張曉華,彭旺,欒勇,江海濤,潘宏承,周立宏
(1.山東送變電工程有限公司,山東 濟南 250118;2.國家電網(wǎng)有限公司特高壓建設分公司,北京 100032;3.浙江省建設工程機械集團有限公司,浙江 杭州 310014)
螺山長江大跨越工程是南陽-荊門-長沙特高壓輸電工程跨越長江、連接湘鄂兩省的重要節(jié)點,左岸位于湖北省洪湖市,右岸位于湖南省臨湘市,本工程是特高壓第一跨。
針對工程輸電鐵塔特點,研制T2T800 雙平臂落地抱桿,額定起重力矩800tm,最大起重量20t,工作幅度4~40m。該大跨越鐵塔天窗尺寸只有6.5m,相對其他大跨越工程較小。常規(guī)落地抱桿塔頂分為塔頂塔帽節(jié)和塔頂標準節(jié),塔頂標準節(jié)為整體焊接式,在收臂后,收口尺寸較大,無法通過本次大跨越鐵塔天窗。所以如何在滿足抱桿強度的情況下,縮小抱桿收口尺寸是一個難題。
為了保證抱桿強度,創(chuàng)新性地改進塔頂標準節(jié)結構,應用空間X 型塔頂標準節(jié)結構(斜對角線方向),提高了塔頂?shù)膹姸?,將塔頂標準?jié)兩側(靠近大臂的側面)橫腹桿、斜腹桿改成可拆式腹桿,在大臂收臂時,將有更多空間,使得收口尺寸減小,提高抱桿適用性。
塔頂(圖1)主要由塔頂塔帽節(jié)與塔頂標準節(jié)所組成,塔頂內側裝有爬梯,便于施工人員攀爬;塔頂標準節(jié)如圖2 所示,塔頂標準節(jié)主要由4 根主弦桿和其他橫、斜腹桿等所組成,各視圖中心斜對角方向為空間X 型斜腹桿結構,分別焊接在4 根主弦桿上,空間X 型斜腹桿交叉處焊接有筋板,提高強度;在主弦桿上焊接有耳座,左右兩側可拆式橫腹桿(吊臂收臂方向),通過銷軸與主弦桿連接,橫腹桿側邊為平臺,方便施工人員站在該位置敲擊銷軸。
圖1 塔頂結構圖
圖2 塔頂標準節(jié)結構示意圖
如圖3 所示,當雙側吊臂朝塔頂收攏時,塔頂標準節(jié)兩側橫腹桿被拆除,雙側吊臂內嵌入塔頂中(常規(guī)落地抱桿收臂后,因塔頂標準節(jié)兩側焊接有橫、斜腹桿,吊臂無法內嵌其中),減小抱桿收口尺寸,便于通過該類型大跨越鐵塔天窗。
圖3 抱桿收臂俯視圖
塔頂結構本次創(chuàng)新性設計,需對塔頂?shù)膹姸群头€(wěn)定性進行計算,及時發(fā)現(xiàn)危險工況并提出有效的建議。
3.2.1 塔頂截面力學特性計算
1)塔頂截面積A=4A1;A1為單個主弦桿截面積。
2)主弦桿截面慣性矩
I0表示單支角鋼慣性矩;A0表示單支角鋼截面積;Z0表示單支角鋼重心距離(塔頂單支主弦桿由角鋼拼方而成)。
3)主弦桿單枝長細比需滿足λ0=其中[λ]為結構件許用長細比,按GB/T 3811 2008《起重機設計規(guī)范》取值[λ]=150,L表示單支主弦桿長度。
4)塔頂軸心受壓穩(wěn)定性系數(shù)
b表示塔頂?shù)捉孛娉叽?/p>
其中A1x為構件截面所垂直于x-x軸的平面內各斜綴條的毛截面面積之和。
5)歐拉臨界載荷
3.2.2 塔頂強度和穩(wěn)定性計算
塔頂根部截面受力計算
沿吊臂方向彎矩MX;垂直吊臂方向彎矩:MY=F塔頂L塔頂+F拉桿L拉桿;其中F塔頂為塔頂風載荷,L塔頂為作用點與根部截面距離,F(xiàn)拉桿為拉桿所受風載,L拉桿為作用點與根部截面距離。
其中,[σ]為拉壓極限設計應力,n為安全系數(shù),Wx為抗彎截面模量,Wy為抗彎截面模量,A為塔頂截面積。
通過以上計算,可以驗證空間X 型塔頂結構設計滿足相關強度要求。
出廠前對T2T800 雙平臂落地抱桿塔頂進行收臂試驗。啟動機構后,隨著雙側吊臂緩緩搖起直至搖起90°后,雙側吊臂嵌入塔頂中,滿足收口尺寸≤6.5m,能夠通過該類型塔頂天窗,解決了施工難題。
落地抱桿是輸電鐵塔的重要起吊設備,加強對抱桿結構的設計十分重要。不同的大跨越工程,鐵塔天窗的收口尺寸不盡相同。在保證抱桿強度的情況下,保證抱桿通過鐵塔天窗(大跨越工程鐵塔),對抱桿塔頂?shù)难芯坑兄匾饬x。只有突破對傳統(tǒng)抱桿塔頂結構的認知,打破傳統(tǒng)思想束縛,才能夠讓創(chuàng)新得到發(fā)揚,創(chuàng)新的思維火花得到閃耀。