钢管抱杆的设计与应用

马 军

(国网甘肃省电力公司检修公司，甘肃 兰州 730050)

钢管抱杆的设计与应用

马 军

(国网甘肃省电力公司检修公司，甘肃 兰州 730050)

针对目前角钢抱杆存在自身体积和重量较大、使用易受限制等缺点，通过计算和校验，设计了适合在35-220 kV输电线路铁塔组立施工(检修)中使用的钢管抱杆，满足简单轻便、安全可靠的要求，实现了简化工器具、便于山地运输、降低劳动强度、提高工作效率和经济效益的目的。

输电线路；铁塔组立；抱杆；无缝钢管

0 引言

目前110-500 kV送电线路铁塔组立中，主要采用350×350(单位mm，下同)及500×500角钢抱杆。此类抱杆安全、可靠，但缺点是抱杆自身体积和重量较大，所使用的工器具较多，施工操作较复杂，在地形条件较差的地段，因运输工作量较大，抱杆的使用易受限制。而钢管抱杆能够克服这方面的缺点，特别适用于轻型塔的施工。

在35-220 kV线路施工中，采用350×350角钢抱杆立塔显得较笨重和复杂；而采用小抱杆单插立塔，虽简单方便，但组装工作和高空作业量大，安全性、可靠性不如悬浮抱杆立塔，且施工速度较慢；而采用钢管抱杆悬浮立塔，既简单、方便，又安全、可靠。

1 钢管抱杆的设计与强度校验

1.1 材料选用

钢管抱杆选用无缝钢管，材质选用A3钢。

1.2 规格

根据起吊重量和起吊高度要求，钢管抱杆示意如图1所示，规格为Φ114×6×6 000。每节抱杆两端各打2个Φ16.5的十字交叉眼孔，用于连接抱杆上段和下段。

1.3 抱杆上、下段及腰环规格

抱杆上段示意如图2所示，规格为Φ114×6× 2 000，抱杆上段一端焊接1个Φ102×8×400套管(套管一端焊接，另一端打2个十字交叉的Φ16.5孔，与抱杆眼孔尺寸相配套)，另一端焊有挂板和朝天滑车。

图1 钢管抱杆规格尺寸示意

图2 抱杆上段示意

抱杆下段示意如图3所示，规格为Φ114×6× 2 000(或Φ114×6×4 000)，抱杆下段一端焊接1个Φ102×8×400的套管(套管一端焊接，另一端打2个十字交叉的Φ16.5孔，与抱杆眼孔尺寸相配套)，另一端焊有挂板。

图3 抱杆下段示意

抱杆腰环示意如图4所示，采用方框形，方框可分为两半，用螺栓进行连接。腰环上装有套管，套管可以滚动。

图4 腰环示意

1.4 抱杆荷载条件及强度校验

由于抱杆在施工过程中沿抱杆承受轴向压力，因此需对抱杆在轴向受压时的机械强度及稳定性进行校验。其荷载条件如图5所示，钢管抱杆受力按两端铰支考虑。

图5 抱杆轴向受力示意

(1) 抱杆外径D=11.4 cm，内径d=10.2 cm，抱杆截面积A为：

(2) 长度系数：μ=1。

(3) 弹性模量：E=2.1×107N/cm2(即2.1× 103Pa)。

(4) 惯性矩J为：

(5) 应用欧拉公式计算临界应力PLj=π2EJ/ (μL)2。当抱杆高度L=10 m时：

当抱杆高度L=12 m时：

(6) 最小柔度值验算。

① 截面惯性半径i：

② 柔度(长细比)：

当抱杆高度L=10 m时：

当抱杆高度L=12 m时：

③ 极限柔度值 (A 3钢比例极限取σp= 20 000 N/cm2)：

可以看出λ＞λp，符合欧拉公式的应用条件。

(7) 取稳定安全系数K=3，则钢管的许用压力[P]为：

当抱杆高度L=10 m时：

当抱杆高度L=12 m时：

2 抱杆起吊时的受力分析

2.1 内拉线、单钢绳起吊时

单钢绳起吊抱杆受力分析如图6所示，根据力的平衡：

联解上述2式得：

上述式中：[P]为抱杆允许轴向压力；G为起吊侧钢绳受力；F为起吊反侧钢绳受力；β为起吊侧钢绳对抱杆夹角；α为起吊反侧拉线合力对抱杆夹角。

图6 单钢绳起吊抱杆受力分析

如果取β=α=10°，根据公式(3)计算出抱杆最大允许起吊重量G。

(1） 当抱杆长度L=10 m时：

2.2 反侧有对地拉线、滑车组起吊时

反侧有对地拉线、滑车组起吊时抱杆受力分析如图7所示，根据力的平衡：

联解上述2式得：

上述式中：[P]为抱杆允许轴向压力，G为抱杆允许起吊重量，F为起吊反侧对地拉线受力，β为起吊侧钢绳合力对抱杆夹角，α为起吊反侧拉线对抱杆夹角。

图7 反侧有对地拉线时滑车组起吊示意

如果取β=10°，α=30°，根据公式(7)，计算出抱杆最大允许起吊重量G。

(1) 当抱杆长度L=10 m时：

(2) 当抱杆长度L=12 m时：

根据以上计算方法可计算出不同的抱杆高度和拉线对地夹角时，允许的起吊重量G如表1所示。

表1 允许起吊重量G N

2.3 起吊反侧安装塔身拉线时

2.3.1 拉线受力计算

拉线受力如图8所示，单根拉线受力：

式中：F′为单根拉线受力；γ为拉线间夹角的1/2。

用公式(8)可计算出拉线钢绳合力F。

2.3.2 承托绳受力分析

4根承托绳承力时，单根承托绳拉力计算：

图8 拉线受力

式中:[P]为抱杆允许轴向压力；N为单根承托绳受力；φ为承托绳对抱杆夹角；M为抱杆、钢绳及滑车总重量,取值2 000 N，承托绳受力如图9所示。

图9 承托绳受力

如果按4根钢绳都承力考虑，承托绳对抱杆夹角φ取45°，则抱杆高度不同时单根承托绳受力计算如下：

(1) 抱杆高度为10 m时，单根承托绳受力为：

(2) 抱杆高度为12 m时，单根承托绳受力为：

3 内悬浮钢管抱杆组立铁塔

3.1 钢管抱杆的连接

钢管抱杆的连接采用套接方法，将抱杆上、下段插入抱杆中段，抱杆连接处有连接眼孔，抱杆插入后对准眼孔，用Φ16×130螺栓连接，根据起吊高度要求可连接成10 m或12 m 2种。

3.2 起吊方法及系统布置

3.2.1 钢管抱杆采用内悬浮单钢绳起吊

如图10所示，内拉线采用Φ11钢绳，起吊钢绳分别通过抱杆顶部滑车、底部滑车后至牵引。由于起吊钢绳通过顶部滑车，作用于抱杆中心，因而受力较好。

通过受力分析计算可以看出，起吊重量一般能满足轻型塔施工，不受地形条件限制，施工简单方便，安全可靠。

图10 内悬浮、单钢绳起吊示意

3.2.2 钢管抱杆采用内悬浮滑车组起吊

如图11所示，起吊系统采用(0-1)滑车组，即起吊钢绳一端与抱杆顶部相连，另一端通过起吊滑车、抱杆顶部滑车和底滑车后至牵引。

图11 内悬浮、滑车组起吊施工布置

一侧(0-1)滑车组起吊塔片，反侧安装对地拉线。通过受力计算可以看出，这种方法使起吊重量大大增加，适用于在塔重较大、地形较好(可打设对地拉线)情况下的铁塔组立施工。

3.3 拉线系统、腰环系统、承托系统布置

抱杆内拉线采用Φ11钢绳，当采用单钢绳起吊时，内拉线起两侧平衡抱杆的作用；当采用滑车组起吊时，抱杆反侧对地拉线采用Φ11钢绳，起反侧平衡作用。

腰环系统中部分腰环用螺栓连接成整体后，4端用U形环通过Φ11腰环钢绳和1.5 t的双钩连接，以便于调节。

承托系统中Φ13承托钢绳一端和抱杆下段的底部挂扳相连，另一端连接在主材节点上部。

3.4 铁塔吊装方法

(1) 将塔身下段组装好后留一面开口，通过开口对侧两根主材顶端悬挂的滑车将抱杆立起，然后封装好开口面铁件。

(2) 抱杆立好后，装设上下2道腰环，随后通过抱杆提升系统提升抱杆。

(3) 提升抱杆施工布置如图12所示，抱杆提升到适当高度后，打好拉线即可进行起吊。

图12 提升抱杆示意

(4) 起吊时，先起吊塔身和两侧曲臂，曲臂在起吊过程中应尽量安装反侧对地拉线，在起吊重量允许的情况下，上下曲臂可整体起吊，若超重则将上下曲臂断开，分2次进行起吊。

(5) 横担吊装时，根据横担的重量确定采用整体吊装还是分片吊装。内拉线、单钢绳吊装时，起吊重量小，适用于分片吊装；反侧有对地拉线且使用滑车组起吊时，适用于整体吊装。

（6） 横担吊装完毕后，可利用牵引系统钢绳通过挂在中横担以及上曲臂顶部的滑车将抱杆落下。

4 工程实例

2014年，在某地区施工的110 kV送电线路工程，其沿线地形复杂，施工小运距离平均800 m。工程由2条并行的单双回混合线路组成，线路长度2×8.35 km，共有铁塔37基，投入2个施工队用钢管抱杆组立铁塔，仅用1个月时间就完成了全线组塔任务。钢管抱杆组立铁塔具有以下优点。

(1) 钢管抱杆体积小、重量轻、运输工作量较小，施工操作灵活方便，特别是在高山大岭的塔位施工更能凸现其优越性。

(2) 在地形条件极差、运输工器具困难的地方，可采用单钢绳起吊，大大简化了工器具。

(3) 施工现场布置紧凑，不受地形、地面障碍物的影响，施工人员比采用角钢抱杆少。

(4) 通过受力分析可看出，由于起吊钢绳通过顶部滑车，改善了抱杆受力，允许起吊重量完全能够满足轻型塔的施工。对于地形较差、无法打对地拉线的塔位，在抱杆上只安装内拉线便可进行起吊。

(5) 在地形较平坦的塔位，抱杆安装反侧对地拉线后，允许起吊重量增加，可采用将曲臂或横担整体吊装的施工方法，简单、快捷、安全、可靠，符合110 kV，220 kV线路施工及检(抢)修的要求。

5 结论

在220 kV及以下输电线路施工或检修中，采用钢管抱杆组立铁塔既简单快捷又安全可靠，对于优化施工方法、提高工作效率、节约人力物力、做到标准化和规范化检修都起到了积极的作用，提高了经济效益。

1 中国电机工程学会电力建设安全技术分委会．DL5009.2—2004电力建设安全工作规程[S]．北京：中国电力出版社，2004.

2016-07-18。

马 军(1977-)，男，高级工程师，主要从事输电线路检修技术工作，email：majunwuwei@126.com。