跨越钢管塔设计中的若干问题分析.doc

1、1跨越钢管塔设计中的若干问题分析摘 要：本文结合某大跨越塔探讨了跨越钢管塔设计中的问题。 关键词：跨越钢管塔；承载力；偏心弯矩 中图分类号： S61 文献标识码： A 文章编号： 1.概况 某大跨越塔跨越最大基准设计风速为高 45m/s(离地面 10m)。导线型号为 2KTACSR/EST-720，架空地线一侧选用铝包钢线 JLB1B-100，另一侧兼作通信通道采用光纤复合架空地线 OPGW-290。 基于安全可靠、美观实用、节省造价的原则，结合方便施工、可靠运行等方面的考虑，经过多种方案比较，最后确定了采用自立式钢管塔方案。下面就该大跨越钢管塔设计中的关键技术问题作详细分析。 2.杆件断面型

2、式的确定 本大跨越塔高 215.5m，基准设计风速又高达 45m/s，按以往工程经验，200m 以上的大跨越塔塔身风荷载约占总荷载的 70% 以上。降低塔身风荷载是大跨越塔结构设计首要考虑的问题。 目前国内外 200m 以上的大跨越塔构件形式主要有格构式角钢和钢管两种。比较而言，钢管具有构件体型系数小、回转半径大和抗失稳能力强等特性，比角钢更具优势。格构式角钢和钢管两种方案计算比较结果见表 1。 2可见，钢管方案比角钢方案节省钢材约 43.3%，基础上拔力少约19.2%，基础下压力少约 31.5%，钢管方案优势明显。 3.管径与壁厚的确定 经过计算比较，跨越塔的最大钢管规格用 Q345B158

3、030，塔身最轻。但现行钢结构设计规范(GB 50017-2003)第 10.1.3 条规定，热加工管材和冷成型管材不应采用屈服强度超过 345MPa 以及屈强比 fy/fu 0.88 的钢材，且钢管壁厚不宜大于 25mm。按此规定，塔身变坡以下的钢管规格就要用到 Q345B179025，这不仅加大了加工、镀锌及施工的难度，也使塔重和基础受力增大。再查阅钢结构设计规范的条文说明，上述条文对板厚的限制是限于国内加工能力问题。参考国外相关规范，欧洲规范虽然也有类似的规定，但却是为了防止层状撕裂，只要材料具有较好的 Z 向性能，也可不受限制。而美国规范认为只有控制z36ksi250MPa 就不会发生

4、层状撕裂。 经过调研，了解到国内加工板厚大于 25mm 的 钢管已经没有困难。此外，为验证 30mm 厚直缝钢管及其连接节点的承载能力，曾委托同济大学做节点试验，结果证明采用 Q345B1580X30钢管作为跨越塔的主材是安全可靠的。 4.大跨越塔的动力特性分析 大跨越塔的动力特性分析，目的是确定塔的自振周期，以便更准确地计算铁塔的风振系数。动力特性分析还有助于研究结构对不同类型的动力载荷的响应，以便找出铁塔结构在动力荷载作用下的敏感点，优化3该塔的结构布置。铁塔动力特性分析的一般方法是:根据初选杆件建立ANSYS 计算模型，用模态分析计算其自振周期及振型。本工程大跨越塔的动力特性计算结果见表

5、 2。 计算的一阶型图(见图 2b 、 c)和二阶振型图(见图 2d) 。 5.风振系数 的确定 对于大跨越直线塔，由于塔身风荷载约占总荷载约 70%，所以风振系数 取值对计算结果影响较大。但国内现行技术规程尚未有较精确的风振系数的取值算法。风振系数的精确计算 直以来是大跨越输电塔设计中的一个研究重点。 根据以往大跨越塔的设计经验，本工程大跨越塔的脉动风荷载用具有零均值的高斯平稳随机过程来模拟。将得到塔身各节点和导、地线上的风荷载作为输人荷载，以此对大跨越塔线体系模型进行风振响应的时程分析。时程分析是以自重作用下的非线性静力分析结果作为初始状态，在此基础上进行的动力分析，可得到各节点的加速度方

6、差，从而计算铁塔的风振系数。 6. SKT572 塔节点设计及试验 某大跨越塔相贯连接节点形式有 T 形、Y 形、K 形、TT 形、KK 形等。在设计时可按照钢结构设计规范(GB 50017-2003)第 10.3 节杆件节点承载力的相应公式进行计算分析、校验。单插板连接的构件应考虑偏心;U 型插板和十字插板连接构件则可按中心受力考虑。 4为了验证该塔节点设计的准确性和构造的合理性，曾委托同济大学做了节点试验。由于本工程跨越塔节点尺寸大，受结构试验机的加载能力限制，采用了缩尺试验模型。试验的结论如下： 1) Q345B 钢材 30mm 厚直缝钢管具有良好的受力性能，无层状撕裂现象发生; 2)对

7、于各支管与主管连接的单、U 型及十字插板三种形式的插板连接，发现在插板端部有发生过应力集中迹象。但试验结果表明，由于钢材的塑性使应力重分布，对节点整体承载力没有影响。 3)对于相贯焊接节点，最大应力发生在相贯焊的冠点、鞍点处;所以相贯焊接处的主管壁厚增大，提高了冠点、鞍点处的承载能力。 7.螺栓施工拧紧扭矩的确定 某大跨越塔最大的法兰螺栓用到 8.8 级 M85 ,其强度级别和直径已超出国家紧固件以及110 一 500kV 架空送电线路施工及验收规范(GB 50233-2005)的范围。为慎重起见，曾向送电结构专家唐国安教授咨询法兰螺栓拧紧扭矩取值。唐教授经过对国内外工程进行查证和理论分析，对

8、法兰螺栓拧紧扭矩提出计算公式: Tc=Pckd Pc 为螺栓预拉力(kN)，取 20%的屈服承载力;k 为扭矩系数，取 0.3 ;d为螺栓公称直径(m)。 8.基础优化设计 某大跨越两基直线跨越塔分别立于西岸离江边 5 0m 和东岸离江边55m 的鱼塘，地下 0-15m 为呈流塑状淤泥层，地质条件极差。大跨越直线5塔的基础要承受巨大的上拔、下压力和水平力，基础只能采用桩基型式。根据多年的工程经验，调整承台的摆放方位和将承台主柱设计成儿何偏心(斜柱式承台)，可使竖向力产生的偏心弯矩，抵消水平力在承台底产生的弯矩，令每根桩受力更加均匀，因此桩长可减少 2 一 3m，从而节省基础工程投资。 9.结语

9、 通过本工程大跨越钢管塔关键技术的研究应用，可总结出如下设计经验: 1)钢管由于具有较小的体型系数、回转半径大和抗失稳能力强等特性，是较好的送电线路大跨越塔选型; 2)通过试验，Q345B 钢材 30mm 厚直缝钢管具有良好的受力性能，可在其他工程推广应用; 3)大跨越铁塔的动力分析是设计中的一个研究重点。通过大跨越塔进行动力特性分析，可准确计算铁塔的风振系数; 4)本工程采用的大直径螺栓施工拧紧扭矩的确定方法，可供同类工程参考。 参考文献: 1同济大学，SKT572 大跨越塔计算说明，2005 2广东省电力设计研究院，某大跨越钢管塔风荷载计算报告 2004 3同济大学，SKT572 节点强度试验报告 2005 4唐国安，关于大跨越铁塔上螺栓施工拧紧扭矩值的问题 2005