特高壓角鋼塔鍛造法蘭優化設計研究

侯森　仇學仕

摘要：近年來，我國電力產業發展迅速，且為促進我國國民經濟的增長做出了較大貢獻，隨著輸電規模的不斷擴大，桿塔所承受的荷載與塔中也不斷增加，與傳統的鋼管塔相比，特高壓角鋼塔在承擔線路荷載方面具有突出的技術和經濟優勢。本文以特高壓角鋼塔鍛造法蘭的優化設計作為研究對象，通過對鍛造法蘭的角鋼選才進行分析，在結合強度差級鍛造法蘭應用原則的基礎上，對特高壓角鋼塔鍛造法蘭的優化設計展開了深入研究。

關鍵詞：特高壓角鋼塔；鍛造法蘭；強度級差

前言

角鋼塔在電力工程，特別是高壓電力工程中的應用對其自身技術的可靠性與經濟性提出了較高的要求。如何利用角鋼塔降低鍛造法蘭的比重已成為電力運輸和電力工程建設中亟需解決的問題。本文結合鍛造法蘭對鋼管進行選才，通過闡述鍛造法蘭在應用過程中出現的問題，并結合鍛造法蘭的強度級差，進而對鍛造法蘭的優化設計方法做出了詳細探討。

1.基于鍛造法蘭的角鋼選材

就現階段而言，鋼管構件，特別是角鋼中鍛造法蘭占據的比重較大，因此，在進行角鋼塔的設計選才時，應將法蘭重量對角鋼塔的影響予以充分考慮，進而使整個構件達到最優化。在充分考慮到鍛造法蘭對構件的影響后，還需對構成角鋼塔的鋼管本身進行考慮。但由于構件鍛造法蘭的結構尺寸是由鋼管的直徑直接決定的，因此，鋼管直徑的減小會使得鍛造法蘭的重量也隨之減小，并使得叫鋼管的自身重量降低。借助SSZT2試驗塔對角鋼塔的經濟性進行分析可知，在利用鍛造法蘭進行選才時，對角鋼塔規格的影響較大。

2.強度差級鍛造法蘭

2.1鍛造法蘭在應用過程中出現的問題

由于鍛造法蘭的使用條件具有多樣性，加之鋼管壁厚具有較強的離散型，使得鍛造法蘭在應用過程中易出現下列問題：（1）鋼管壁厚存在較大差異。對鋼管規格庫進行分析可知，對于直徑較大的鋼管，其一般具有四種或四種以上的壁厚，據國家電力部門統計，最小壁厚與最大壁厚鋼管，其對于荷載的承載力可相差41%，若全部利用最大厚度的鋼管進行鍛造法蘭的設計，則會使得鋼管壁厚度處于較小值時，鍛造法蘭的裕度過大。（2）當前鍛造法蘭自身抗拉承載力的利用效率仍然不高。由于桿塔塔身是以軸壓穩定對其進行控制的，而法蘭的抗拉強度設計要求在建設過程中鋼管需要與法蘭焊接到一起，進而使二者作為一個整體共同承受相應荷載，但在實際設計的過程中，鋼管與法蘭的設計方法具有較大差異，這使得二者的承載力無法達到“共鳴”，降低了法蘭抗拉承載力利用效率的同時，也不利于角鋼塔架設工作的有序進行。

2.2鍛造法蘭的強度級差的應用原則

利用鍛造法蘭強度級差可以有效提高法蘭抗拉承載力的利用效率，并在有效減少鍛造法蘭在角鋼塔中所占比重的同時，減少了特高壓角鋼塔應用的經濟成本。將等管徑法蘭分為三個級差，分別為100%、85%和70%，對于管徑不等的鍛造法蘭應設置兩個級差，分別為100%和85%。此外，配對所用的大管徑法蘭級差也為兩個，分別為100%和85%[1]。

對于具有相同直徑的角鋼管，其2-3級規格的壁厚應選取85%的鍛造法蘭，其他壁厚則應選用級差為70%的鍛造法蘭。對于具有較小直徑的鋼管，考慮到其多用于斜材，且在劃分級差后所節約的鍛造法蘭重量相當有限，因此，只對其配置級差為100%的鍛造法蘭。對于橫擔在上平面主材的受拉構件，應選用級差為100%的鍛造法蘭，而對于受l/M（長細比）影響嚴重的角鋼塔構建，則以選用級差為70%的鍛造法蘭最為適宜[2]。

3.鍛造法蘭優化設計

3.1變坡節點的優化

設置加勁法蘭的優化的變坡節點，在角鋼塔中引入加勁法蘭后，具體數量設置為8，可以在減輕角鋼塔荷載和自身重量的基礎上，減少16根鍛造法蘭的安裝和設置，由于單個加勁法蘭的重量等同于單個鍛造法蘭的重量，因此，以加勁法蘭代替其雙倍數量的鍛造法蘭，等效于減少了8個鍛造法蘭為角鋼塔帶來的額外負載。

3.2改變節點法蘭在節點附近設置的常規辦法

對角鋼塔鍛造法蘭的主材分段長度進行合理調整，進而減少鍛造法蘭的整體數量。根據角鋼塔的具體設置方式，適當取消角鋼塔上層的部分法蘭，并將下層法蘭逐層上移，進而使原設計的五段主管減少到四段。由于主管的層級減少，因此，主管的平均長度應適當加長（具體長度根據施工情況計算獲得）[3]。對常規法蘭節點的設置進行分析可知，單根構件的重量大都在2t以下，以此為主管平均長度的設計（增加）依據，進而確定出加長的尺寸。移動鍛造法蘭節點的位置，使其由主材的K節點移至到節間中部，進而降低角鋼塔鋼管桿端的彎矩。

3.3取消塔腳位置的鍛造法蘭

將塔腳位置的鍛造法蘭取消，移動遮水板使其到達上段法蘭的連接位置，雖然在塔腳位置設置鍛造法蘭可以為其上段鍛造法蘭的安裝與加工提供較大便利，但隨著角鋼塔自身加工與安裝水平的不斷提高，使得即便取消其塔腳處的鍛造法蘭也不會對整個構件的結構產生較大影響。此外，由于塔腳處的鍛造法蘭是全塔范圍內最大的規格的法蘭，因此，取消該法蘭的設置，一方面有利于降低塔重，另一方面在減少大規格鍛造法蘭的加工和安裝的同時，也有效節約了角鋼塔的生產成本，提高了其支撐電力運行的效率和經濟效益。由此可知，要提高角鋼塔的經濟性，必須對鍛造法蘭進行優化，進而減少其在整個角鋼塔中所占的比重，并取消不必要的法蘭，以減少其為角鋼塔所帶來的多余的符合，提高角鋼塔建設的經濟效益。

4.結論

本文通過對基于鍛造法蘭的角鋼選才進行分析，在結合強度差級鍛造法蘭設計原則和方法的基礎上，從變坡節點的優化、改變節點在法蘭在節點附近的設置方法以及取消塔腳位置鍛造法蘭等方面對特高壓角鋼塔鍛造法蘭的優化設計方法做出了具體研究。可見，未來加強對鍛造法蘭優化方法的研究與應用力度，對于節約電力成本、提高輸電效率，并促進我國電力產業的整體發展具有重要的歷史作用和現實意。

參考文獻：

[1]舒興平，嚴興華，鄒浩.通信角鋼塔脈動風荷載模擬及風振響應分析[J].工業建筑，2011，04（12）：119-123.

[2]鞠彥忠，劉磊.角鋼塔空間TT型節點極限承載力研究[J].科學之友，2013，08（05）：1-3.

[3]姚云龍，張佚倫，任高杰.地面角鋼塔及樓頂角鋼塔的基本自振周期研究[J].鋼結構，2014，02（21）：44-47.