高强钢在输电线路铁塔中的应用

张秋晗

摘要：高强钢由于其独有的效能，在输电线路铁塔中的运用越来越普遍。使用高强钢不仅可获得明显的效益，而且有利于提升输电线路的工程水准和输电线路铁塔的质量。根据高强钢的特征，研究了高强钢在输电线路塔中的运用现况，提出了高强钢的未来发展前景。

關键词：输电线路;铁塔;高强钢;应用

目前，Q235和Q345这两个强度级别是我国输电线路塔采用最多的钢。这两种钢不仅品类少，而且强度不高。当塔架部件载重较大时，需使用混合曲面的方式来提升荷载力，这必然造成塔架部件标准增加，塔架构造复杂，加装艰难，导致资源浪费，增加工程造价成本。随着高压输电线路的规划，多分化、大曲面导体的采用越来越多，塔的负载也越来越大，这就要求采用新型高强度钢来符合日益增长的荷载需求[1]。

1国内外输电线路铁塔采用高强钢的应用现状

1.1高强钢的应用特点

高强钢的最大特征是高强和强承载力，可精确减轻塔架工程面对的载重难题。我国最早采用的高强钢是西北750kV输电线路。输电线路塔使用的高强钢为P420强度等级钢，投入使用之后获得了不错的国民经济科技效果。随着全世界电力规划的加快，越来越多的输电线路塔将使用高强钢用以符合其日益增长的负载需求量。高强钢由高合金钢做成，其运用前提要求热轧、正火或正火加回火。钢构造由铁素体和少量珠光体构成。为了造成热力学效果，高强钢可淬火产生低马氏体，然后在低温下回火产生环保回火绳状构造，这有助于控制。高强钢可在常温下掌控，因此在焊后不能冷却[2]。目前，焊陶瓷主要使用半自动结合液体保护焊。在实际操作中，根据高强钢构造的要求展开适当的焊就充足了。焊时，应留意高强钢明定的焊电压、电流和速率，以保证焊步骤的延展性和质量。输电塔命脉的倾斜应根据工程设计右图纸张或有关文档展开。倾斜可通过冷弯、均匀热弯或不均匀加热弯曲展开。冷弯自然环境适合，可在常温下展开：加热至900-1000℃展开均匀热弯;非均匀加热的采用通常在关键情形下展开，包含割炬或分割喷管烤。倾斜之后，应强化对缺失的检验，并产生书面的检查报告，以备将来采用。同时，高强钢倾斜之后应强化隔热和缓冷检修。由于中国高强度钢的发展时间不短，需做大量的分析工作。

1.2国内外应用现状

目前，国内外输电线路塔常见的钢为通常构造钢，分成高铝高强钢和不锈钢。英国主要使用构造钢和高合金高强结构钢，美国主要使用一般构造钢、焊结构钢和塔用高强钢，我国主要使用碳素构造钢和高合金高强结构钢。可看到，英国和美国的钢品种显著多于我国，钢的级别强度也较高。比如，美国的有关高架输电规章明定，焊接钢的强度不准高于460MPa，塔用高强钢的强度不准高于520MPa。英国有关设计规范也主张钢强度不准高于686MPa。然而，我国《钢结构设计标准》分析表明，钢的最大强度仅为420MPa，高架线路用钢的最大强度不少于390MPa。中国高强度钢的发展时间不长，只有一些大型建筑物计划试著制造高强钢。从国内外运用现况来看，中国高强钢的采用水准显著领先于发达国家[3]。

2高强钢在输电铁塔中的应用原则

从塔架构造的视角来看，95%的压杆由压杆掌控，而部件的长细比将间接影响压杆的承载力。从超过研究可看到，高强钢的平稳常数相对较高，因此其在施工中的运用也受一定的约束，需遵从下列几个准则：如果压杆由强度掌控，则只有角钢的设计强度对压杆的承载力有关键性影响。如果压杆处在平稳掌控状况，则压杆的强度级别越大，平稳常数越高，即长细比逐渐减小，Q420在承载力领域的优势将大于同标准的P345。当长细比增加到一定水平时，如12O、Q420和Q345的轴承车基本相同。如果在这种情形下采用高强度钢，费用将增加。因此，在综合性考量工程造价影响的情形下，受拉构件及长细比不宜小于80。长细比由于高强钢具备强度低、影响小、抗弯抗压等特征，在施工中采用高强钢不仅可节省物料，而且可节省费用。高强钢在输电塔中的运用具备节省钢原材料、缓解塔体质量、节省经费的缺点，不仅提升了输电线路塔体的效能。目前，中国输电线路采用的杆塔物料仍有一定的缺陷，与国外科技的运用有一定的差距。然而，采用高强度钢是一种全新的、合理的和有含义的运用计划。高强钢具备抗压强度、抗折强度、抗剪强度和抗拉强度的特征。同时，它可节约物料的采用，修改构造，提升承载能力。将其运用于输电塔工程，可提升中国输电线路建筑材料的技术水平，增加输电塔先进科技的设计思想，构建输电工程技术的先进性，进一步提高中国输电塔工程投标水准，与国际性输电塔工程水准衔接，增加实力。目前，采用高强度钢的使用者是电力行业。柴油在输电线路中的运用，扩大了高强钢的使用率，极大地增进了钢市场的发展。同时，对高强钢的质量要求将逐步提高，从而提升塔工程的质量和效能，增进钢市场国民经济的发展效能，精确增加柴油规划的经费消耗率。从总体社会效益来看，它不仅增进了社会国民经济的重复发展，增进了产业的平稳发展，而且构建了社会彻底发展的经济效益。

3高强钢焊接中常出现的问题

热裂纹是指在焊步骤中，在焊缝和热影响区之内合金加热固相邻近的低温区造成的焊裂缝。其因素是银、硼、氢等成分在高合金钢焊步骤中成为裂缝产生的复杂成分。同时，切削刚性越大，凝结沉淀步骤中的形变状况越复杂，裂缝偏向越大。当焊插头加热到较高的温度时，焊裂缝称作冷裂纹。高强钢厚板构造中存在永久的冷裂纹方法。因素是由于插头的低刚性造成形变形变较低，或由于加热步骤中累积的氮气造成形变形变少于钢的强度极限。在焊合金拉丝零件中，像鱼眼那样的黄色圆圈称作黑点。因素是在焊步骤中吸取了过多的氢，所以也称作氢白点。氢黑点可明显增加焊缝金属的形变。

4高强钢在技术经济方面的应用优势

4.1承载力高于其他强度等级钢

以相近标准的轴压部件为题，有所不同强度级别的钢的承载力差异很小。比如，Q345、Q420和Q460强度等级钢的承载力分别为1244n、1465n和1565n。与Q345相对，Q420和Q460高强钢的承载力分别是Q345的1.18倍和1.26倍。由于高强钢本身强度级别低，承载力也随之提升，可精确节省钢，增加钢费用。与一般钢相对，高强钢具备更高的强度和更大的承载力，大大增加了施工用钢。以某施工为题，750kV输电线路使用P420高强钢。使用P420高强钢，jg2、JG3塔质量缓解7%～9%。此外，本施工转角处塔荷载较小，主要物料需忍受较小荷载。因此，Q420高强钢可精确防止主材的双肢，增加有关辅助材料所需的构造[4]。

4.2Q420和Q345用钢量上的比较

为了比较P420与Q345的具体用钢量，本文以西北地区750kV输电线路的规划为题。jg2和JG3宝塔架使用P420高强钢后，塔架质量减轻7%，DG塔架質量缓解10%。由于本施工转角处载重较小，主要物料忍受的载重也适当增加。使用P420高强钢之后，可精确增加双肢及辅材的构造损耗，缓解塔体质量，效益明显。高强钢的使用体现了输电工程施工科技的变革，增进了中国输电铁棒的设计和技术指标与国际性先进水准衔接。提升了中国在国际性投标中的战力水准，增进了输电线路规划向全新物料、全新科技的发展。目前，中国大型塔的发展在物料的运用之上还存在一定的缺陷。高强度钢的运用为这一难题提供了合理的克服计划。此外，采用高强钢可避免混合曲面，修改构造，提升构造载重传送方式的合法性。能精确增进产业发展，社会效益明显。由于电力行业是冶金消费者强国，如果高强钢在输变直流行业的推广应用扩大，将间接影响到整个钢铁市场，促进中国冶金质量的不断提升。对提升钢使用率，增加工程造价，提升全台社会研磨加装技术水平，提升效益起到了大力活性，也有助于社会的科技变革和能源社会的规划。

5我国高强钢等边角钢的应用情况

5.1高强度角钢的生产使用现状

铝合金和等边上角钢是全球之上采用最普遍的物料我国输电线路塔的规划。这两种物料的生产量间接影响到塔架建筑材料的稳定供给。具体报告显示，国内许多大型钢铁企业已经具有了高强钢的制造科技，所制造的钢的强度级别可少于P420和Q460。Q420和Q460高强边角的具体使用量较大，目前没一定的制造数量。许多边角需按期制造，钢市场基本上没存货，这也造成我国输电线路塔工程采用Q235和P345强度等级钢。目前，国内只有四家冶金子公司能制造特定标准的P420高强角钢。其他一些冶金子公司虽然没有制造知识和科技难题，但由于市场需求大，尚未交付营运。中国高合金高强构造钢明定，Q460角钢只有C级、D级和E级，也就是说，Q460弱度级角钢只有符合高温影响韧性的要求才华停产。由于大多数钢铁企业不符合P460角钢的高温影响韧性规范，Q460弱度级角钢的批量生产仍需进一步分析。

5.2高强度角钢等级

Q390和Q420强度角钢有五个有所不同级别，但Q460只有三个级别。C级要求角钢具备基本上影响韧性。对于Q420的钢，不拥护供给D级和E级钢。高温影响韧性可确保高强钢的一致性，防止焊裂缝。根据中国输电线路铁塔的应力特征，钢的延展性基准通常为B级，部分寒冷区域要求为C级，可精确避免缝隙的造成。Q390角钢的强度比Q345低13%，但承载力的提升显著大于Q345。这是因为平稳常数的增加将去除读取之后部件的部分承载力，因此可靠性不高。相比下，Q460高强钢更国民经济。由于中国现行行业标准中Q460高强角钢没A级或B级，建筑物角钢的强度应在C级超过，目前钢铁企业的生产能力庞大，不能真正达到行业标准。因此，要彻底解决这一难题，必须加速研发C级超过高强角钢，尽快研发优质Q460D角钢。输电线路铁塔工程前夕，还应尽快展开q460c的运行测试。

5.3高强度角钢的应用原则

输电线路铁塔之上的大多数构件均受影响掌控，部件的承载力与其宽度间接有关。因此，需在一定水平之上约束部件宽度的确认。当部件的承载力由强度掌控时，部件的具体承载力仅由角钢的强度决定。在平稳掌控下，部件的平稳常数随部件强度级别的增加而增大。对于相近标准的角钢，Q420角钢的承载力高于Q345。在输电线路铁塔工程步骤中，杆塔压杆的影响少于压杆应力的95%，压杆的扁平构造间接影响承载力。同时，考量到高强钢的平稳常数，塔的工程应按有关准则展开。首先，如果压杆受强度的影响和掌控，需要适当强化角钢的强度设计。如果可靠性决定了压杆的质量，则可靠性越高，压杆的强度越高，长细比越大，从而使高强钢的承载力增加，反之，其强度增加。因此，需充分考虑塔刹、工程费用等多种原因。压拉构造与塔架构造的长细比比较不准少于8O，部件长细比大于40时应展开强度掌控。在输电塔工程中，为了不耗费高强钢或导致过度采用，通常在受引力和赛车影响的器官采用高强钢，如塔刹、水准根、地线承托拉杆或导体拉角钢等，以便精确地选取所用的器官，高强钢的缺点可更精确地反映出。综上所述，用作输电线路的P420高强钢应符合下列前提：受拉构件和长细比大于80。

结语

总之，在输电线路塔工程中采用高强钢是中国输电线路工程的一大变革。一旦在输电线路规划行业推展，将大大提高中国输变电工程建设水准，增进钢铁企业特别是高压电力规划的快速发展。最关键的一点是，高强钢的推展必将提升钢的精确使用率，增加工程造价，提升工程建设的加装技术水平，增进资源节约型社会的规划。

参考文献

[1]冯超，乔磊，李伟，曹先慧，岳一石.某500kV架空老旧线路拉V塔结构优化设计研究[J].湖南电力.2020（06）.

[2]刘强，多荣春，洪亮.基于BIM技术的输电铁塔基础预偏取值研究[J].红水河.2020（06）.

[3]王华云，李琼，陈波.猫头型输电塔台体系的频率灵敏度[J].土木工程与管理学报.2020（06）.

[4]曾尚武，郭夏溦，张磊，屈帅，常建伟，王舒然，徐德录，李雅泊.铁塔用VCI双金属涂层的制备及效果研究[J].材料导报.2020（S2）.