输电线路铁塔螺栓无扣长优化设计探讨

◎黄德

输电线路铁塔螺栓无扣长优化设计探讨

◎黄德

输电线路铁塔的施工图设计将采用螺栓无扣长优化设计方法，采用了单一的控制条件，选择螺栓规格极为方便准确，解决了长期困扰线路结构设计人员选择铁塔螺栓规格的难题，从源头上保证了铁塔螺栓螺纹不进入剪切面，为铁塔的安全可靠提供了保障。据此方法可明显提高设计效率，最主要的是几乎可完全避免螺栓选用上的差错。对于本工程所使用所有铁塔施工图进行螺栓无扣长优化设计以后，能够确保螺纹不进入剪切面，从而进一步保证了铁塔的安全运行。

110kV及以上输电线路铁塔是输电线路工程体系的重要组成部分，它的造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重，其可靠性能直接决定了运行线路的可靠度水平。为解决螺纹进入剪切面的问题，拟对铁塔用螺栓无扣长进行优化，由于采用了单一的控制条件，选择螺栓规格极为方便准确，解决了长期困扰线路结构设计人员选择铁塔螺栓规格的难题，从源头上保证了铁塔螺栓螺纹不进入剪切面，为铁塔的安全可靠提供了保障。据此方法可明显提高设计效率，最主要的是几乎可完全避免螺栓选用上的差错，对保证线路的长期安全运行具有指导意义。

铁塔螺栓选择设计现状

设计单位铁塔设计流程一般为：电气专业规划铁塔使用条件，提供间隙圆图及杆塔使用外负荷；结构专业建模计算，优化根开及布材形式，确定杆件规格及螺栓数量，绘制司令图；铁塔施工图绘制放样。

设计单位目前按《输电线路铁塔制图和构造规定》(DL/T 5442-2010)确定螺栓规格。据该规定，各规格螺栓有各自的无扣长和通过厚度。要避免螺纹进入剪切面，设计制图人员在选定螺栓规格时，除必须考虑通过厚度外，还必须考虑每种螺栓无扣长及其具体的穿入方向，这给设计制图人员增加了很大的工作量。由于这项工作枯燥而繁琐，出现差错的概率很高。而目前国内一般制图软件也只根据通过厚度一项指标确定螺栓长度，这样实际上铁塔结构图中就存在较多的安全隐患。

铁塔螺栓选择优化方法

按照目前送电线路铁塔采用的角钢及钢板，选用M16螺栓时最小受力角钢一般为L40×4，相应最小钢板厚度为5mm，故理论上将M16螺栓的无扣长定为其最大通过厚度减去3mm则避免了螺纹进入剪切面的情况。同样，选用M20螺栓时最小受力角钢为L63×5，相应最小钢板厚仍为5mm，故理论上将M20螺栓的无扣长定为其最大通过厚度减去4mm则避免了螺纹进入剪切面的情况。最后，选用M24螺栓时最小受力角钢为L140×10，钢板厚度不会小于10mm，故理论上将M24螺栓的无扣长定为其最大通过厚度减去9mm则避免了螺栓进入剪切面的情况。

优化后垫圈增加数量的确定

由于无扣长的加大，势必增加螺母侧垫圈的用量。假定每种螺栓的每一种通过厚度在送电线路铁塔上均匀分布，则每种螺栓需要安装的垫圈数量(即为表中理论垫圈数量)为：

优化后螺栓相关数据

由此表计算结果可知，总体来说按铁塔全部M16螺栓数量1:1.2、全部M20螺栓数量1:0.9、全部M24螺栓数量1:0.1备好相应的垫圈是可满足安装要求的。考虑到更大加工误差的可能性，实际应用中可适当增加。而当设计者指定采用4mm厚垫圈时，垫圈用量则会显著减少。

优化螺栓无扣长后的突出优势

（1）设计人员、安装人员不需考虑无扣长及穿入方向，只须根据通过厚度一项即可确定螺栓长度，大大提高了设计制图的效率，安装时不易产生差错，铁塔的安全容易保证，螺栓验收也更能起到作用。

（2）采用优化后的螺栓同样适用于套用的铁塔图纸。因为通过厚度没有改变，原图中螺栓标注、规格等项目均不需修改，只需对螺栓加工要求一项进行修改即可，这样就会使原图中可能存在的一些螺纹进入剪切面的螺栓得到纠正。

优化螺栓无扣长后的缺点

相比螺栓无扣长优化前，需要增加较多垫圈，由此使得铁塔辅助构件的材料量有所增加，对于M16、M20螺栓多数情况下如不加装垫圈则螺栓无法拧紧，但是通过优化垫圈厚度等措施在一定程度也可以简化安装工作量。

螺栓无扣长优化后，设计人员选择规格更方便准确，不受穿入方向的影响；安装时一般需要增加垫圈，但选择规格不易出错。增加的垫圈数量虽然大，费用却不多，基本上避免了设计、安装环节在螺栓选用时的差错，铁塔的安全运行更易得到保障。对于本工程所设计的铁塔施工图进行螺栓无扣长优化设计以后，能够确保螺纹不进入剪切面，从而进一步保证了铁塔的安全运行。

株洲高新电业集团有限公司输变电工程分公司）