大规格角钢在特高压输电铁塔中的应用研究

余明智，郑洪斌，岳　浩，李丹丹

（1.云南省电力设计院，昆明　650000；2.国网山东省电力公司德州供电公司，山东　德州　253000；3.国网山东省电力公司威海供电公司，山东　威海　264200；4.国网山东省电力公司济南供电公司，济南　250012）



大规格角钢在特高压输电铁塔中的应用研究

余明智1，郑洪斌2，岳浩3，李丹丹4

（1.云南省电力设计院，昆明650000；2.国网山东省电力公司德州供电公司，山东德州253000；3.国网山东省电力公司威海供电公司，山东威海264200；4.国网山东省电力公司济南供电公司，济南250012）

摘要：随着电网工程建设的迅速发展，L220和L250大规格角钢已经在特高压输电铁塔结构上得到了比较广泛的应用。但随着输电线路工程中大截面导线等技术的发展，铁塔的外负荷越来越大，为满足承载力需要，对角钢肢宽提出了更高的要求。结合工程应用实例，对250 mm肢宽以上大规格角钢（280 mm和300 mm）的承载力和经济性进行了分析研究。

关键词：大规格角钢；L280角钢；L300角钢；承载力；经济性

0　引言

大规格角钢通常指肢宽大于200 mm的角钢。与常规角钢相比，大规格角钢肢宽与肢厚均较大，截面积大幅增加，能有效提高单根构件的承截力，实现大规格角钢替代普通规格双组合角钢。不仅可以减少杆塔的耗钢量，降低角钢间填板焊接质量带来的铁塔安全隐患，而且还可以改变双拼组合角钢的不合理截面形式，优化构造，避免双组合角钢受力不均、小长细比时易发生弯扭屈曲的影响，同时大量减少连接螺栓与填板，使铁塔组立的施工量与施工难度大大降低［1］。

自锦苏工程作为输电铁塔大规格角钢应用的国内首个试点工程以来，220 mm和250 mm肢宽大规格角钢已经在特高压输电铁塔结构上得到广泛的应用，并且在结构安全度和经济性两方面都取得了较好的成效［2］。但随着电网工程建设的迅速发展，大截面导线等技术的应用，杆塔的外负荷越来越大，为满足承载力需要，对角钢肢宽提出了更高的要求。2013年国家电网公司发布了《300毫米级肢宽热轧大规格等边角钢技术条件及工装要求》，给出了L280～L360各规格角钢的尺寸、外形、重量及允许偏差、截面特性、技术要求、检验方法、检验规则、包装、标志及质量证明书等要求。为250 mm肢宽以上大规格角钢在工程中的应用创造了条件，结合±800 kV山西晋北—江苏南京特高压直流输电线路工程大规格角钢的应用情况，对280 mm、300 mm大规格角钢的承载力和经济性进行分析研究。

1　L280和L300大规格角钢承载力分析

在±800 kV山西晋北—江苏南京特高压直流输电线路工程中，杆塔大规格角钢的使用涉及220 mm、250 mm、300 mm 3个角钢肢宽等级。为更直观了解250 mm以上大规格角钢的承载力性能，增加了280 mm大规格角钢的对比情况，分别对Q420L220，Q420L250双角钢构件以及Q420L280，Q420L300角钢构件的承载力进行计算，计算结果见表1。

表1　双角钢与大规格角钢承载力对比

由表1可知，280 mm和300 mm角钢的承载力与220 mm、250 mm双角钢的承载力存在局部重叠。为更直观反映这种情况，把这种关系绘制为图1，图中承载力重叠范围越大，表明替换率越高，也就是说280 mm和300 mm大规格角钢可代替220 mm、250 mm双角钢构件概率越大。同时，图1中随着计算长度的增加，承载力重叠范围逐渐减少，该现象说明大截面单角钢回转半径较小，受压稳定性能相对较差，为充分发挥大截面单角钢承载潜能，设计人员应合理规划塔身节间及塔材布置形式，才能有效提高大截面单角钢利用率。

图1　双角钢与大规格角钢构件承载力

2　L280和L300大规格角钢最优长度计算

减小构件计算长度，可有效提高280 mm和300 mm大规格角钢替换双角钢构件的替换率。同时，根据等承载力的原理，可知当角钢计算长度达到一定的限值后，再减小计算长度对承载力的提升没有任何效果，反而因为增加辅助材料导致杆塔耗钢量的增加。此限值即为最优计算长度，既能最大限度提高280 mm和300 mm大规格角钢替换率也能充分发挥材料强度。

按照我国杆塔结构设计技术规定DL/T 5154—2012［3］可知，等承载力计算原理为

强度公式：

稳定公式：

式中：N1为角钢强度承载力，N；N2为角钢稳定承载力，N；Au为角钢净截面积，mm2；A为角钢毛截面积，mm2；f为钢材的强度设计值，N/mm2；φ为稳定系数。

令N1=N2，得φ=Au/A。设i为角钢回转半径，λ为角钢长细比，再由φ得到对应的λ，由L0=λi得每种规格构件的最优计算长度。

根据上述原理，计算不同屈服强度的280 mm、300 mm等边角钢对应的稳定系数φ及最优计算长度L0，结果如表2所示。

表2　角钢最优长度计算结果

3　典型算例分析

为评价Q420高强度L300特大规格角钢在本工程的适用性和经济性，选取典型转角塔J30103A和J30104A，进行多种规格构件的分析比较。杆塔主要计算条件如表3所示。

表3　典型转角塔J30103A和J30104A的计算条件

在相同外负荷及计算模型的情况下，典型转角塔J30103A和J30104A选用不同规格构件的计算结果如表4所示。

表4　典型转角塔J30103A和J30104A计算结果比较

1）L300系列大规格角钢基本可以代替L220系列双组合角钢。为更直观反映这种情况，单独把两种规格构件的承载力的对比情况绘制成图2。由图2可知：在最优计算长度附近，L300系列大规格角钢可以代替L220×24及以下规格的双组合角钢作为杆塔主材。并且此时强度承载力和稳定承载力基本相当，可获得较好的承载性能。

图2　300mm大规格角钢与200mm双角钢构件承载力对比

2）使用L300大角钢，典型转角塔J30103A和J30104A塔重较双组合角钢方案可降低3.5%～5.2%。转角越大，降低塔重比例越多。

3）L300大角钢占全塔塔重的比例为4.6%～16.1%，平均约占12%。

5　结语

国家电网公司《300 mm级肢宽热轧大规格等边角钢技术条件及工装要求》的发布，为250 mm肢宽以上大规格角钢在工程中的应用创造了有利条件，为300 mm大规格角钢在±800 kV山西晋北—江苏南京特高压直流输电线路工程的应用奠定了基础。

280mm和300 mm大规格角钢可代替部分220 mm、250 mm双角钢构件。其中300 mm系列角钢承载力基本和220mm系列双组合角钢相当，可以代替L220×24及以下规格的双组合角钢作为杆塔主材。

280mm和300 mm大规格角钢的应用不仅可以减少杆塔的耗钢量，降低角钢间填板焊接质量带来的铁塔安全隐患，而且还可以改变双拼组合角钢的不合理截面形式，优化构造，避免双组合角钢受力不均、易发生弯扭屈曲的影响。

280mm和300 mm大规格角钢的应用，丰富了角钢规格，减少了双拼组合角钢的使用，大量减少连接螺栓与填板，使铁塔组立的施工量与施工难度大大减轻。

在±800 kV山西晋北—江苏南京特高压直流输电线路工程中，大转角塔使用L300大规格角钢，单塔可节约塔重约3.5%，其使用比例约占单塔塔重的12%。

参考文献

［1］黄璜，李清华，孟宪乔，等.Q420大规格角钢在±800 kV特高压杆塔中的应用［J］.电力建设，2010，33（6）：65～69.

［2］刘泽洪.大规格角钢在输电铁塔中的应用［M］.北京：中国电力出版社，2011.

［3］DL/T 5154—2012架空输电线路杆塔结构设计技术规定［S］.

［4］余朝胜.高压输电线路大规格高强角钢铁塔应用研究［J］.电力与电工，2012，32（3）：18～20.

Application Study on Large-size Angle Steel Used in UHV Transmission Towers

YU Mingzhi1，ZHENG Hongbin2，YUE Hao3，LI Dandan4
（1. Yunnan Electric Power Design Institute，Kunming 650000，China；2. State Grid Dezhou Power Supply Company，Dezhou 253000，China；3. State Grid Weihai Power Supply Company，Weihai 264200，China；4. State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

Abstract:With the rapid development of power grid construction，L220 and L250 large-size angle steels have been widely used in the field of transmission steel towers. However，with the development of large cross -section wire transmission technology，the load of the tower becomes larger and larger，and the larger limb width of angle steel is put forward to meeting the need of bearing capacity. Combined with the engineering example，the bearing capacity and economy of large-size angle steel（280 mm and 300 mm）whose limb width is more than 250 mm are studied.

Key words:large-size angle steel；L280 angle steel；L300 angle steel；bearing capacity；economy

中图分类号：TM753

文献标志码：A

文章编号：1007－9904（2016）05－0069－04

收稿日期：2016-03-01

作者简介：

余明智（1982），男，高级工程师，从事输电线路结构设计工作。