提高钢管塔加工效率的杆塔设计方法探究

2021-07-12唐君利

探索科学(学术版) 2021年3期

唐君利

中电建武汉铁塔有限公司湖北武汉430011

1 引言

电力行业是我国工农业发展以及保障人们日常生活的基础性行业,同时也是促进我国经济社会发展的支柱型行业。目前随着人们生活水平的提高和生产方式的改变,对电能的需求量猛增,使得电力系统规模在不断扩大,增加了电力工程项目数量,逐步推进我国特高压输电线路规模向大型化方向发展。而在此类工程中输电线路需要跨越大江大河时,则需要建设大跨越输电塔。目前比较常用的输电塔类型就是受力性能良好的钢管塔,比较适合在眼距离和高电压等级的特高压输电线路工程中应用。由于钢管塔的设计、加工和施工对其塔材的使用、受力性能和施工质量产生直接的影响,因此,为了提升钢管塔的加工效率,就需要优化杆塔设计方案。

2 钢管塔技术标准

对于钢管塔建设所用原材料来说,主要使用符合我国国标中关于流体管要求的直缝焊管和带颈法兰,但是由于钢管塔建设所用直缝焊管为结构管,此类钢管在直线度、椭圆度和变形等技术方面与流体管存在较大的不同。尤其是在钢管塔建设中需要将流体管与带颈法兰连接,而法兰的受力状况、结构和尺寸精度之间存在较大不同,因此,国家电网针对上述情况专门制定了钢管塔加工技术规程,其中明确规定了直缝焊管技术条件以及所用带颈法兰的技术条件等,此技术条件中明确规定了所用焊管、带颈法兰和平板法兰的技术要求,比如所用材质最高达到了Q460-C。而针对钢管塔制造技术标准来说,目前主要有侧重于设计方面的钢管塔制造标准,明确规定了详细结构设计以及构件加工、焊接等要求。同时也有焊接检验标准规定了输变电钢管杆、钢管塔和钢管变带构支架制造技术要求和检验规则等内容,同时还有相应的企业标准,对相应的钢管塔加工中的焊接、装配、组装、防腐和检验等内容加以明确规定,是目前钢管塔制造技术的主要技术标准。

3 钢管塔加工效率的影响因素分析

厂家的加工技术设备、焊接与检验技术水平、钢管塔的制造技术水平直接影响钢管塔的加工和供货效率,想要提升此方面影响下的加工和供货效率,厂家需要更新技术设备并加强人员技术培训等。而从结构设计角度分析对钢管塔加工效率造成影响的因素则主要以下几点:首先是在设置构造环板或者加劲板时没有严格按照技术标准开展,比如应该使用3环板的位置却使用了5环板,并且将加劲板设置在本不需要设置的位置,导致节点构造更加复杂。其次是在钢管塔设计中所用钢管构件数量过多,比如将钢管设计在受力比较小以及规格比较小的构件中,导致构件加工和焊接安装等工作量的增加。再次是在设计和使用U型插板与十字插板时存在设计不够规范的问题,也容易导致加工难度和工作量的增加。最后是横担走道设计使得焊接工作量增加的问题。

4 提高钢管塔加工效率的杆塔设计方案

4.1 对环板和加劲板进行合理设计在钢管塔设计时,通常将环板设计在钢管塔横担与塔身或塔头的连接位置,此种构件的应用数量较多,目前比较常用的主要有4环板和5环板两种类型。目前针对这两种类型的环保构件设计存在过于保守的问题,因此可以基于节点强度和刚度满足要求的基础上对构造进行简化,也就是使得环保数量相应减少。而针对目前不同杆件交汇位置的大节点所用加劲板数量较多而导致节点构造更加复杂的现状,也需要对环板和加劲板的数量加以控制,通过优化设计的方式减少其用量,从而使得焊接工作量随之减少。

4.2 合理设计和利用角钢构件在钢管塔中地线支架和具有较小符合的铁塔横担主材的设计和选择时,如果使用高强角钢可以满足设计要求则尽量多使用角钢来代替钢管构件。由于采取传统的设计思路和方法,通常采取单面连接的方式来设计和计算横担根部主材受力,采用此种设计方法,只能使用钢管构件来满足较长横担和较大线荷载的要求,不易使用角钢。但是在实际应用中,由于横担根部主材角钢的两个肢上受力比较均衡,因此在设计阶段可以按照双面连接的方式来计算,在满足构造因素和次弯矩影响所需要的裕度时,可以使用普通规格的角钢来满足设计要求。如果铁塔的负荷比较大,在将钢管设计为横担主材时,可以结合具体情况,将角钢使用在横担斜材部位。比如靠近横担根部、长度较长的主材需要使用钢管构件,但是靠近其端部的斜材则可以使用角钢,以减少钢管用量。

4.3 合理使用插板连接在钢管设计工作中比较关键的内容就是节点设计,其数量也直接决定杆塔加工中的焊接工作量,通过设计优化减少节点数量有助于提升加工效率。针对采取插板连接的钢管塔设计方式,在防治相贯线切割的同时也有助于减少焊接工作量,也就是通过标准化插板的应用来减少管头设计工作以及计算工作,实现设计工作效率的提升。同时也可以批量化生产此种插板,有助于提升插板加工效率并便于控制其加工质量。目前比较常用的插板材质有Q235和Q345两种,而且强度分为三级,使得插板类型数量较多。因此可以统一采取Q345材质来减少插板种类。如果在现场组装过程中横担上平面主材采取U 型插板的方式与塔身连接的效率较低、难度较大,因此可以改为十字连接的方式来降低施工难度和提升杆塔组装效率。

4.4 对横担走道型式进行改进针对采取圆钢焊接形式的横担走道和简易休息平台方式容易增加焊接工作量的特点,而且由于焊接作业量的增加还容易引发变形问题,因此可以将上述型式改为螺栓连接的格栅式钢网焊接或花纹钢板的方式。此种形式不仅具有较为牢固的结构,预防变形问题,而且焊缝数量大幅度减少,因此减少焊接工作量。