高強(qiáng)鋼在輸電線(xiàn)路鐵塔中的應(yīng)用

張秋晗

摘要：高強(qiáng)鋼由于其獨(dú)有的效能，在輸電線(xiàn)路鐵塔中的運(yùn)用越來(lái)越普遍。使用高強(qiáng)鋼不僅可獲得明顯的效益，而且有利于提升輸電線(xiàn)路的工程水準(zhǔn)和輸電線(xiàn)路鐵塔的質(zhì)量。根據(jù)高強(qiáng)鋼的特征，研究了高強(qiáng)鋼在輸電線(xiàn)路塔中的運(yùn)用現(xiàn)況，提出了高強(qiáng)鋼的未來(lái)發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：輸電線(xiàn)路;鐵塔;高強(qiáng)鋼;應(yīng)用

目前，Q235和Q345這兩個(gè)強(qiáng)度級(jí)別是我國(guó)輸電線(xiàn)路塔采用最多的鋼。這兩種鋼不僅品類(lèi)少，而且強(qiáng)度不高。當(dāng)塔架部件載重較大時(shí)，需使用混合曲面的方式來(lái)提升荷載力，這必然造成塔架部件標(biāo)準(zhǔn)增加，塔架構(gòu)造復(fù)雜，加裝艱難，導(dǎo)致資源浪費(fèi)，增加工程造價(jià)成本。隨著高壓輸電線(xiàn)路的規(guī)劃，多分化、大曲面導(dǎo)體的采用越來(lái)越多，塔的負(fù)載也越來(lái)越大，這就要求采用新型高強(qiáng)度鋼來(lái)符合日益增長(zhǎng)的荷載需求[1]。

1國(guó)內(nèi)外輸電線(xiàn)路鐵塔采用高強(qiáng)鋼的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1高強(qiáng)鋼的應(yīng)用特點(diǎn)

高強(qiáng)鋼的最大特征是高強(qiáng)和強(qiáng)承載力，可精確減輕塔架工程面對(duì)的載重難題。我國(guó)最早采用的高強(qiáng)鋼是西北750kV輸電線(xiàn)路。輸電線(xiàn)路塔使用的高強(qiáng)鋼為P420強(qiáng)度等級(jí)鋼，投入使用之后獲得了不錯(cuò)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)科技效果。隨著全世界電力規(guī)劃的加快，越來(lái)越多的輸電線(xiàn)路塔將使用高強(qiáng)鋼用以符合其日益增長(zhǎng)的負(fù)載需求量。高強(qiáng)鋼由高合金鋼做成，其運(yùn)用前提要求熱軋、正火或正火加回火。鋼構(gòu)造由鐵素體和少量珠光體構(gòu)成。為了造成熱力學(xué)效果，高強(qiáng)鋼可淬火產(chǎn)生低馬氏體，然后在低溫下回火產(chǎn)生環(huán)保回火繩狀構(gòu)造，這有助于控制。高強(qiáng)鋼可在常溫下掌控，因此在焊后不能冷卻[2]。目前，焊陶瓷主要使用半自動(dòng)結(jié)合液體保護(hù)焊。在實(shí)際操作中，根據(jù)高強(qiáng)鋼構(gòu)造的要求展開(kāi)適當(dāng)?shù)暮妇统渥懔恕：笗r(shí)，應(yīng)留意高強(qiáng)鋼明定的焊電壓、電流和速率，以保證焊步驟的延展性和質(zhì)量。輸電塔命脈的傾斜應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)右圖紙張或有關(guān)文檔展開(kāi)。傾斜可通過(guò)冷彎、均勻熱彎或不均勻加熱彎曲展開(kāi)。冷彎自然環(huán)境適合，可在常溫下展開(kāi)：加熱至900-1000℃展開(kāi)均勻熱彎;非均勻加熱的采用通常在關(guān)鍵情形下展開(kāi)，包含割炬或分割噴管烤。傾斜之后，應(yīng)強(qiáng)化對(duì)缺失的檢驗(yàn)，并產(chǎn)生書(shū)面的檢查報(bào)告，以備將來(lái)采用。同時(shí)，高強(qiáng)鋼傾斜之后應(yīng)強(qiáng)化隔熱和緩冷檢修。由于中國(guó)高強(qiáng)度鋼的發(fā)展時(shí)間不短，需做大量的分析工作。

1.2國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外輸電線(xiàn)路塔常見(jiàn)的鋼為通常構(gòu)造鋼，分成高鋁高強(qiáng)鋼和不銹鋼。英國(guó)主要使用構(gòu)造鋼和高合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼，美國(guó)主要使用一般構(gòu)造鋼、焊結(jié)構(gòu)鋼和塔用高強(qiáng)鋼，我國(guó)主要使用碳素構(gòu)造鋼和高合金高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼。可看到，英國(guó)和美國(guó)的鋼品種顯著多于我國(guó)，鋼的級(jí)別強(qiáng)度也較高。比如，美國(guó)的有關(guān)高架輸電規(guī)章明定，焊接鋼的強(qiáng)度不準(zhǔn)高于460MPa，塔用高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度不準(zhǔn)高于520MPa。英國(guó)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范也主張鋼強(qiáng)度不準(zhǔn)高于686MPa。然而，我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》分析表明，鋼的最大強(qiáng)度僅為420MPa，高架線(xiàn)路用鋼的最大強(qiáng)度不少于390MPa。中國(guó)高強(qiáng)度鋼的發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，只有一些大型建筑物計(jì)劃試著制造高強(qiáng)鋼。從國(guó)內(nèi)外運(yùn)用現(xiàn)況來(lái)看，中國(guó)高強(qiáng)鋼的采用水準(zhǔn)顯著領(lǐng)先于發(fā)達(dá)國(guó)家[3]。

2高強(qiáng)鋼在輸電鐵塔中的應(yīng)用原則

從塔架構(gòu)造的視角來(lái)看，95%的壓桿由壓桿掌控，而部件的長(zhǎng)細(xì)比將間接影響壓桿的承載力。從超過(guò)研究可看到，高強(qiáng)鋼的平穩(wěn)常數(shù)相對(duì)較高，因此其在施工中的運(yùn)用也受一定的約束，需遵從下列幾個(gè)準(zhǔn)則：如果壓桿由強(qiáng)度掌控，則只有角鋼的設(shè)計(jì)強(qiáng)度對(duì)壓桿的承載力有關(guān)鍵性影響。如果壓桿處在平穩(wěn)掌控狀況，則壓桿的強(qiáng)度級(jí)別越大，平穩(wěn)常數(shù)越高，即長(zhǎng)細(xì)比逐漸減小，Q420在承載力領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)將大于同標(biāo)準(zhǔn)的P345。當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比增加到一定水平時(shí)，如12O、Q420和Q345的軸承車(chē)基本相同。如果在這種情形下采用高強(qiáng)度鋼，費(fèi)用將增加。因此，在綜合性考量工程造價(jià)影響的情形下，受拉構(gòu)件及長(zhǎng)細(xì)比不宜小于80。長(zhǎng)細(xì)比由于高強(qiáng)鋼具備強(qiáng)度低、影響小、抗彎抗壓等特征，在施工中采用高強(qiáng)鋼不僅可節(jié)省物料，而且可節(jié)省費(fèi)用。高強(qiáng)鋼在輸電塔中的運(yùn)用具備節(jié)省鋼原材料、緩解塔體質(zhì)量、節(jié)省經(jīng)費(fèi)的缺點(diǎn)，不僅提升了輸電線(xiàn)路塔體的效能。目前，中國(guó)輸電線(xiàn)路采用的桿塔物料仍有一定的缺陷，與國(guó)外科技的運(yùn)用有一定的差距。然而，采用高強(qiáng)度鋼是一種全新的、合理的和有含義的運(yùn)用計(jì)劃。高強(qiáng)鋼具備抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的特征。同時(shí)，它可節(jié)約物料的采用，修改構(gòu)造，提升承載能力。將其運(yùn)用于輸電塔工程，可提升中國(guó)輸電線(xiàn)路建筑材料的技術(shù)水平，增加輸電塔先進(jìn)科技的設(shè)計(jì)思想，構(gòu)建輸電工程技術(shù)的先進(jìn)性，進(jìn)一步提高中國(guó)輸電塔工程投標(biāo)水準(zhǔn)，與國(guó)際性輸電塔工程水準(zhǔn)銜接，增加實(shí)力。目前，采用高強(qiáng)度鋼的使用者是電力行業(yè)。柴油在輸電線(xiàn)路中的運(yùn)用，擴(kuò)大了高強(qiáng)鋼的使用率，極大地增進(jìn)了鋼市場(chǎng)的發(fā)展。同時(shí)，對(duì)高強(qiáng)鋼的質(zhì)量要求將逐步提高，從而提升塔工程的質(zhì)量和效能，增進(jìn)鋼市場(chǎng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展效能，精確增加柴油規(guī)劃的經(jīng)費(fèi)消耗率。從總體社會(huì)效益來(lái)看，它不僅增進(jìn)了社會(huì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重復(fù)發(fā)展，增進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展，而且構(gòu)建了社會(huì)徹底發(fā)展的經(jīng)濟(jì)效益。

3高強(qiáng)鋼焊接中常出現(xiàn)的問(wèn)題

熱裂紋是指在焊步驟中，在焊縫和熱影響區(qū)之內(nèi)合金加熱固相鄰近的低溫區(qū)造成的焊裂縫。其因素是銀、硼、氫等成分在高合金鋼焊步驟中成為裂縫產(chǎn)生的復(fù)雜成分。同時(shí)，切削剛性越大，凝結(jié)沉淀步驟中的形變狀況越復(fù)雜，裂縫偏向越大。當(dāng)焊插頭加熱到較高的溫度時(shí)，焊裂縫稱(chēng)作冷裂紋。高強(qiáng)鋼厚板構(gòu)造中存在永久的冷裂紋方法。因素是由于插頭的低剛性造成形變形變較低，或由于加熱步驟中累積的氮?dú)庠斐尚巫冃巫兩儆阡摰膹?qiáng)度極限。在焊合金拉絲零件中，像魚(yú)眼那樣的黃色圓圈稱(chēng)作黑點(diǎn)。因素是在焊步驟中吸取了過(guò)多的氫，所以也稱(chēng)作氫白點(diǎn)。氫黑點(diǎn)可明顯增加焊縫金屬的形變。

4高強(qiáng)鋼在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

4.1承載力高于其他強(qiáng)度等級(jí)鋼

以相近標(biāo)準(zhǔn)的軸壓部件為題，有所不同強(qiáng)度級(jí)別的鋼的承載力差異很小。比如，Q345、Q420和Q460強(qiáng)度等級(jí)鋼的承載力分別為1244n、1465n和1565n。與Q345相對(duì)，Q420和Q460高強(qiáng)鋼的承載力分別是Q345的1.18倍和1.26倍。由于高強(qiáng)鋼本身強(qiáng)度級(jí)別低，承載力也隨之提升，可精確節(jié)省鋼，增加鋼費(fèi)用。與一般鋼相對(duì)，高強(qiáng)鋼具備更高的強(qiáng)度和更大的承載力，大大增加了施工用鋼。以某施工為題，750kV輸電線(xiàn)路使用P420高強(qiáng)鋼。使用P420高強(qiáng)鋼，jg2、JG3塔質(zhì)量緩解7%～9%。此外，本施工轉(zhuǎn)角處塔荷載較小，主要物料需忍受較小荷載。因此，Q420高強(qiáng)鋼可精確防止主材的雙肢，增加有關(guān)輔助材料所需的構(gòu)造[4]。

4.2Q420和Q345用鋼量上的比較

為了比較P420與Q345的具體用鋼量，本文以西北地區(qū)750kV輸電線(xiàn)路的規(guī)劃為題。jg2和JG3寶塔架使用P420高強(qiáng)鋼后，塔架質(zhì)量減輕7%，DG塔架質(zhì)量緩解10%。由于本施工轉(zhuǎn)角處載重較小，主要物料忍受的載重也適當(dāng)增加。使用P420高強(qiáng)鋼之后，可精確增加雙肢及輔材的構(gòu)造損耗，緩解塔體質(zhì)量，效益明顯。高強(qiáng)鋼的使用體現(xiàn)了輸電工程施工科技的變革，增進(jìn)了中國(guó)輸電鐵棒的設(shè)計(jì)和技術(shù)指標(biāo)與國(guó)際性先進(jìn)水準(zhǔn)銜接。提升了中國(guó)在國(guó)際性投標(biāo)中的戰(zhàn)力水準(zhǔn)，增進(jìn)了輸電線(xiàn)路規(guī)劃向全新物料、全新科技的發(fā)展。目前，中國(guó)大型塔的發(fā)展在物料的運(yùn)用之上還存在一定的缺陷。高強(qiáng)度鋼的運(yùn)用為這一難題提供了合理的克服計(jì)劃。此外，采用高強(qiáng)鋼可避免混合曲面，修改構(gòu)造，提升構(gòu)造載重傳送方式的合法性。能精確增進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，社會(huì)效益明顯。由于電力行業(yè)是冶金消費(fèi)者強(qiáng)國(guó)，如果高強(qiáng)鋼在輸變直流行業(yè)的推廣應(yīng)用擴(kuò)大，將間接影響到整個(gè)鋼鐵市場(chǎng)，促進(jìn)中國(guó)冶金質(zhì)量的不斷提升。對(duì)提升鋼使用率，增加工程造價(jià)，提升全臺(tái)社會(huì)研磨加裝技術(shù)水平，提升效益起到了大力活性，也有助于社會(huì)的科技變革和能源社會(huì)的規(guī)劃。

5我國(guó)高強(qiáng)鋼等邊角鋼的應(yīng)用情況

5.1高強(qiáng)度角鋼的生產(chǎn)使用現(xiàn)狀

鋁合金和等邊上角鋼是全球之上采用最普遍的物料我國(guó)輸電線(xiàn)路塔的規(guī)劃。這兩種物料的生產(chǎn)量間接影響到塔架建筑材料的穩(wěn)定供給。具體報(bào)告顯示，國(guó)內(nèi)許多大型鋼鐵企業(yè)已經(jīng)具有了高強(qiáng)鋼的制造科技，所制造的鋼的強(qiáng)度級(jí)別可少于P420和Q460。Q420和Q460高強(qiáng)邊角的具體使用量較大，目前沒(méi)一定的制造數(shù)量。許多邊角需按期制造，鋼市場(chǎng)基本上沒(méi)存貨，這也造成我國(guó)輸電線(xiàn)路塔工程采用Q235和P345強(qiáng)度等級(jí)鋼。目前，國(guó)內(nèi)只有四家冶金子公司能制造特定標(biāo)準(zhǔn)的P420高強(qiáng)角鋼。其他一些冶金子公司雖然沒(méi)有制造知識(shí)和科技難題，但由于市場(chǎng)需求大，尚未交付營(yíng)運(yùn)。中國(guó)高合金高強(qiáng)構(gòu)造鋼明定，Q460角鋼只有C級(jí)、D級(jí)和E級(jí)，也就是說(shuō)，Q460弱度級(jí)角鋼只有符合高溫影響韌性的要求才華停產(chǎn)。由于大多數(shù)鋼鐵企業(yè)不符合P460角鋼的高溫影響韌性規(guī)范，Q460弱度級(jí)角鋼的批量生產(chǎn)仍需進(jìn)一步分析。

5.2高強(qiáng)度角鋼等級(jí)

Q390和Q420強(qiáng)度角鋼有五個(gè)有所不同級(jí)別，但Q460只有三個(gè)級(jí)別。C級(jí)要求角鋼具備基本上影響韌性。對(duì)于Q420的鋼，不擁護(hù)供給D級(jí)和E級(jí)鋼。高溫影響韌性可確保高強(qiáng)鋼的一致性，防止焊裂縫。根據(jù)中國(guó)輸電線(xiàn)路鐵塔的應(yīng)力特征，鋼的延展性基準(zhǔn)通常為B級(jí)，部分寒冷區(qū)域要求為C級(jí)，可精確避免縫隙的造成。Q390角鋼的強(qiáng)度比Q345低13%，但承載力的提升顯著大于Q345。這是因?yàn)槠椒€(wěn)常數(shù)的增加將去除讀取之后部件的部分承載力，因此可靠性不高。相比下，Q460高強(qiáng)鋼更國(guó)民經(jīng)濟(jì)。由于中國(guó)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中Q460高強(qiáng)角鋼沒(méi)A級(jí)或B級(jí)，建筑物角鋼的強(qiáng)度應(yīng)在C級(jí)超過(guò)，目前鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)能力龐大，不能真正達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，要徹底解決這一難題，必須加速研發(fā)C級(jí)超過(guò)高強(qiáng)角鋼，盡快研發(fā)優(yōu)質(zhì)Q460D角鋼。輸電線(xiàn)路鐵塔工程前夕，還應(yīng)盡快展開(kāi)q460c的運(yùn)行測(cè)試。

5.3高強(qiáng)度角鋼的應(yīng)用原則

輸電線(xiàn)路鐵塔之上的大多數(shù)構(gòu)件均受影響掌控，部件的承載力與其寬度間接有關(guān)。因此，需在一定水平之上約束部件寬度的確認(rèn)。當(dāng)部件的承載力由強(qiáng)度掌控時(shí)，部件的具體承載力僅由角鋼的強(qiáng)度決定。在平穩(wěn)掌控下，部件的平穩(wěn)常數(shù)隨部件強(qiáng)度級(jí)別的增加而增大。對(duì)于相近標(biāo)準(zhǔn)的角鋼，Q420角鋼的承載力高于Q345。在輸電線(xiàn)路鐵塔工程步驟中，桿塔壓桿的影響少于壓桿應(yīng)力的95%，壓桿的扁平構(gòu)造間接影響承載力。同時(shí)，考量到高強(qiáng)鋼的平穩(wěn)常數(shù)，塔的工程應(yīng)按有關(guān)準(zhǔn)則展開(kāi)。首先，如果壓桿受強(qiáng)度的影響和掌控，需要適當(dāng)強(qiáng)化角鋼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。如果可靠性決定了壓桿的質(zhì)量，則可靠性越高，壓桿的強(qiáng)度越高，長(zhǎng)細(xì)比越大，從而使高強(qiáng)鋼的承載力增加，反之，其強(qiáng)度增加。因此，需充分考慮塔剎、工程費(fèi)用等多種原因。壓拉構(gòu)造與塔架構(gòu)造的長(zhǎng)細(xì)比比較不準(zhǔn)少于8O，部件長(zhǎng)細(xì)比大于40時(shí)應(yīng)展開(kāi)強(qiáng)度掌控。在輸電塔工程中，為了不耗費(fèi)高強(qiáng)鋼或?qū)е逻^(guò)度采用，通常在受引力和賽車(chē)影響的器官采用高強(qiáng)鋼，如塔剎、水準(zhǔn)根、地線(xiàn)承托拉桿或?qū)w拉角鋼等，以便精確地選取所用的器官，高強(qiáng)鋼的缺點(diǎn)可更精確地反映出。綜上所述，用作輸電線(xiàn)路的P420高強(qiáng)鋼應(yīng)符合下列前提：受拉構(gòu)件和長(zhǎng)細(xì)比大于80。

結(jié)語(yǔ)

總之，在輸電線(xiàn)路塔工程中采用高強(qiáng)鋼是中國(guó)輸電線(xiàn)路工程的一大變革。一旦在輸電線(xiàn)路規(guī)劃行業(yè)推展，將大大提高中國(guó)輸變電工程建設(shè)水準(zhǔn)，增進(jìn)鋼鐵企業(yè)特別是高壓電力規(guī)劃的快速發(fā)展。最關(guān)鍵的一點(diǎn)是，高強(qiáng)鋼的推展必將提升鋼的精確使用率，增加工程造價(jià)，提升工程建設(shè)的加裝技術(shù)水平，增進(jìn)資源節(jié)約型社會(huì)的規(guī)劃。

參考文獻(xiàn)

[1]馮超，喬磊，李偉，曹先慧，岳一石.某500kV架空老舊線(xiàn)路拉V塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].湖南電力.2020（06）.

[2]劉強(qiáng)，多榮春，洪亮.基于BIM技術(shù)的輸電鐵塔基礎(chǔ)預(yù)偏取值研究[J].紅水河.2020（06）.

[3]王華云，李瓊，陳波.貓頭型輸電塔臺(tái)體系的頻率靈敏度[J].土木工程與管理學(xué)報(bào).2020（06）.

[4]曾尚武，郭夏溦，張磊，屈帥，常建偉，王舒然，徐德錄，李雅泊.鐵塔用VCI雙金屬涂層的制備及效果研究[J].材料導(dǎo)報(bào).2020（S2）.