王恩来

【摘 要】随着高压输电电压等级的提高，钢管塔在输电线路行业得到了前所未有的发展。钢管塔主材的连接方式主要是法兰连接，在钢管塔上应用的主要是刚性法兰、柔性法兰和高颈锻造法兰。双坡高颈锻造对焊法兰具有较高的刚度，论文对法兰板厚、颈高、颈的上端宽度等影响因素进行了分析。

【Abstract】With the improvement of the voltage level of high voltage transmission， steel pipe towers have got unprecedented development in the transmission line industry. Flange connection is the main connection mode of steel tube tower main material. Rigid flange， flexible flange and high neck forging flange are mainly used in steel tube tower. Double-slope high-neck forged butt-welded flange has higher stiffness. This paper analyzes  the influence factors of flange thickness， neck height and neck width.

【关键词】双坡锻造法兰;钢管塔;应用

【Keywords】double slope forged flange steel; pipe tower; application

【中图分类号】TU392.3                                              【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）06-0141-02

1 钢管塔节点连接设计

钢管塔节点种类繁多，受力和构造复雜，加工质量要求高[1]。钢管塔的节点x形式主要有对接节点、交叉节点和复杂节点三种，根据铁塔部位不同进行细分类别，如表1所示。

由上表可知，钢管塔节点连接方式主要有法兰连接、相贯焊接或插板连接等基本方式。对于对接节点，一般均采用法兰连接方式;而对于交叉节点既可以采用相贯焊接，也可以采用插板连接[2]。

2 法兰连接

法兰是轴与轴之间相互连接的零件，用于管端之间的连接;法兰连接，是指由法兰、垫片及螺栓三者相互连接作为一组组合密封结构的可拆连接。法兰因其结构合理、传力可靠、使用效率高、维修方便及成本底等因素使其成为钢管塔中最常用的连接形式[3]。

通常的钢管塔法兰连接可分为柔性法兰、有劲法兰和高颈锻造法兰三种不同形式。柔性法兰可减少焊接工作量，安装方便，法兰盘的平整度也更容易得到保证，但柔性法兰由于没有加劲肋，受力后法兰变形较大，且螺栓受力复杂。当要求施工方便、结构外形美观以及结构变形及建筑物挠度要求不高的结构，可以采用无加劲肋的柔性法兰。有劲法兰在法兰盘上焊有许多加劲肋，法兰刚度大，受力后法兰变形小，螺栓受力简单，但是焊接工作量大，且不容易保证焊缝质量，同时施工较无劲法兰更加复杂。高颈锻造法兰综合了传统的有劲法兰和柔性法兰两者的优点，它不但具有有劲法兰的受力刚度大、变形小的特点，同时还像柔性法兰那样便于工厂加工及现场安装，在国外，如英国和美国，尤其日本不仅在跨越塔上应用，即使是常规电压等级钢管塔也很常见，在国内高电压等级线路中已大量使用，技术条件成熟。

高颈锻造法兰的型式有对焊法兰和平焊法兰[4]。对焊法兰一般采用锻件或锻轧工艺制成，仅有一条对接焊缝，焊接量小，焊缝应经超声波探伤，无分层缺陷即可，只要焊接工艺得当，焊接质量容易保证。平焊法兰是指与容器或管道采用角焊缝连接的一种法兰。结构简单，用材省，有两条角焊缝，焊接量大，焊缝质量不易控制。且两条角焊缝离开较远，实际受力不均匀，密封性差。因此优先考虑高颈锻造对焊法兰。

单坡度高颈锻造对焊法兰由于颈部截面最小，会成为整个法兰的薄弱部位。而双坡度高颈锻造对焊法兰在焊缝内外侧均有一定坡度，有利于荷载的传递和扩散，在一定程度上避免了该问题，并且其刚度也较单坡度高颈锻造对焊法兰大，有利于法兰的保持整体刚性，使得螺栓传力均匀，减少螺栓个数。钢管塔推荐采用双坡度高颈锻造对焊法兰。

3 双坡高颈锻造对焊法兰的受力特性

双坡高颈锻造对焊法兰虽然没有传统有劲法兰那样的加劲肋，但其受力特征接近于传统的有劲法兰。双坡高颈锻造对焊法兰在拉力荷载的作用下，通过法兰径直接将拉力传递给法兰板，但法兰板较厚，具有足够的刚度，能够直接将拉力传递给螺栓，法兰盘边缘不会产生撬力，但法兰盘边缘将会脱开，节点的脱开间隙主要是由螺栓有限的应变引起的。整个节点的相对变形较小，国内输电线路钢管塔主材接头的节点连接完全适用。

4 双坡高颈锻造法兰承载力影响因素分析

通过双坡高颈锻造法兰受力机理分析可知，影响其承载力的主要参数有：法兰板厚、颈高、颈宽、颈坡度等，当设计锻造法兰承载力不满足使用要求时，可以根据以下原则来调整法兰参数进而提高节点承载力：

①在有限坡度范围内，当法兰颈根部和顶部宽度为定值时，法兰颈越高，其刚度越大，上下法兰越容易脱开，法兰盘自身的旋转越小，但是此影响较小。

②在有限坡度范围内，当法兰颈顶部宽度和颈高为定值时，法兰颈根部宽度越大，法兰越容易脱离，法兰盘自身的旋转越小。

③法兰盘厚度是决定上下法兰最终是否脱开的最主要影响因素，厚度越大，法兰越容易脱开，而且法兰盘自身的旋转越小。

【参考文献】

【1】DL/T 5154—2012 架空输电线路杆塔结构设计技术规定[S].

【2】丁阳著.钢结构设计原理[M].天津：天津大学出版社，2005.

【3】GB 50017—2017 钢结构设计标准[S].

【4】吴国强， 何长华， 耿景都. 钢管塔锻造法兰连接螺栓的受力计算[J]. 电力建设， 2009， 30（10）：110.