大規格角鋼在特高壓輸電鐵塔中的應用研究

余明智，鄭洪斌，岳　浩，李丹丹

（1.云南省電力設計院，昆明　650000；2.國網山東省電力公司德州供電公司，山東　德州　253000；3.國網山東省電力公司威海供電公司，山東　威海　264200；4.國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南　250012）

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大規格角鋼在特高壓輸電鐵塔中的應用研究

余明智1，鄭洪斌2，岳浩3，李丹丹4

（1.云南省電力設計院，昆明650000；2.國網山東省電力公司德州供電公司，山東德州253000；3.國網山東省電力公司威海供電公司，山東威海264200；4.國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012）

摘要：隨著電網工程建設的迅速發展，L220和L250大規格角鋼已經在特高壓輸電鐵塔結構上得到了比較廣泛的應用。但隨著輸電線路工程中大截面導線等技術的發展，鐵塔的外負荷越來越大，為滿足承載力需要，對角鋼肢寬提出了更高的要求。結合工程應用實例，對250 mm肢寬以上大規格角鋼（280 mm和300 mm）的承載力和經濟性進行了分析研究。

關鍵詞：大規格角鋼；L280角鋼；L300角鋼；承載力；經濟性

0　引言

大規格角鋼通常指肢寬大于200 mm的角鋼。與常規角鋼相比，大規格角鋼肢寬與肢厚均較大，截面積大幅增加，能有效提高單根構件的承截力，實現大規格角鋼替代普通規格雙組合角鋼。不僅可以減少桿塔的耗鋼量，降低角鋼間填板焊接質量帶來的鐵塔安全隱患，而且還可以改變雙拼組合角鋼的不合理截面形式，優化構造，避免雙組合角鋼受力不均、小長細比時易發生彎扭屈曲的影響，同時大量減少連接螺栓與填板，使鐵塔組立的施工量與施工難度大大降低［1］。

自錦蘇工程作為輸電鐵塔大規格角鋼應用的國內首個試點工程以來，220 mm和250 mm肢寬大規格角鋼已經在特高壓輸電鐵塔結構上得到廣泛的應用，并且在結構安全度和經濟性兩方面都取得了較好的成效［2］。但隨著電網工程建設的迅速發展，大截面導線等技術的應用，桿塔的外負荷越來越大，為滿足承載力需要，對角鋼肢寬提出了更高的要求。2013年國家電網公司發布了《300毫米級肢寬熱軋大規格等邊角鋼技術條件及工裝要求》，給出了L280～L360各規格角鋼的尺寸、外形、重量及允許偏差、截面特性、技術要求、檢驗方法、檢驗規則、包裝、標志及質量證明書等要求。為250 mm肢寬以上大規格角鋼在工程中的應用創造了條件，結合±800 kV山西晉北—江蘇南京特高壓直流輸電線路工程大規格角鋼的應用情況，對280 mm、300 mm大規格角鋼的承載力和經濟性進行分析研究。

1　L280和L300大規格角鋼承載力分析

在±800 kV山西晉北—江蘇南京特高壓直流輸電線路工程中，桿塔大規格角鋼的使用涉及220 mm、250 mm、300 mm 3個角鋼肢寬等級。為更直觀了解250 mm以上大規格角鋼的承載力性能，增加了280 mm大規格角鋼的對比情況，分別對Q420L220，Q420L250雙角鋼構件以及Q420L280，Q420L300角鋼構件的承載力進行計算，計算結果見表1。

表1　雙角鋼與大規格角鋼承載力對比

由表1可知，280 mm和300 mm角鋼的承載力與220 mm、250 mm雙角鋼的承載力存在局部重疊。為更直觀反映這種情況，把這種關系繪制為圖1，圖中承載力重疊范圍越大，表明替換率越高，也就是說280 mm和300 mm大規格角鋼可代替220 mm、250 mm雙角鋼構件概率越大。同時，圖1中隨著計算長度的增加，承載力重疊范圍逐漸減少，該現象說明大截面單角鋼回轉半徑較小，受壓穩定性能相對較差，為充分發揮大截面單角鋼承載潛能，設計人員應合理規劃塔身節間及塔材布置形式，才能有效提高大截面單角鋼利用率。

圖1　雙角鋼與大規格角鋼構件承載力

2　L280和L300大規格角鋼最優長度計算

減小構件計算長度，可有效提高280 mm和300 mm大規格角鋼替換雙角鋼構件的替換率。同時，根據等承載力的原理，可知當角鋼計算長度達到一定的限值后，再減小計算長度對承載力的提升沒有任何效果，反而因為增加輔助材料導致桿塔耗鋼量的增加。此限值即為最優計算長度，既能最大限度提高280 mm和300 mm大規格角鋼替換率也能充分發揮材料強度。

按照我國桿塔結構設計技術規定DL/T 5154—2012［3］可知，等承載力計算原理為

強度公式：

穩定公式：

式中：N1為角鋼強度承載力，N；N2為角鋼穩定承載力，N；Au為角鋼凈截面積，mm2；A為角鋼毛截面積，mm2；f為鋼材的強度設計值，N/mm2；φ為穩定系數。

令N1=N2，得φ=Au/A。設i為角鋼回轉半徑，λ為角鋼長細比，再由φ得到對應的λ，由L0=λi得每種規格構件的最優計算長度。

根據上述原理，計算不同屈服強度的280 mm、300 mm等邊角鋼對應的穩定系數φ及最優計算長度L0，結果如表2所示。

表2　角鋼最優長度計算結果

3　典型算例分析

為評價Q420高強度L300特大規格角鋼在本工程的適用性和經濟性，選取典型轉角塔J30103A和J30104A，進行多種規格構件的分析比較。桿塔主要計算條件如表3所示。

表3　典型轉角塔J30103A和J30104A的計算條件

在相同外負荷及計算模型的情況下，典型轉角塔J30103A和J30104A選用不同規格構件的計算結果如表4所示。

表4　典型轉角塔J30103A和J30104A計算結果比較

1）L300系列大規格角鋼基本可以代替L220系列雙組合角鋼。為更直觀反映這種情況，單獨把兩種規格構件的承載力的對比情況繪制成圖2。由圖2可知：在最優計算長度附近，L300系列大規格角鋼可以代替L220×24及以下規格的雙組合角鋼作為桿塔主材。并且此時強度承載力和穩定承載力基本相當，可獲得較好的承載性能。

圖2　300mm大規格角鋼與200mm雙角鋼構件承載力對比

2）使用L300大角鋼，典型轉角塔J30103A和J30104A塔重較雙組合角鋼方案可降低3.5%～5.2%。轉角越大，降低塔重比例越多。

3）L300大角鋼占全塔塔重的比例為4.6%～16.1%，平均約占12%。

5　結語

國家電網公司《300 mm級肢寬熱軋大規格等邊角鋼技術條件及工裝要求》的發布，為250 mm肢寬以上大規格角鋼在工程中的應用創造了有利條件，為300 mm大規格角鋼在±800 kV山西晉北—江蘇南京特高壓直流輸電線路工程的應用奠定了基礎。

280mm和300 mm大規格角鋼可代替部分220 mm、250 mm雙角鋼構件。其中300 mm系列角鋼承載力基本和220mm系列雙組合角鋼相當，可以代替L220×24及以下規格的雙組合角鋼作為桿塔主材。

280mm和300 mm大規格角鋼的應用不僅可以減少桿塔的耗鋼量，降低角鋼間填板焊接質量帶來的鐵塔安全隱患，而且還可以改變雙拼組合角鋼的不合理截面形式，優化構造，避免雙組合角鋼受力不均、易發生彎扭屈曲的影響。

280mm和300 mm大規格角鋼的應用，豐富了角鋼規格，減少了雙拼組合角鋼的使用，大量減少連接螺栓與填板，使鐵塔組立的施工量與施工難度大大減輕。

在±800 kV山西晉北—江蘇南京特高壓直流輸電線路工程中，大轉角塔使用L300大規格角鋼，單塔可節約塔重約3.5%，其使用比例約占單塔塔重的12%。

參考文獻

［1］黃璜，李清華，孟憲喬，等.Q420大規格角鋼在±800 kV特高壓桿塔中的應用［J］.電力建設，2010，33（6）：65～69.

［2］劉澤洪.大規格角鋼在輸電鐵塔中的應用［M］.北京：中國電力出版社，2011.

［3］DL/T 5154—2012架空輸電線路桿塔結構設計技術規定［S］.

［4］余朝勝.高壓輸電線路大規格高強角鋼鐵塔應用研究［J］.電力與電工，2012，32（3）：18～20.

Application Study on Large-size Angle Steel Used in UHV Transmission Towers

YU Mingzhi1，ZHENG Hongbin2，YUE Hao3，LI Dandan4
（1. Yunnan Electric Power Design Institute，Kunming 650000，China；2. State Grid Dezhou Power Supply Company，Dezhou 253000，China；3. State Grid Weihai Power Supply Company，Weihai 264200，China；4. State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

Abstract:With the rapid development of power grid construction，L220 and L250 large-size angle steels have been widely used in the field of transmission steel towers. However，with the development of large cross -section wire transmission technology，the load of the tower becomes larger and larger，and the larger limb width of angle steel is put forward to meeting the need of bearing capacity. Combined with the engineering example，the bearing capacity and economy of large-size angle steel（280 mm and 300 mm）whose limb width is more than 250 mm are studied.

Key words:large-size angle steel；L280 angle steel；L300 angle steel；bearing capacity；economy

中圖分類號：TM753

文獻標志碼：A

文章編號：1007－9904（2016）05－0069－04

收稿日期：2016-03-01

作者簡介：

余明智（1982），男，高級工程師，從事輸電線路結構設計工作。