±800kV特高压直流线路大规格角钢耐张塔

本实用新型涉及±800kV特高压直流线路耐张塔，具体的说是一种±800kV特高压直流线路大规格角钢耐张塔。 

随着特高压工程输送容量的不断提高，导线的规格和直径，铁塔的高度越来越大，造成铁塔外负荷及塔身风荷载都在不断增加，现有的普通规格单根角钢构件(最大规格∠200×24)已很难满足特高压耐张塔的承载力要求，实际安装时需大量使用双拼组合角钢。为了保证组合角钢多肢角钢能够协调受力，设计构造时要求使用大量的缀板、连板、螺栓等构件，从而导致塔重的增加。 

实际工作过程中，通过对比特高压耐张塔施工图重量与计算重量比值后发现，使用双拼组合角钢主材的铁塔施工图重量是计算重量的1.53倍左右，而未使用组合角钢铁塔施工图重量是计算重量的1.44倍左右。造成上述现象的原因是特高压铁塔因负荷较大，铁塔主材需大量采用普通规格双拼组合角钢，而双拼组合角钢铁塔相对于单角钢塔须使用更多的缀板、连板、螺栓，从而使采用双拼组合角钢的铁塔塔重比采用单角钢的铁塔塔重更重。 

同时，双拼组合角钢铁塔真型试验表明：双主材加载后两根角钢受力不均，导致主材在加载到设计荷载前破坏，因此设计时需充分预留裕度以确保铁塔的安全，同样这也会导致铁塔重量增加。 

最后，特高压工程某铁塔真型试验也表明：双拼组合角钢塔主材设计应力比在87.7％以下，试验破坏荷载为设计荷载的105％；而单根规格角钢塔的主材设计应力比达到了95％，试验加载到设计荷载的130％时单角钢构件仍未破坏。造成以上结果的原因是：双拼组合角钢因两肢角钢受力不均、构件附加弯矩较大，因此造成铁塔在尚未达到理论破坏荷载时破坏。也有 工程的塔真型试验测得的数据表明，组合角钢内外两肢内力比例可达6:4，可见其受力的不均匀程度。 

通过以上分析可知，现有技术所采用的双拼组合角钢在使用时会带来一系列问题，针对上述技术问题，现有技术中有一种“Y”字型截面角钢，这种Y”字型截面角钢是先将普通等边角钢肢背铲平，然后在与角钢肢成45°方向焊接一钢板，以增加角钢的截面积及回转半径，提高其承载能力，“Y”型角钢截面如图3所示。 

虽然采用“Y”型截面角钢对铁塔构造无显著影响，可按照原有习惯构图，但这种截面型式不是一次轧制成型，需通过后期加工形成，且对加工精度及焊接质量要求较高，不便于大量推广使用。 

大规格角钢和普通规格角钢均为现有技术，其中，大规格角钢是指肢宽为220mm或250mm的热轧等边角钢，在现有的±800kV特高压直流线路中未曾使用过；双拼组合角钢是指当输电铁塔负荷较大时，单根普通角钢(肢宽小于等于200mm)无法满足受力要求，因而采用的两个普通角钢肢背对肢背通过缀板和螺栓组合而成的十字型构件，现有技术中普通双拼组合角钢的结构示意图如图4所示。 

本实用新型的目的是为了克服背景技术的不足之处，而提供一种±800kV特高压直流线路大规格角钢耐张塔。 

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：±800kV特高压直流线路大规格角钢耐张塔，其特征在于：包括自上而下依次布置的上横担、上塔身、下横担、下塔身和塔腿，所述下横担的主材、下塔身的主材及塔腿的主材采用大规格单根角钢,上塔身的主材采用大规格单根角钢；所述上横担的辅材、上塔身的辅材、下横担的辅材、下塔身的辅材和塔腿的辅材中的一种或多种采用大规格角钢；所述下塔身的辅材包括多个间隔布置的第一斜材以及多个与所述第一斜材呈交叉布置的第二斜材，所述第一斜材上端、第二斜材下端和下塔身的主材之间连接有三角形加劲杆，第一斜材下端、第二斜材上端和下塔身的主材之间连接有三角形加劲杆，三角形加劲 杆下端连接有横向加劲杆。 

本实用新型是在铁塔中受力较大的部位采用大规格单根角钢作为主材，而对于铁塔中受力较小的部位可以不采用大规格单根角钢作为主材。当采用大规格单根角钢作为铁塔的主材后，本实用新型的缀板、连板、螺栓使用量明显较少；同时，铁塔的主材受力更加均匀，结构稳定，不需要充分预留裕度；最后，本实用新型加工方便，对加工和焊接要求不高，可以大量推广使用。 

本实用新型利用大规格单根角钢进行特高压直流耐张塔设计，目的是解决以往使用双拼组合角钢带来的受力不均、加工复杂、以及大量的缀板、螺栓、连板造成的铁塔重量较大等一系列问题。通过比较可知，普通规格双拼组合角钢截面积与大规格单根角钢相当，大规格单根角钢回转半径比普通规格双拼组合角钢小，可通过增加辅助材节间数以减小其计算长度，进而获得与双拼角钢相近的承载力，以满足特高压直流耐张塔的受力要求。 

本实用新型结构简单，安装方便，能够直接加工成型，且对加工精度及焊接质量要求较低，可以大量推广使用。 

图1为本实用新型的结构示意图。 

图2为本实用新型的塔腿处的结构示意图，其中，箭头表示路前向方向。 

图3为现有的“Y”型截面角钢的结构示意图。 

图4为现有的±800kV特高压直流线路大规格角钢耐张塔在塔腿处的结构示意图，其中，箭头表示路前向方向。 

图5为现有的±800kV特高压直流线路大规格角钢耐张塔的结构示意图。 

图中1-上横担,11-上横担的主材，12-上横担的辅材，2-上塔身,21-上塔身的主材，22-上塔身的辅材，3-下横担,31-下横担的主材，32-下横担的辅材，4-下塔身，41-下塔身的主材，42-下塔身的辅材，5-塔腿,51-塔腿的主材，52-塔腿的辅材，61-大规格单根角钢，62-普通规格双拼组合 角钢，71-第一斜材，72-第二斜材，8-三角形加劲杆，9-横向加劲杆。 

下面结合附图详细说明本实用新型的实施情况，但它们并不构成对本实用新型的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本实用新型的优点更加清楚和容易理解。 

本实用新型的技术方案是利用大规格角钢对现有的双拼组合角钢的特高压耐张塔进行重新设计，本实用新型的技术方案如下：±800kV特高压直流线路大规格角钢耐张塔，包括自上而下依次布置的上横担1、上塔身2、下横担3、下塔身4和塔腿5，所述下横担3的主材31、下塔身4的主材41及塔腿5的主材51采用大规格单根角钢,上塔身2的主材21采用大规格单根角钢。 

所述上横担1的辅材12、上塔身2的辅材22、下横担3的辅材32、下塔身4的辅材42和塔腿5的辅材52中的一种或多种采用大规格单根角钢6。 

所述下塔身4的辅材42包括多个间隔布置的第一斜材71以及多个与所述第一斜材71呈交叉布置的第二斜材72，所述第一斜材71上端、第二斜材72下端和下塔身4的主材41之间连接有三角形加劲杆8，第一斜材71下端、第二斜材72上端和下塔身4的主材41之间连接有三角形加劲杆8，三角形加劲杆8下端连接有横向加劲杆9。 

为了能够更加清楚的说明本实用新型的技术方案以及采用本实用新型后的有益效果，现对现有技术做进一步的说明： 

一、根据《热轧型钢》(GB/T706-2008)中所描述的大规格角钢截面特性，对比大规格角钢及双拼组合角钢的截面积、回转半径，论证大规格角钢替代双拼组合角钢的可行性。 

根据《热轧型钢》(GB/T706-2008)中的表A3规定，大规格角钢的具体规格及截面特性见下表： 

表1大规格角钢截面特性表 

为了方便对比大规格角钢与双拼组合角钢的特点，我们将常用双拼角钢的截面参数列于下表。 

表2常用双拼组合角钢截面特性表 

由表1和表2可知，普通规格双拼组合角钢2∠160×10～2∠200×24的截面面积范围为63.0cm2～181.3cm2，最小轴回转半径的范围为6.27cm～7.64cm；大规格角钢∠220×16～∠250×35的截面面积范围为68.7cm2～163.4cm2，最小轴回转半径的范围为4.37cm～4.86cm。由此可见，从强度角度考虑，除了2∠200×24外，其它普通规格双拼组合角钢均可到截面积相当的大规格角钢。大规格角钢回转半径是普通规格双拼组合角钢的65％～70％，可通过增加辅助材节间数以减小其计算长度。从承载能力上考虑，大规格角钢替代双拼组合角钢具有技术上的可行性。 

二、调研大规格角钢的生产技术、市场供应及加工技术的情况，了解生产、加工水平。 

对大规格角钢的生产和加工的流程、工艺、设备及质量控制在钢铁厂和铁塔加工厂进行了调研。大规格角钢的生产、加工已具备了标准、流程、工艺、设备及质量控制等方面的要求，国内大型钢铁生产厂家和铁塔加工厂家可以进行大规格角钢的生产、加工，并提供满足工程要求的质量稳定的产品。 

三、选定一种使用双拼组合角钢的铁塔，通过对大规格角钢承载力进行理论分析，重新对铁塔进行节间划分、优化布材，并利用铁塔有限元计算软件进行大规格角钢选材，重新生成成果图。 

为比较大规格角钢和双拼组合角钢铁塔技术经济性，选择了锦苏工程ZC27105B耐张塔高呼高部分，利用大规格角钢进行重新设计。 

1)大规格角钢承载力分析 

首先需对大规格角钢承载力进行理论分析，研究单根大规格角钢替代普通双拼角钢的规格范围。 

大规格角钢的承载力计算方法与普通角钢无异，根据相关规范，大规格角钢承载力计算公式为： 

N/(φ·A)≤mN·f 

将大规格角钢的截面参数代入上述公式，就可得出大规格角钢的轴心 受压稳定承载力。 

大规格角钢和普通规格双拼角钢的承载力、临界长细比及临界计算长度的对比，可见表3。 

表3大规格角钢和普通双拼角钢的承载力对比表 

由表3可知，当考虑打M24螺栓单根构件受压减孔为2、双拼构件受压减孔为4时，大规格Q420角钢的临界长细比普遍在30.6～33.7之间(肢厚较薄规格∠220×16、∠250×18使用较少)，临界计算长度普遍在1448～1526之间，受压承载力在2299～5420kN之间；双拼普通规格Q420角钢的临界长细比普遍在34.4～38之间，临界计算长度普遍在2159～2754之间，受压承载力在2078～4884kN之间。可见，大规格角钢的承载力基本可覆盖双拼普通规格角钢的承载力(除了2∠200×24外)，但是大规格角钢的临界长细比和临界计算长度普遍比双拼角钢小，设计时需要布置更多的辅助材把节间分小，以发挥材料的最大承载力。 

2)重新设计铁塔 

按照以上大规格角钢和普通双拼角钢的承载力对比关系，课题组对锦苏工程JC1原塔双材部分利用大规格角钢进行了重新设计。 

四、绘制施工图，优化施工图设计。 

1)螺栓准线 

因大规格角钢在以往的工程中从未采用，在施工图绘制前需确定其螺栓排数、螺栓准线间距等。根据《输电线路铁塔制图和构造规定》(DL/T5442-2010)第8.2.1条规定，大规格角钢的螺栓准线如下表4： 

表4大规格角钢的螺栓准线 

表4大规格角钢的螺栓准线 

大规格角钢因肢宽较大，连接螺栓准线有两排和三排两种选择，经课题组讨论，三排螺栓减孔较多、应用经验较少，所以工程JC1D采取两排准线的方式。 

2)节点构造 

大角钢具有足够的肢度，塔身主材“K”节点应尽量将斜材伸入主材内，从而取消节点板。此节点塔重最轻，受力也是最好，如图6。 

五、新型铁塔真型试验及设计塔重对比 

(1)试验结果 

主材采用双拼组合角钢的JC1转角塔通过了13个工况的100％设计荷载测试，其中45°大风，转角20°(超载)工况荷载加至105％时，铁塔屈曲破坏；主材采用大规格角钢重新设计后，JC1转角塔顺利通过13个工况100％荷载试验，其中工况一(45°大风，转角20°)荷载超载到130％，铁塔构件未发生破坏。 

根据JC1转角塔的计算结果，主材采用双拼组合角钢应力比(应力比在87.7％以下)普遍比采用大规格角钢的应力比(应力比达到95％)低，但真型塔试验反映出主材采用双拼组合角钢的承载能力差，说明主材采用双拼组合角钢两肢受力不均匀，与理论上计算偏差较大。主材采用大规格角钢承载力达到130％还未发生破坏，试验技术人员抽取大规格Q420角钢构件进行力学试验，发现其实际屈服强度远高于420N/mm2，屈服强度达到 450N/mm2左右，充分说明了大规格高强角钢受力后的内力重分布能力，相对双拼组合角钢具有较好的整体受力性能。 

(2)JC1塔重对比 

根据JC1塔两次设计的施工图统计39m呼高各段的塔重如下表。 

段号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 23 总重量

大角钢 4.05 15.84 4.52 2.64 1.90 12.49 9.92 6.86 11.26 14.77 85.27

双拼角钢 4.05 15.84 4.54 2.58 1.94 12.54 12.57 6.94 12.02 14.88 87.89

JC1塔39m呼高塔重对比 

由上表可知，使用大规格角钢后，JC1塔39m呼高整塔重降低了4.12％，其中1～6段未采用大规格角钢部分塔重减轻了0.87％，采用大规格角钢部分7～9、23段前后对比重量减轻了7.73％。可见，铁塔采用大规格角钢设计可使塔重降低，另外考虑大规格角钢塔的填板和螺栓数量可大幅减少，可节省加工、组装费用，对控制铁塔的综合造价有着明显的效果。 

本实用新型利用大规格角钢进行特高压直流耐张塔设计，目的是解决以往使用双拼组合角钢带来的受力不均、加工复杂、以及大量的缀板、螺栓、连板造成的铁塔重量较大等一系列问题。通过比较可知，普通规格双拼组合角钢截面积与大规格角钢相当，大规格角钢回转半径比普通规格双拼组合角钢小，可通过增加辅助材节间数以减小其计算长度，进而获得与双拼角钢相近的承载力，以满足特高压直流耐张塔的受力要求。 

其它未说明的部分均属于现有技术。