±800kV特高压直流线路大规格角钢直线塔

本实用新型涉及±800kV特高压直流线路直线塔，具体的说是一种±800kV特高压直流线路大规格角钢直线塔。 

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)已很难满足特高压直线塔的承载力要求，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，通过对比特高压直线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直线塔。 

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直线塔，其特征在于：包括导线横担、塔身和塔腿，塔身上端与导线横担连接，塔身下端与塔腿连接，导线横担上连接有两个间隔布置的地线支架，所述导线横担的主材、塔身的主材以及塔腿的主材采用大规格单根角钢，地线支架的主材采用大规格单根角钢和/或普通规格双拼组合角钢。 

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。 

在上述技术方案中，所述导线横担的辅材、塔身的辅材、塔腿的辅材和地线支架的辅材中的一种或多种采用大规格单根角钢。铁塔的辅材也可以使用大规格单根角钢以提高本实用新型的结构刚度。 

在上述技术方案中，所述塔身下端的辅材包括多个间隔布置的第一斜材和多个与第一斜材呈交叉布置的第二斜材，所述第一斜材上端、第二斜材下端和塔身下端的主材之间连接有三角形加劲杆，第一斜材下端、第二斜材上端和塔身下端的主材之间连接有三角形加劲杆，所述三角形加劲杆上端连接有上部加劲杆，三角形加劲杆下端连接有下部加劲杆。 

本实用新型利用大规格单根角钢进行特高压直流直线塔设计，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，以满足特高压直流直线塔的受力要求。 

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直线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直线塔的结构示意图。 

图中1-导线横担,11-导线横担的主材，12-导线横担的辅材，2-塔身,21-塔身的主材，22-塔身的辅材，3-塔腿,31-塔腿的主材，32-塔腿的辅材，4-地线支架，41-地线支架的主材，42-地线支架的辅材，5-大规格单根角钢,6-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，91-上部加劲杆，92-下部加劲杆。 

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。 

如图1所示，±800kV特高压直流线路大规格角钢直线塔，包括导线横担1、塔身2和塔腿3，塔身2上端与导线横担1连接，塔身2下端与塔腿3连接，导线横担1上连接有两个间隔布置的地线支架4，所述导线横担1的主材11、塔身2的主材21以及塔腿3的主材31采用大规格单根角钢5，地线支架4的主材41采用大规格单根角钢5和/或普通规格双拼组合角钢6。 

所述导线横担1的辅材12、塔身2的辅材22、塔腿3的辅材32和地线支架4的辅材42中的一种或多种采用大规格单根角钢5。 

所述塔身5下端的辅材22包括多个间隔布置的第一斜材71和多个与第一斜材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下端和塔身2下端的主材21之间连接有三角形加劲杆8，第一斜材71下端、第二斜材72上端和塔身2下端的主材21之间连接有三角形加劲杆8，所述三角形加劲杆8上端连接有上部加劲杆91，三角形加劲杆8下端连接有下部加劲杆92。 

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： 

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)中所描述的大规格单根角钢截面特性，对比大规格单根角钢及双拼组合角钢的截面积、回转半径，论 证大规格单根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，大规格单根角钢的具体规格及截面特性见下表： 

表1大规格单根角钢截面特性表 

为了方便对比大规格单根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；大规格单根角钢∠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单根角钢。大规格单根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，大规格单根角钢替代双拼组合角钢具有技术上的可行性。 

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

对大规格单根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。大规格单根角钢的生产、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单根角钢的生产、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，通过对大规格单根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单根角钢选材，重新生成成果图。 

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

1)大规格单根角钢承载力分析 

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

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

N/(φ·A)≤mN·f 

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

大规格单根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大规格单根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，大规格单根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)，但是大规格单根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 

按照以上大规格单根角钢和普通双拼角钢的承载力对比关系，本实用新型对锦苏工程ZC27105B现有的铁塔双材部分利用大规格单根角钢进行了重新设计。 

ZC27105B现有的铁塔双材部分，即60m～75m呼高的部分塔身和塔腿， 对应现有的铁塔施工图的段号为：9～11、23、25、40～49，共15段。由于大规格单根角钢和双材的惯性半径差别较大，所以要对现有的铁塔的节间进行微调，计算节间数的增加造成辅助材的数量有所增加。各段主材规格调整前后的变化如下表： 

其中第9段是考虑肢厚协调而进行的调整，主材规格从∠200×24P调成∠220×20P后，角钢重量减轻，而设计裕度有所增加。现有的铁塔双材和使用大规格单根角钢替换部分的单线图如下图所示，由图中可见，铁塔的10、11、23段主材节间数均由原来的三节间调为四节间。 

四、绘制施工图，优化施工图设计。 

1)螺栓准线 

因大规格单根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，大规格单根角钢的螺栓准线如下表4： 

表4大规格单根角钢的螺栓准线 

大规格单根角钢因肢宽较大，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ZC27105B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。 

锦苏工程ZC27105B直线塔利用大规格单根角钢进行重新设计后，新铁塔比现有的铁塔各呼高重量有降低，本实用新型的铁塔与现有的铁塔整塔重变化如下表： 

表5整塔重量前后对比 

根据上表的结果，使用大规格单根角钢可以比现有的铁塔重量轻2.10％～3.06％。 

根据以上钢材节省量，按照锦苏概算水平测算该塔单基造价可减少1.62～2.23万元，如果大范围使用大规格单根角钢塔将创造可观的经济效益。 

为了得到更详细的技术经济对比结果，将ZC27105B塔采用双角钢和大规格单根角钢两种设计结果的施工图中的主材、斜材、辅助材、螺栓、接头、连扳及缀板的材料量分别进行比较，并列于以下表中(表中重量为各呼高的重新设计部分重量，单位：kg)： 

表6主材重量比较表 

表7斜材重量比较表 

表8辅助材重量比较表 

表9螺栓重量比较表 

表10接头重量比较表 

由以上表中结果可见，该塔型使用大规格单根角钢设计与使用双材设计相比，主材材料量减少并不显著，斜材和辅助材的材料量有所增加，塔重减小主要体现在螺栓、接头、连接板及垫板的材料量上。究其原因如下： 

1)主材重量节省不多，是因为在设计时单、双角钢一般都接近强度控 制，使两者主材截面积较为接近，而总长度基本相同，致使两种设计主材重量比较接近。 

2)斜材的重量有所增加，是因为在设计时塔身交叉斜材的节间高度比现有的铁塔略微调大，在规格不变的情况下斜材、隔面材的长度比现有的铁塔大，而塔腿斜材规格虽可调小、长度减短，但综合重量却有所增加； 

3)辅助材的重量有所增加，是因为大规格单根角钢的惯性半径远小于双材的惯性半径，要达到较经济的长细比，避免压稳控制而增大规格，节间长度就要比双材减小，所需要的支撑增加，致使辅助材的用量比原来多； 

4)螺栓、接头、连接板及缀板的材料量大幅减少，是因为单材不需要组合构件那么多的缀板，接头也更简单，而双材接头需要多个包角钢、单变双处的座板式连接也较为复杂，相应连接板件需要的螺栓也较多。 

以上各种构件的重量综合影响整塔的重量，在主材重量变化不大的情况下，斜材、辅助材增加的重量相对螺栓、接头、连接板及垫板减小的重量较少，最终使大规格单根角钢整塔的重量有所减少。 

另外使用大规格单根角钢也可使构件数量大幅减少，下表是现有的铁塔重新设计部分与用大规格单根角钢后构件数量的对比情况(不包括螺栓数量，单位：个)： 

表12构件数量的对比 

根据上表的比较，使用大规格单根角钢后构件数量可比用双材减少20％左右，降低了加工、运输、组装的工作量。 

由以上分析可以看出，锦苏ZC27105B塔采用大规格高强角钢设计后，可降低材料用量(塔重减轻1.91％～3.06％)，同时也可使构件数量得以减少(减少20％左右)，焊接工作量和镀锌层的面积也可得以降低，不但可以降低工程造价(单基造价最多可减少2.23万元)，还可减轻加工、运输、安装、运行维护等各个环节的工作量，具有较好的经济性和可靠性。 

本实用新型利用大规格单根角钢进行特高压直流直线塔设计，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，以满足特高压直流直线塔的受力要求。 

其它未说明的部分均属于现有技术。