铁塔组立机具的选择

2012-07-13江祥云邹宇

湖南电力 2012年2期

江祥云，邹宇

(湖南省电网建设公司，湖南衡阳421002)

铁塔组立是否安全，关键之一在于施工方案的选择和相配备的工机具安全系数的大小。可以说，一个好的施工方案及合理的工机具配备是铁塔组立成功的一半。

方案的选择及工机具的配备，实际上是相辅相成的，方案选择时需要考虑工机具的适用性，而工机具选择又需要考虑方案的可操作性，在这个过程中需要牵涉到大量的受力计算及经验判断，文中通过向家坝—上海±800 kV特高压直流输电线路直线塔的组立工机具选择，说明方案选定后配套工具选择过程。

1 铁塔情况

向家坝—上海±800 kV特高压直流输电线路工程湘2B标段共计92基杆塔，使用15种铁塔型式，其中直线塔10种。由于地处湖区，地形平坦，视野开阔，拉线位置及起吊系统均很好布置。该标段直线塔主要特点:

(1)铁塔普遍较高，全高在60～87 m范围，根开尺寸相对较大，在11～18 m之间。

(2)塔头尺寸较小，整个塔头高度6～6.5 m。

(3)铁塔较重，本标段单基重量为36～83 t。特别是塔身下部分塔段重量相对较大，最重段达11 t，可分片吊装。

(4)横担宽度较大，横担宽度为40.7～43.9 m，单侧横担长度达20 m，近身侧横担+地线支架部分的吊装是施工吊装难点，近身侧横担最长为10.75 m，单侧重量达 4.2 t。

(5)铁塔接腿较长，最长达15 m。

2 方案优化选择

根据以上特点分析，直线塔组立吊装的重点和难点为近身侧横担与地线支架组合部分及远身侧横担的吊装施工，结合该施工段地势平坦、视野开阔，但塔材吨位重、横担结构长、根开大、单片重量重、横担宽 (最宽达45 m)的施工特点，根据《±800 kV架空送电线路铁塔组立施工导则》中规定的“内悬浮外拉线抱杆分解组塔”施工方法，初步确定按最大起吊控制重量在4 t以下的施工方案进行受力计算及工机具选择。根据工程受力分析，由于近身侧横担、远身侧横担的吊装是施工吊装难点，近身侧横担最长为10.75 m，单侧重量达4.2 t，方案重点对最大起重量、最高塔高条件下近身侧横担的起吊进行分析。

方案确定后，根据其工艺特点及施工经验，首先需要设定一定的分析条件:

(1)抱杆倾斜角≤10°。

(2)起吊钢丝绳与抱杆轴线夹角≤10°。

(3)控制绳对地夹角≤45°。

(4)拉线对地夹角≤45°(进行工况组合分析，以确定其适用性)，离基础中心距离应不小于塔高1.2 倍。

(5)吊物重≤40 kN，牵引系统应放置在主要吊装面的侧面，牵引装置及地锚与铁塔中心的距离应不小于塔全高的0.5倍，且不小于40 m。

(6)对角两承托绳之间的夹角≤90°。

3 各种受力工机具的受力计算及配备

3.1 抱杆系统受力分析及选择

铁塔组立最重要的施工机具是抱杆，抱杆选择需要重点考虑其最大起重量、高度、长度、长细比、纵向允许中心压力、安全系数等。

(1)抱杆最大起重量。由于最大起吊控制重量在4 t，考虑抱杆附件的重量，抱杆起吊能力必须大于4 t。

(2)抱杆起吊长度。抱杆长度的选择取决于被吊构件、吊点绳的高度、起吊绳或起吊滑车组的预留程度，一般经验取值为:

L≥1.75H=1.75×15=26.25(m)(工程实际采用抱杆长度为28 m)

式中 H为铁塔分段中最长一段的长度，取15 m。

根据铰支梁的工作原理和抱杆与承托绳的夹角不大于45°的要求，本工程直线塔瓶口处最小边长为4 m×4 m，计算出最大外露长度为25.17(m)，在实际施工中外露长度控制在18 m以下。

根据《±800 kV架空输电线路铁塔组立施工工艺导则》要求，抱杆倾斜角不宜超过10°，结合起吊钢丝绳与抱杆轴线夹角不大于10°的要求，则起吊绳吊点位置与瓶口投影距离为:l=18×sin10°+28×sin10°=7.99(m)，横担长度10.75 m，吊点至铅垂线距离为 10.75/2+2=7.4＜7.99(m)，能够满足水平起吊法或竖直起吊法对距离的要求。

(3)纵向允许中心压力。经计算为140 kN，即抱杆综合轴心压力 (具体分析见抱杆的轴心压力分析)。

综上所述，选择600 mm×600 mm×28 m的钢格式抱杆，最大起重量50 kN，总长度28 m，吊重偏角抱杆最大允许倾斜角10°，起吊绳与铅垂线最大允许夹角20°，纵向允许中心压力150 kN，安全系数2.5，长细比85。

3.2 起吊系统:控制绳的选择

根据分析条件，控制绳对地夹角ω不大于45°，取最大值45°进行分析，起吊滑车组轴线与铅垂线间的夹角β取10°。由于向家坝—上海±800 kV特高压直流输电线路工程铁塔普遍较高、塔片较重，钢丝绳及滑车组重量必须与起吊重量叠加，根据图1可知:

式中 F为控制绳的静张力合力;G为被吊构件的重力，导则中只要求考虑构件重力，在实际使用中应考虑相关钢丝绳及滑车组起吊重量，取40 kN(含钢丝绳、滑车组重量);β为起吊滑车组轴线与铅垂线间的夹角 (°);ω为控制绳对地夹角 (°)。

图1 内悬浮外拉线抱杆组塔受力分析图

根据安规要求，控制绳破断力计算时取安全系数K=3，动荷系数K1=1.2，不平衡系数K2=1.2，则控制绳破断力:

可选取 Φ11 mm钢丝绳 (最小破断力62.69 kN)作为控制绳。长度L＞(塔高87 m+抱杆外露18 m)/sin45°=154 m，考虑制动等因素，取180 m。钢丝绳破断拉力计算方法说明:一般使用结构为6×37的钢丝绳，公称抗拉强度为R0=1 570 MPa，钢丝绳最小破断拉力系数K’=0.33，直径D=11 mm，则Φ11 mm钢丝绳最小破断力=K’×D2×R0/1000=0.33×112×1 570/1 000=62.69＞52.3(kN)。

3.3 起吊系统:起吊绳和吊点绳的受力计算及选择

起吊绳采用钢丝绳，一端通过穿滑车组与吊点绳连接后再与被吊构件连接，另一端通过塔脚根部转向滑车至牵引机动绞磨。根据牵引系统应放置在主要吊装面的侧面，牵引设备及地锚与铁塔中心的距离应不小于塔全高的0.5倍，并不小于40 m的要求，起吊滑车组轴线与铅垂线间的夹角 β取10°，控制绳对地夹角ω取45°。

(1)起吊滑车组张力的计算及吊点绳的选择。根据图1，起吊滑车组张力为:

根据安规要求和起吊滑车组张力，可确定与滑车组连接的吊点绳的受力。安规规定:吊点绳安全系数4.5，动荷系数1.2，不均衡系数1.2。则吊点绳的破断力:

因为施工时，吊点绳V形起吊，故破断力〔T〕 =319.5/2=160.0 kN，选择破断力为 197 kN的Φ19.5 mm的钢丝绳作为吊点绳可满足要求。

(2)起吊绳静张力的计算及选择。起吊绳可采用滑车组4绳受力布置，起吊滑车组钢丝绳的工作绳数n为4;滑车效率η取0.96。

起吊绳通过滑车组与吊点绳连接，其静张力为:

根据安规要求，取起吊绳安全系数4.5，动荷系数1.2，起吊绳破断力

选择破断力为87.6 kN的 Φ13 mm的钢丝绳(滑车组4绳受力布置)作为起吊绳。长度为L＞87×5+87×0.5=478(m)，考虑余量取 600 m。

3.4 拉线系统:外拉线的选择

外拉线也称落地拉线，即抱杆拉线通过地锚固定在铁塔以外的地面上。拉线的作用主要是稳定抱杆，并均衡受力，具有易控制、操作灵活等特点。拉线和抱杆的夹角应≥45°，起吊滑车组轴线与铅垂线间的夹角β取10°，抱杆轴线与铅垂线间的夹角δ(即抱杆倾斜角)取10°，抱杆拉线合力线对地夹角γ，γ=arc(2tanω)，落地拉线对地夹角取45°，经计算为 54.74°。

根据图1可知，单侧拉线合力

单侧拉线由2根落地拉线组成，取不均衡系数为1.3，受力侧拉线与其合力线间的夹角θ经计算为30°，则单根拉线最大受力 (静张力)

根据安规要求，取拉线安全系数4.5，动荷系数1.2，则拉线的破断力

〔P〕＞P×K×K2=29.7×3×1.2=106.8(kN)

选取破断力为116.6 kN的Φ15 mm钢丝绳作为拉线。拉线长度 L＞(87+22)/cos45°=154(m)，取180 m。

施工计算中，施工技术人员还需要对不同工况组合下的拉线受力进行计算。拉线对地夹角大于60°的情况下，各项受力指标均达到极限值;70°以上，各项受力指标已经变成负值，受力分析完全失去意义。故不论在什么情况下，拉线对地夹角必须控制在45°以下，在不得已的情况下，也不得大于60°。

3.5 抱杆系统:抱杆的轴心压力

在计算抱杆受力时，导则中只明确要求考虑不平衡系数，但实际使用过程中，必须考虑到动荷系数，即通常讲的冲击力，一般按照1.2倍取值。

动态轴心压力:

抱杆的综合计算压力:

式中 G1为拉线等重力产生的下压力 (7.0 kN)。

以上动态轴心压力作为抱杆纵向允许中心压力的选择依据。

3.6 承托绳系统:承托绳的选择

承托绳为抱杆承托受力工具，主要保证抱杆稳定，不仅要承担抱杆的外荷载，同时还要承担抱杆及拉线等附件的下压力，一端与抱杆底座连接，另一端用卸扣与铁塔主材处的施工耳板连接，4根承托绳相对滑车组调整后保持等长，当抱杆向受力侧倾斜时，受力侧承托绳合力较受力反侧为大，对角2根承托绳之间的夹角不应大于90°，与抱杆夹角不大于45°，且不小于30°，通常按45°进行受力计算，受力侧2根承托绳合力线与抱杆轴线间的夹角Φ，经计算为25.26°。

当抱杆处于竖直状态时，2根承托绳的合力S2为: