1、鋼管塔結(jié)構(gòu)特點
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鋼管塔設(shè)計、結(jié)構(gòu)特點和焊接要求
專欄：行業(yè)資訊
發(fā)布日期：2023-07-31
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|轉(zhuǎn)至：輸配電線路
▲ 鋼管塔
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1.1 鋼管塔的應(yīng)用范圍和結(jié)構(gòu)特點
可承載導(dǎo)線大、輸送容量大；
鋼管塔構(gòu)件風(fēng)壓小、節(jié)約鋼材；
結(jié)構(gòu)荷載大、塔高高；
結(jié)構(gòu)簡潔、傳力清晰、外型美觀；
結(jié)構(gòu)延性好、抗過載能力強、安全性能佳；
可承擔(dān)角鋼結(jié)構(gòu)無法承擔(dān)的超大荷載，技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢明顯。
1.1.1 第一代鋼管塔
2001年～2003年間設(shè)計，并于2004～2005年間投運的：500kV揚州二廠－斗山線路、500kV武南－錫東南線路、500kV楊高變－楊行變線路。投運線路總公里數(shù)200公里左右。
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◆特點：
格構(gòu)式鋼管塔、剛性腹桿；
相貫焊、焊接工作量大；
鋼管非標(biāo)準(zhǔn)、加勁板法蘭；
加工效率極低、塔重較重；
材質(zhì)Q345、Q235。
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1.1.2 第二代鋼管塔
2006年～2008年間設(shè)計，并于2007～2009年間投運的：500kV外高橋－顧路線路、500kV顧路－南匯線路、500kV南匯－三林線路、包括雙回路、四回路線數(shù)近50公里。
◆特點：
格構(gòu)式鋼管塔、剛性腹桿；
摒棄相貫焊、焊接工作量??；
鋼管標(biāo)準(zhǔn)化、但法蘭仍有加勁板；
加工效率提高；
塔重輕15 %－20% ；
常規(guī)材料：Q345B、Q235B。
1.1.3 第三代鋼管塔
2008年～2009 設(shè)計，500kV練塘～泗涇線路，全長41公里(雙回34公里、四回7公里)；2008年～2011 設(shè)計，1000kV淮南～浙北～上海(皖電東送)工程，全長650公里等。2011年～2013 設(shè)計，1000kV浙北～浙中～浙南～福州 工程，全長1/4線路17萬噸。
◆特點：
格構(gòu)式鋼管塔、剛性腹桿；
摒棄相貫焊、焊接工作量??；
鋼管標(biāo)準(zhǔn)化；
采用環(huán)向?qū)雍傅腻懺旆ㄌm；
加工效率進一步提高；
塔重再次輕8 %－12% ；
材料：Q460C、Q420B、Q345B。
1.2 鋼管塔的推廣應(yīng)用面臨最大的問題
1）設(shè)計研究、加工制造、施工安裝以及監(jiān)理監(jiān)造的能力；
2）加工效率低下、人工焊接仍然大量存在；
3）制造成本較高、影響鋼管塔的經(jīng)濟優(yōu)勢；
4）鋼管、法蘭、高強螺栓等零部件質(zhì)量離散性較大；
5）山區(qū)運輸問題較大、代價較高，制約大面積的推廣；
6）全國范圍內(nèi)產(chǎn)能有限，如特高壓工程集中上馬，面臨巨大的加工壓力。
2、鋼管塔用法蘭 ▲ 剛性有勁法蘭 剛性有勁法蘭剛度好，但手工焊接工作量巨大，加工效率低下。 ▲ 塔柔性無勁法蘭
柔性無勁法蘭無加勁板，焊接少，但剛度差，法蘭的螺栓受彎。
為最大程度地提高鋼管塔的生產(chǎn)效率，采用高頸鍛造法蘭，減少法蘭加勁板的焊接工作量是行之有效的辦法。
根據(jù)收集到的資料，高頸鍛造法蘭是日本鋼管塔中常用的法蘭型式，日本鍛造法蘭均采用對焊連接，外形美觀、焊接可靠。日本的高頸鍛造法蘭主要有以下兩種型式。
▲ 對接式
▲ 嵌入對接式
國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 9115-2010《對焊鋼制法蘭》和 GB/T9116-2010《帶頸平焊鋼制管法蘭》
▲ 帶頸對焊法蘭（推薦）
▲ 帶頸平焊法蘭（不推薦）
1）試驗和研究：有限元分析、法蘭足尺試驗、鐵塔真型試驗；
2）參數(shù)：確定法蘭盤厚度，法蘭頸厚度、高度、坡度、圓弧弧度(R)等參數(shù)
3）材質(zhì)：確定 Q345 材質(zhì)；
4）標(biāo)準(zhǔn)化：確定法蘭的配置表。
▲ 標(biāo)準(zhǔn)化鍛造法蘭配置表
▲ 鍛造法蘭的命名原則
▲ 標(biāo)準(zhǔn)化鍛造法蘭參數(shù)表
▲ 管道法蘭受力示意圖
▲ 鋼管塔法蘭受力示意圖
1、角焊縫、焊接工藝簡單、要求低，成本低，質(zhì)量難控難檢；
2、焊縫離開較遠，受力不均勻、變形不一致，應(yīng)力狀況復(fù)雜；
3、有空隙，易進酸進水、鍍鋅易暴脹，影響法蘭的可靠度。
1、環(huán)向?qū)雍缚p、焊接要求高，質(zhì)量需檢測易控制；
2、焊縫受力均勻、變形較協(xié)調(diào)，應(yīng)力狀況簡單；
3、只要焊接過關(guān)，法蘭連接的質(zhì)量可靠。
3、鋼管塔用直縫焊管 ▲ 管道用鋼管的受力方向 ▲ 鋼管塔用鋼管的受力方向 ▲ 與鍛造對焊法蘭焊接 ▲ 與剛性法蘭焊接 ▲ 與柔性無勁法蘭焊接 ▲ 與鍛造法蘭焊接實物照片 ▲ 與插板接頭焊接 ▲ 管--管相貫焊接 ▲ 利用連接板連接 GB/T13793-92《直縫電焊鋼管》（注：現(xiàn)行為GB/T13793-2016） GB/T6728-2002《結(jié)構(gòu)用冷彎空心型鋼尺寸、外形、重量及允許偏差》（注：現(xiàn)行為GB/T6728-2017） GB/T3091-2001《低壓流體輸送用焊接鋼管》（注：現(xiàn)行為GB/T3091-2015） GB/T8162-1999《結(jié)構(gòu)用無縫鋼管》(型材)（注：現(xiàn)行為GB/T8162-2018） 4、鋼管塔用標(biāo)準(zhǔn)化連接插板 ▲ 常用插板型式(5種) 5、鋼管塔焊接要求 ▲ 焊接熱影響區(qū)和焊接殘余應(yīng)力 ★ 最大軸向殘余應(yīng)力可達屈服強度的40—50%；焊接熱深度影響區(qū)約為 4 倍焊腳尺寸的范圍。 （1）鋼管與帶頸鍛造法蘭的環(huán)向?qū)雍缚p、鋼管主材變坡處的環(huán)向?qū)雍缚p要求100%熔透，且應(yīng)達到一級焊縫的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時按相關(guān)規(guī)定進行焊接工藝設(shè)計、評定，以合格工藝施焊，焊縫質(zhì)量應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)要求進行檢查；變坡處鋼管的縱向焊縫應(yīng)錯開布置。 （2）鋼管與剛性法蘭焊接時，鋼管應(yīng)插入法蘭厚度一半深，雙面角焊縫，如圖4所示，焊腳尺寸取管壁厚度。 （3）鋼管與柔性法蘭焊接時： (壁厚變化、焊腳高度、剖口角度、有無內(nèi)縫、管壁間隙)。 對上圈環(huán)向角焊縫：當(dāng)法蘭板厚≥30mm時，法蘭盤內(nèi)側(cè)應(yīng)倒角坡口，焊腳尺寸可取焊縫的有效高度。 對下圈環(huán)向角焊縫：當(dāng)鋼管壁厚≥8mm時，鋼管端外側(cè)應(yīng)倒角坡口，焊腳尺寸可取焊縫的有效高度。 （4）節(jié)點板和鋼管的主要受力焊縫，應(yīng)滿足外觀二級的質(zhì)量要求，焊腳尺寸取較薄構(gòu)件的1.2 倍，當(dāng)節(jié)點板厚度≥8mm時，應(yīng)根據(jù)焊接規(guī)程要求開坡口焊接。 （5）節(jié)點板或鋼管上的加勁板焊縫為次要焊縫，一般均為角焊縫，滿足三級焊縫的質(zhì)量要求，焊腳尺寸取較薄構(gòu)件的1.0 倍，當(dāng)加勁板厚度≥12mm時，應(yīng)根據(jù)焊接規(guī)程要求開坡口焊接。 （6）對于T型連接焊縫： 當(dāng)對t2厚度大于20mm的板材在厚度方向進行焊接時，應(yīng)采取冷卻收縮時不易引起層狀撕裂的焊接工藝控制措施。 （7）對于鋼管與鋼管的相貫焊縫，焊腳尺寸未注明者一般不小于較薄構(gòu)件的 1.2倍，且不大于 2.0倍，焊縫沿全周連續(xù)焊接并平滑過渡，當(dāng)被焊接構(gòu)件厚度 ≥8mm時，要按規(guī)定進行剖口后再焊。 相貫焊：鞍部應(yīng)力最大、根部和冠部相對應(yīng)力較小，根據(jù)管徑差別，在2.5—4.5倍之間。 （8）焊接時，不得隨意加大焊縫，避免焊縫立體交叉和在一處集中大量的焊縫。 （9）所有焊接件均需加封焊，以防酸液進入接觸面而造成銹蝕。導(dǎo)地線掛點、抱桿承托繩耳板孔、橫擔(dān)提線用施工孔等統(tǒng)一采用套管或厚板鉆孔塞焊的形式。 （10）塔頭橫擔(dān)掛線處密集焊縫的處理。 （11）環(huán)向加勁板的拼焊處理。 （12）插板與鋼管的焊接——外觀二級。 1）一定要知道哪些是主要受力焊縫、哪些是次要受力焊縫，那些是構(gòu)造焊縫； 2）在滿足受力的情況下，焊腳尺寸越小越好，不是越大越好； 3）在滿足加工條件的前提下，能開坡口則開坡口，以減小焊腳尺寸； 4）一定要和設(shè)計單位好好商量，領(lǐng)會設(shè)計的正確意圖； 5）珍惜設(shè)計交底，有問題和合理的要求在交底會上提出來，爭取寫入交底會議紀(jì)要。
