特高压线路工程大规格角钢应用研究

李成铖+符建兵

摘要：根据对国家电网公司在建的1000kV锡盟-南京特高压交流工程自立式角钢塔主材的计算分析，从截面参数、临界计算长度和承载力三个方面对比普通角钢与大规格角钢的受力性能，推荐工程中外荷载较大的铁塔推荐采用大截面双组合角钢来替代普通四组合角钢。

关键词：输电线路，特高压，角钢塔，大规格角钢

0 引言

为有效缓解国家电力供应紧张现状，减轻煤炭运输压力，实现能源效益最大化及环境可持续发展，根据我国能源资源禀赋和"西电东送、北电南供"的电力流向，国家电网公司规划在2020年形成东北、西北、西南三送端和"三华"（华北、华中、华东）一受端的四个同步电网格局，建成19回特高压直流，形成"强交强直"电网结构。

随着我国内蒙古锡盟煤电基地开发的逐步深入，为满足电源送出和负荷需求，国家电网公司正在建设1000kV锡盟-南京特高压交流工程，该工程将新建1433.5公里线路，采用角钢作为自立式铁塔的主材。常见的角钢塔截面形式有单角钢、双角钢（T型截面和十字型截面）和组合型角钢，角钢的优势是可以降低铁塔的生产工艺及组立的施工难度，节约铁塔钢材的用量，减少资源消耗。在总结以往超高压线路和特高压线路工程的设计经验的基础上，铁塔设计方面，怎样改进结构的型式和合理优化成为了值得研究的内容。现依据本工程线路部分设计及《钢结构设计规范》，对大规格角钢进行研究。

1 大规格角钢的性能研究

（1）截面参数研究

为了更好的分析普通角钢与大规格角钢的受力特点，首先对两者的截面参数进行分析。分别选取净截面面积相似的普通规格双组合十字角钢和大规格单角钢，普通规格四组合十字角钢和大规格双组合角钢进行比较分析。

2L160×lO～2L200×24截面面积的普通规格角钢的最小轴回转半径的范围为6.27～7.64cm；L220×16～L250×35截面面积的大规格单角钢最小轴回转半径的范围为4.37～4.86cm，为双组合角钢的65%～70%。经分析，从杆件的强度来看，大规格单角钢可以替代大多数普通规格的双组合十字角钢，但大规格单角钢回转半径较双组合十字角钢小很多，因此大规格单角钢受压稳定性能相对较差，建议增加辅助材以减少其计算长度。

4L160×14～4L200×24截面面积的普通规格四组合十字角钢最小轴回转半径的范围为6.62～8.41cm：2L220×16～2L250×35截面面积的大规格双组合角钢最小轴回转半径的范围为8.59～9.46cm，比普通规格四组合角钢的回转半径大12%～25%。经分析，四组合角钢减孔数为大规格双组合角钢的两倍，并且大规格双组合角钢可具有更大的节间计算长度，更少的辅助材数量，因此净截面面积相差不大的大规格双组合角钢替可以替代普通规格四组合角钢。

（2）临界计算长度研究

铁塔作为一种钢结构构件，不光要考虑构件的强度，还需要考虑稳定性，因此需要综合考虑构件的强度与稳定性相平衡时的最优计算长度（即临界长度）。

通过分析，普通规格双组合角钢临界计算长度比大规格单角钢的临界计算长度明显要大许多，普通规格双组合角钢可以布置较少的辅助材或者较大的节间长度，而大规格单角钢则需布置较多的辅助材或者较小的节间长度。普通规格四组合角钢临界计算长度比大规格双组合角钢的临界计算长度要小，因此，在铁塔节间布置时，大规格的双组合角钢较普通规格的四组合角钢可获得更大的节间长度。

（3）承载力研究

铁塔构件的承载力主要受强度与稳定两个方面因素的影响，当构件的规格由强度控制时，其承载力与构件截面面积及材質有关。当构件由稳定控制时，其承载力主要与构件的长细比有关。

通过分析普通规格组合角钢及大规格角钢对应于不同材质及各种长细比条件下的构件承载力，大规格单角钢承载力的极限值仅比普通规格双组合角钢的承载力极限值略小，说明大截面单角钢能够替代大多数普通规格的双组合角钢。此外，当构件长细比取值为40～50时，构件强度与稳定控制的承载力相当，这说明构件最佳长细比取值应为40～50，这与构件临界长细比分析的结果是一致的。

3 结论

结合普通角钢及大规格角钢的特征，分析其受力特点，可以得出以下结论：

（1）大规格单角钢在绝大多数情况下可替代普通规格双组合角钢，大规格双组合角钢在绝大多数情况下也能够替代普通规格四组合角钢，采用大规格单角钢及大规格双角钢是能够满足设计要求的。

（2）采用大规格单角钢替代普通规格双组合角钢，能够大幅降低组合角钢填板及接头连接板的重量，采用大规格角钢后，能够有效减少塔身风荷载，降低铁塔主材内力，对减轻塔重十分有利。采用大规格双组合角钢替代普通规格四组合角钢，能够大幅度减少填板厚度及数量，简化结构构造，降低板的焊接量及加工损耗。此外，由于大规格双组合角钢比普通规格四组合角钢具有更大的回转半径，受压稳定性更好。

（3）大规格单角钢与普通规格双角钢相比，能够节约塔材，并且具有构造简洁，受力明确等优势，能够很好地克服普通规格双组合角钢存在的角钢受力不均匀，填板及节点构造复杂等缺点，具有更好的应用前景。大规格双组合角钢与普通四组合角钢相比，能够简化节点构造，降低铁塔加工及安装难度，因此，对工程中外荷载较大的铁塔推荐采用大截面双组合角钢来替代普通四组合角钢。

综上，原有的普通规格角钢塔的计算理论同样适用大规格角钢，大规格角钢较组合角钢传力简洁，避免了组合构件受力不均的问题，安全更有保障。

参考文献

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4.李峰，邓洪洲，唐国安，金晓华.输电铁塔设计中角钢构件稳定计算问题的讨论[J].特种结构，2006