高强钢在大型变电站联合构架的应用分析

王鹏

摘 要：变电站中应用高强度钢筋，可提高变电站结构的抗震性能，增强安全度。文章介绍了变电站中高强钢筋的使用现状，对高强钢筋在变电站中的应用进行了效益分析，对高强钢筋在变电站结构中推广应用提出了建议。

关键词：高强钢；大型变电站；联合构架；应用

我国大型输变电工程变电站的主要构筑物——构架普遍存在钢材材质单一、强度低的缺点，造成我国设计的构架的构件截面偏大、质量偏重、经济效益低.随着我国输变电电压等级的提高、电网规模逐渐增大，常规的普通钢材已不能满足大荷载变电构架的使用要求.高强钢构架可以充分发挥钢材强度高的特点，同时又可以减少用钢量，因此在我国的使用将越来越多。以往构架的研究多针对普通钢，本文研究高强钢在大型变电站联合构架的应用，为以后高强钢在联合构架的使用提供坚实可靠的理论依据。

一、应用高强钢筋的意义

（一）解决工程中有关技术难题

（1）提高建筑安全性、抗震性。在相同设计条件下，使用III级钢筋，强度提高约20%，由此可知在建筑结构按相同安全等级设计的情况下，采用高强钢筋可以提高结构的安全性能，从某种程度上说，可延长变电站建筑物的设计使用年限。（2）满足大跨度、大负荷建筑的优化设计变电站房屋属工业建筑，电气设备所需房间的跨度较大，层高较高，设备荷载较大，因此局部梁柱受力较大，当采用II级钢筋时，配筋数量较多，若混凝土梁柱截面不够大，很容易造成超筋现象，从而形成梁柱截面较大的设计结果。而使用III级钢筋，可减少钢筋数量，同时对梁柱截面进行优化设计。（3）方便施工同样的，对配筋较多，钢筋间距太密的结构，施工时给混凝土浇注带来困难，很难保证混凝土浇筑的密实度，因此适宜采用III级钢筋以减少钢筋使用数量。

（二）经济效益

在结构设计中采用高强钢筋，最直接的效益就是节约钢筋的用量，从而降低了变电站的工程造价。若同时能减小梁柱截面尺寸，则会产生间接经济效益，即增加了建筑使用面积，提高了建筑使用功能。

（三）社会效益

高强钢筋的研发成功，将加速钢筋产品的升级换代，减少了资源消耗，推进了技术进步，符合国家环保和可持续发展政策，社会效益显著。（1）减少自然资源消耗，减少污染物排放，推进可持续发展由于钢材生产需要大量进口铁矿并大量消耗水、焦炭、石灰等资源及煤炭、电等能源，同时还大量排放废水、粉尘、废气等污染物，给环境造成不可逆转的不利影响，因此节约钢材也是对资源、能源的节约和环境的保护。（2）促进低合金钢产品结构调整，加速建筑用钢与国际接轨要使我国由钢铁大国成为钢铁强国，调整冶金产品结构是冶金工业的重要任务。其中，低合金钢品种调整起着举足轻重的作用。我国低合金钢产量占钢总产量的20%左右，其中建筑用钢占低合金钢70%以上，II级钢筋又占建筑钢材80%以上。因此，使用高强钢筋是调整冶金产品结构的第一步，也是很关键的一步。

二、案例分析

本文以某大型330kV变电站工程的联合构架为例，分析了联合构架的空间应力。本联合构架通过对出线构架、中央构架六跨连续，母线构建靠拢联合进出线构架，主变进线构架靠拢中央构架，这样就会有巨型钢结构联合构架形成。出线构架、中央构架、主变进线构架为三列6孔连续门型构架，每列长度为140米，横向联合宽度为73米。出线构架单孔跨度为22米、25米和21米；母线采用的是软母线。

在荷载工况方面，依据变电站结构设计方面的规定，大风工况、覆冰有风工况以及安装工况和地震作用工况等都是构架计算的荷载工况。在荷载类型方面，首先是结构自重，依据相关的软件，结合模型截面规格来计算联合构架的结构自重；结合建筑结构荷载规范来计算构架风荷载，在大风工况下，风速为每秒30米，覆冰有风工况下风速为每秒10米。在导线荷载方面，电力导线挂设于构架梁，终端构架梁单侧挂设三根，中间构架梁两侧各挂设三根，由电气工艺专业计算后，提供各个荷载工况下的导线荷载。在变电站运行过程中，大风工况为承载能力极限状态控制工况，在这种情况下，构架的构件有着最大应力，出线构架的人字柱柱底出现了最大应力，比高强钢的屈服强度要小，说明在各个荷载工况下，联合构架都可以保持安全状态。

在变电站运行过程中，大风工况为正常使用极限状态控制工况，在这种情况，构架有着最大的变形，出线构架的柱顶避雷针出现了最大位移，位移能够满足正常使用的变形验算条件，说明联合构架整体稳定可以得到保证。在安装变电站导线的过程中，导线的挂设利用吊车升降机来完成，并且安装天气需要保证是无风或者小风，只有较小的导线安装荷载，构架受力比大风等工况远远要小，因此，安装工况下联合构架分析就不需要考虑。

对比高强钢和普通钢联合构架用钢量，在本地区，很多大型变电站的联合构架都将普通钢作为材料，将人字柱、三角形断面梁给应用过来，将圆钢管作为主材。结合普通钢建模结合，如果有着不变的构架布置、构架高度和荷载，那么控制工况时，普通钢多数构件的应力值都大于235MPA，比屈服强度要大，因此，如果将普通钢应用过来，就需要对构架的构件截面规格进行加大。而将高强钢应用过来，就可以在较大程度上减小构架柱梁的构件截面和壁厚，钢材用量可以得到明显节约，如在13米高母线架柱、梁截面方面，高强钢和普通钢用钢量比为0.83，24米高出线架柱、梁截面高强钢和普通钢用钢量比为0.60；在18.8米高出线架柱、梁截面方面，高强钢和普通钢用钢量比为0.63。

三、结语

通过上文的叙述分析我们可以得知，在大型变电站联合构架中，大部分依然采用普通钢，为了满足荷载要求，就需要对构架截面进行增大，这样就需要增加施工成本。而将高强钢应用过来，联合构架有着安全的结构，整体稳定性得到了提升。通过对比普通钢构架，将高强钢应用到联合构架中，可以促使构件截面得到有效減小，用钢量也可以得到有效降低，这样经济效益和社会效益就可以得到明显提升。在具体实践过程中，需要科学的分析，合理设计施工方案，保证变电站能够稳定的运行。本文简要分析了高强钢在大型变电站联合构架中的实践，希望可以提供一些有价值的参考意见。

参考文献

[1]刘钊，卓为顶，张建东，姚圣法.配置高强钢筋与普通钢筋的预制桥墩滞回性能试验[J].中国公路学报，2018，31（12）：204-210.

[2]李冬，金浏，杜修力.轴压加载下高强钢筋混凝土柱尺寸效应试验研究[J].工程力学，2017，34（04）：49-56+71.

[3]赵毅明，张磊，邓凤琴.大力推广应用高强钢筋 高效节材适应绿色发展[J].工程建设标准化，2014，（01）：33-37.