基于图解法的内悬浮外拉线抱杆组塔受力分析

刘利平，熊织明，郭玉莹

（1.辽宁送变电工程公司，沈阳市，110021；2.国家电网公司交流建设分公司，北京市，100052；3.中国电力科学研究院，北京市，100192）

0 引言

工具运输量小，作业人员操作熟练，深受施工人员的喜爱。本文采用图解法，提出了内悬浮外拉线抱杆分解组塔的受力分析，可供施工技术设计及铁塔组立施工参考。

1 内悬浮外拉线抱杆分解组塔施工技术

1.1 现场布置

内悬浮外拉线抱杆分解组塔法现场布置如图1所示。抱杆由4根承托绳支撑，悬浮在塔身内，其顶端靠4根外拉线控制抱杆倾斜角度，承托绳固定在塔身主材节点处。抱杆拉线地锚位于与铁塔基础中心线成45°夹角的延长线上。牵引装置及其地锚设置于与铁塔基础中心的距离不小于铁塔全高的0.5倍，且不小于40m。

1.2 画图比例的确定

将抱杆长度折算成与铁塔单线图比例相应的长

我国交、直流特高压输变电示范工程相继建成并投入运行，电压等级的不断提高致使输电线路铁塔结构尺寸越来越大，铁塔根开、横担长度及铁塔质量都不断加大。因此，依据铁塔塔位的地形条件以及铁塔的结构型式，设计适宜的组塔施工方法尤为重要[1-10]。特高压输电线路工程铁塔组立大多数采用分解组塔法，其中内悬浮外拉线抱杆分解组塔法为各施工单位的主流施工方法。该施工方法应用广泛，所用工具少，度，在铁塔单线图上采用图解法进行计算，即利用铁塔单线图的比例尺寸绘制受力的封闭多边形，以量取线段长度的方式计算出吊装各部分受力。

1.3 施工设计参数假定

（1）抱杆拉线合力与地面水平夹角为60°。

（2）控制绳与地面水平夹角为45°。

2 画图方法

（1）确定抱杆根部坐点及抱杆倾斜角。根据铁塔结构尺寸，确定抱杆ob的倾斜角度δ及抱杆根部坐点b的位置，如图2所示。

（2）确定吊装质量比例。吊件按质量折算为相应长度，在图上画出吊件质量的长度oa，即为吊重。

（3）确定吊绳受力方向。依据铁塔吊装段的根开尺寸，确定吊件与塔身安装点间距离L，以o点画线通过k点，则吊绳od与吊件oa间夹角为吊绳偏角β。

（4）控制绳方向的画法。以a点沿45°方向画线，交吊绳od于c点，则ac为控制绳受力，oc为吊绳受力。

（5）确定磨绳受力及方向。根据吊绳受力的大小，依据起吊滑车组的型式计算出磨绳受力ce，以c点沿垂直方向或沿磨绳走向画出磨绳力ce。

（6）抱杆拉线合力方向的画法。以e点沿60°方向画斜线与抱杆相交点f，则ef为抱杆拉线合力，of为抱杆所受的轴向压力。

（7）承托绳受力。抱杆所受轴向压力和工具重力之和对承托绳的作用力称为总压力（工具重力包括抱杆自身重力及其上工具如外拉线、牵引系统、吊绳等的重力）。按比例将总压力折算为相应长度，在铁塔正面图中的抱杆上画出对承托绳作用力点h，以h点画平行线nb，交bm延长线于p点，则pb为一侧承托绳合力。再在铁塔侧面图中的抱杆上画出另一侧承托绳合力bg，等于pb长度，以g点画平行线kb，交bs延长线于j点，则jb线为单根承托绳受力，如图3所示。

（8）由图2可知，各部受力是一个封闭多边形，of为抱杆所受轴向压力、oa为吊件重力、oc为吊绳受力、ac为控制绳受力、ce为磨绳受力、ef为抱杆拉线合力。每部位所受的力对其他部位都有一定影响，吊装过程受力是一个动态变化量，吊件就位工况下其受力最大，应以此工况下各部分受力来选择工具。

3 吊装受力分析

本文主要分析静态工况下的受力，即在吊装质量、抱杆高度一定时，分析比较不同工况下的受力状态。

3.1 β对吊装受力的影响

β不同时，吊装受力的变化如图4所示。由图4可知，β越大，各部分受力越大，即β1＞β2，则oc1＞oc2。

3.2 δ对吊装受力的影响

δ不同时，吊装受力的变化如图5所示。由图5可知，δ越大，β越小，吊绳受力就越小，控制绳受力也越小，即δ2＞δ1，则o1c1＞o2c2、a2c2＜a1c1。

3.3 抱杆提升高度对吊装受力的影响

抱杆露出的安装段高度不同时，对各部分受力的影响如图6所示。在抱杆倾斜角一定时，抱杆露出安装段越高，β越小，吊绳受力也越小。反之抱杆露出安装段越短，β越大，吊绳受力也越大。

3.4 控制绳受力对吊装受力的影响

控制绳的作用是控制吊件与塔身间的距离，如图7所示。在图7所示工况下，L值越大，控制绳受力越大，则β越大，吊绳受力就越大。当抱杆倾斜至控制绳受力为0时，吊装受力最小。因此，抱杆倾斜要满足施工设计要求。

3.5 抱杆拉线对地夹角对抱杆受力的影响

抱杆拉线沿基础或铁塔对角线方向延伸，抱杆升至最高工况下，抱杆拉线与地面的水平夹角不同，对抱杆压力有较大变化，如图8所示。当抱杆拉线对地水平夹角为45°工况（工况1）时，其抱杆压力为of1，抱杆拉线合力为ef1。抱杆拉线对地水平夹角为60°工况（工况2）时，其抱杆压力为of2，抱杆拉线合力为ef2。因此，of2＞of1，ef2＞ef1，即抱杆拉线对地水平夹角越大，抱杆压力也越大，抱杆拉线张力也越大。

4 减小受力的方法

使β增大的塔型主要有双回路塔、干字型塔，特别是在特高压直流输电线路中，这2种铁塔更显突出，主要表现在横担长而重且根开较大，横担重心距塔身较远，因此，吊绳的合力线通过重心造成吊绳偏角较大。建议采用如下方法进行控制：

（1）尽可能地提高抱杆露出就位点高度，减少抱杆与吊绳间夹角。

（2）抱杆应向吊件侧倾斜，由图2可知，当抱杆倾斜至控制绳不受力时，各部分受力最小。因此，抱杆倾斜角度要足够。

（3）控制绳的受力要保证吊件与塔身的最小距离为0.5m，由于塔高，地面指挥者很难目视观测，在吊装过程中，塔上应设专人监控吊件与塔身距离，减少吊装受力。

（4）特高压铁塔根开较大，吊件组装位置应尽量靠近塔身，减小吊绳偏角。

（5）横担吊装与绑扎方式应尽可能地使吊件斜吊或立吊，减小吊绳偏角。

（6）尽量减小抱杆拉线合力与水平面夹角，使抱杆受力减少。

（7）控制绳受力是由人工控制，其力的大小与人工操作有关，指挥者应随时调整控制绳受力的大小，即调整吊件与塔身的距离。

5 结论

（1）采用图解法进行受力分析与计算，施工设计更加直观，更加简洁明了，特别是使用计算机辅助设计（computer aided design，CAD）制图后更加方便，符合实际，能够对各部受力进行综合分析，并能调整各部受力大小，从整体进行控制，符合工程要求。

（2）施工作业注意的问题直观，有利于安全施工，对施工技术交底和指导施工来说更简便。

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