

4 提高鋼管塔加工效率的桿塔設(shè)計方案

4.1 對環(huán)板和加勁板進(jìn)行合理設(shè)計 在鋼管塔設(shè)計時,通常將環(huán)板設(shè)計在鋼管塔橫擔(dān)與塔身或塔頭的連接位置,此種構(gòu)件的應(yīng)用數(shù)量較多,目前比較常用的主要有4環(huán)板和5環(huán)板兩種類型。目前針對這兩種類型的環(huán)保構(gòu)件設(shè)計存在過于保守的問題,因此可以基于節(jié)點強(qiáng)度和剛度滿足要求的基礎(chǔ)上對構(gòu)造進(jìn)行簡化,也就是使得環(huán)保數(shù)量相應(yīng)減少。而針對目前不同桿件交匯位置的大節(jié)點所用加勁板數(shù)量較多而導(dǎo)致節(jié)點構(gòu)造更加復(fù)雜的現(xiàn)狀,也需要對環(huán)板和加勁板的數(shù)量加以控制,通過優(yōu)化設(shè)計的方式減少其用量,從而使得焊接工作量隨之減少。

4.2 合理設(shè)計和利用角鋼構(gòu)件 在鋼管塔中地線支架和具有較小符合的鐵塔橫擔(dān)主材的設(shè)計和選擇時,如果使用高強(qiáng)角鋼可以滿足設(shè)計要求則盡量多使用角鋼來代替鋼管構(gòu)件。由于采取傳統(tǒng)的設(shè)計思路和方法,通常采取單面連接的方式來設(shè)計和計算橫擔(dān)根部主材受力,采用此種設(shè)計方法,只能使用鋼管構(gòu)件來滿足較長橫擔(dān)和較大線荷載的要求,不易使用角鋼。但是在實際應(yīng)用中,由于橫擔(dān)根部主材角鋼的兩個肢上受力比較均衡,因此在設(shè)計階段可以按照雙面連接的方式來計算,在滿足構(gòu)造因素和次彎矩影響所需要的裕度時,可以使用普通規(guī)格的角鋼來滿足設(shè)計要求。如果鐵塔的負(fù)荷比較大,在將鋼管設(shè)計為橫擔(dān)主材時,可以結(jié)合具體情況,將角鋼使用在橫擔(dān)斜材部位。比如靠近橫擔(dān)根部、長度較長的主材需要使用鋼管構(gòu)件,但是靠近其端部的斜材則可以使用角鋼,以減少鋼管用量。

4.3 合理使用插板連接 在鋼管設(shè)計工作中比較關(guān)鍵的內(nèi)容就是節(jié)點設(shè)計,其數(shù)量也直接決定桿塔加工中的焊接工作量,通過設(shè)計優(yōu)化減少節(jié)點數(shù)量有助于提升加工效率。針對采取插板連接的鋼管塔設(shè)計方式,在防治相貫線切割的同時也有助于減少焊接工作量,也就是通過標(biāo)準(zhǔn)化插板的應(yīng)用來減少管頭設(shè)計工作以及計算工作,實現(xiàn)設(shè)計工作效率的提升。同時也可以批量化生產(chǎn)此種插板,有助于提升插板加工效率并便于控制其加工質(zhì)量。目前比較常用的插板材質(zhì)有Q235和Q345兩種,而且強(qiáng)度分為三級,使得插板類型數(shù)量較多。因此可以統(tǒng)一采取Q345材質(zhì)來減少插板種類。如果在現(xiàn)場組裝過程中橫擔(dān)上平面主材采取U 型插板的方式與塔身連接的效率較低、難度較大,因此可以改為十字連接的方式來降低施工難度和提升桿塔組裝效率。

4.4 對橫擔(dān)走道型式進(jìn)行改進(jìn) 針對采取圓鋼焊接形式的橫擔(dān)走道和簡易休息平臺方式容易增加焊接工作量的特點,而且由于焊接作業(yè)量的增加還容易引發(fā)變形問題,因此可以將上述型式改為螺栓連接的格柵式鋼網(wǎng)焊接或花紋鋼板的方式。此種形式不僅具有較為牢固的結(jié)構(gòu),預(yù)防變形問題,而且焊縫數(shù)量大幅度減少,因此減少焊接工作量。

5 結(jié)語

由于環(huán)板和加勁板數(shù)量設(shè)計、鋼管構(gòu)件數(shù)量設(shè)計、插板連接節(jié)點數(shù)量設(shè)計以及橫擔(dān)走道形式設(shè)計等影響鋼管塔的加工效率,因此,在保障鋼管塔加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上,可以優(yōu)化上述環(huán)節(jié)和內(nèi)容來減少焊接工作量,滿足相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求,提升鋼管塔的加工效率。