钢管构架吊装中吊点及钢丝绳径的选择

刘林田，隋菲菲

（1.山东送变电工程公司，济南市，250022；2.国核电力规划设计研究院，北京市，100094）

0 引言

密州500 kV变电站工程是山东500 kV主网架的重要组成部分，位于山东电网西电东送通道上，主要承担山东中部电网的供电任务，是山东电网的重要变电站。该变电站500 kV构架包括构架杆、钢梁、地线柱、避雷针、钢爬梯、钢斜撑等，共计60吊。共有人字柱22基（其中带端撑7基），分为15种型号，单重最大12.482 t；共有构架梁38根，分为7种型号，并可分为4个标高，其中4根18.5 m，12根20 m，16根26 m，6根33 m，单梁最重8.275 t。

该工程构架柱采用直缝焊接圆形钢管，螺栓法兰连接，钢横梁为三角形格构式钢梁。钢横梁跨度为28 m、30.5 m和32.5 m，安装高度为18.5 m、20 m、26 m、33 m；避雷针安装后最高为50 m。该工程吊装时拟采用70 t吊车进行吊装，25 t吊车进行组装。

目前，钢管结构已广泛应用于超高压、特高压变电构架中[1-6]，而构架吊装中吊点及钢丝绳径的选择一般凭施工经验进行确定。本文以山东密州变电站500 kV钢管构架吊装为例，通过理论计算阐述了构架吊装过程中钢梁和A字柱的吊点的最佳受力位置及钢丝绳径的选择，为构架吊装提供理论依据。

1 钢梁和构架柱吊点选择

该工程吊装构件总体上分为2大类：钢梁和构架柱。在吊点计算中均采用近似计算法确定吊点位置。

1.1 钢梁吊装

1.1.1 吊点计算公式

钢梁吊点按允许弯矩法进行吊点受力计算与吊点选择。

各类钢梁计算时均忽略其接头包钢质量，假设荷载线性均匀分布，计算中不考虑加速度、风速等动荷载，钢梁吊装按双吊点考虑，其吊装示意图如图1所示。吊点至梁端的距离为x，q为线荷载，l为钢梁长度，l=28 m（以GL-7为例）。

根据文献[7]，钢梁在自重状态下跨中的最大弯矩值为

1.1.2 计算实例

该工程有7种钢梁，以钢梁GL-7为代表，其质量为7.990 t，q=2.797 kN/m。下面以钢梁GL-7为例进行吊点计算与选择。图2为GL-7钢梁起吊示意图。

梁安装就位后，横梁在自重工况下梁端部弯矩值M=0，钢梁跨中最大弯矩值M=0.125ql2=274.11 kN·m。

钢梁吊装过程中，当不考虑吊绳水平力所产生的附加弯矩时，根据文献[8]，钢梁最合理的吊点位置是使吊点处负弯矩与跨中正弯矩绝对值相等的地方，此时吊点位置在离钢梁一端0.207l处。

（1）当吊点位置设在距梁端0.207l=5.8 m时，吊点处最大负弯矩：（-M）=-qx2/2=-47.05 kN·m，跨中最大正弯矩：（+M）=ql2/8-qlx/2=47.05 kN·m。此时|（-M）|=（+M）=47.05 kN·m。

当吊点设在钢梁节点4时，x=6 m，此时吊点位置最接近0.207l位置。

（2）同理，根据式（2）和式（3）可以计算出，当选择其他吊点时钢梁承受的弯矩值，计算结果如表1所示。

当吊点选择在钢梁节点3至节点7位置时，钢梁承受的弯矩的绝对值均小于钢梁就位后在自重状态下承受的弯矩，且均在允许强度范围之内。

1.2 构架柱吊装

该工程构架柱组装件型式不一，可分为构架柱和带钢梯的构架柱。根据假设条件荷载线性均匀分布，计算中不考虑加速度、风速等动荷载，吊装按双吊点考虑，其吊装示意图如图3所示。

表1 GL-7承受的荷载及挠度计算表Tab.1 GL-7 applied load and deflection calculation

（1）独立钢杆和钢斜撑采用1点起吊，绑扎点位置计算方法和图3相同。

（2）带钢柱和避雷针的构架柱，钢柱和避雷针可分别简化成等效长度，再按线性均布荷载进行计算，计算中不考虑加速度、风速等动荷载，吊装按双吊点考虑，其吊装绑扎示意图如图4所示。

设吊点至柱顶铁的距离为x，构架柱顶板至底端的距离为l，计算总长度为l0，吊点至顶端的计算长度为x0，顶头铁至顶端的长度和等效长度分别为ln、xn'，l1为吊点至底端的距离，则l0=l1+x0，x0=x+xn'。当构架柱无钢柱或避雷针时，xn'=0，l0=l1+x=l，x0=x。

设λ=x0/l1，根据文献[7]，最大正弯矩为

最大负弯矩为

（1）当x=0时，即在顶头铁处起吊时，最大正弯矩为M=ql12/8。

以最重构架柱为例进行计算（11.55 t，l1=27.75 m），q=4.08 kN/m，则M=392.7 kN·m。

根据文献[9]，可得

式中：f为材料应力强度；Yx为截面塑性系数，可取1.15；Wx为截面抵抗矩，2根φ530 mm×10 mm的钢管，其Wx=4168 cm3；f=81.9 N/mm2＜345 N/mm2（钢材的材料应力强度），即在顶头铁处起吊时，强度能够满足要求。

（2）当（+M）+（-M）=0时，求得λ=0.414（λ其余3个值舍去），即x0/（l0–x0）=0.414，求得x0=0.293l0，些时钢柱承受的正弯矩值和负弯矩值的绝对值相等，钢柱承受的弯矩值最小。

（3）当有钢柱和避雷针时，等效长度为xn'=（G/Gn）·l，吊点至顶头铁的距离x=x0-xn'＝0.293 l0-（G/Gn）l（G为避雷针的重量，Gn为下部杆子重量）。

综合上面2种情况，即吊点在顶头铁到0.293 l0之间，强度均能满足要求。但为了减小吊钩的高度和容易控制吊件就位，在吊装过程中吊点宜选择在最上面的横撑附近。

2 钢丝绳径的选择

吊装最大起重量为122.32 kN，采用2点起吊。

单根钢丝绳的受力为F=G/（2×sin60°）=70.62 kN（其中G为重量，钢丝绳与水平面的夹角取60°）。

根据文献[10]，可以得到钢丝绳的破断拉力为S=kF=423.74 kN（其中F为钢丝绳的受力，k为安全系数，取k=6）。

钢丝绳的破断拉力总和P=S/ω=498.52 kN（其中ω为钢丝绳破断拉力换算系数，取ω=0.85）。

根据上面的计算结果可选用φ31 mm（6×19×1700型，钢丝强度极限1700）的钢丝绳，其破断拉力的总和为608.5 kN。

[1]吕超英，肖贵成.南阳1000 kV开关站构架主柱采用抱杆组立方法[J].电力建设，2009，30（4）：98.

[2]高湛，余欢，李华.500 kV变电构架中刚、柔性法兰的有限元分析[J].电力建设，2008，29（2）：32-36.

[3]陈传新，刘素丽.750 kV变电构架结构选型[J].电力建设，2007，28（5）：33-35.

[4]覃鹏，魏永清.葛洲坝500 kV开关站构架改造[J].电力建设，2007，28（9）：24-26.

[5]郝仕玲，陈瑞金.钢构架柱子的计算长度[J].电力建设，1999，20（8）：33-36.

[6]何伟然.高电站户外配电装置构架吊装的准备工作[J].电力建设，1994，15（9）：42-42.

[7]龙驭球，包世华.结构力学[M].北京：高等教育出版社，1996.

[8]江正荣.建筑施工计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[9]GB 50017—2003钢结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[10]本书编写组.建筑施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.