NSA鋼管桿設(shè)計(jì)系統(tǒng)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

崔 軍

鋼管桿是220 kV及220 kV以下架空輸配電線路新型的非標(biāo)桿塔類型。它具有結(jié)構(gòu)簡單,挺拔美觀;強(qiáng)度高,耐外力沖擊;分段設(shè)計(jì),運(yùn)輸和安裝方便;熱鍍鋅防腐,經(jīng)久耐用;占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。為適應(yīng)現(xiàn)代電力電網(wǎng)建設(shè)對鋼管桿的使用需求,滿足對鋼管桿的設(shè)計(jì)要求,北京道亨公司設(shè)計(jì)開發(fā)了《NSA鋼管桿設(shè)計(jì)系統(tǒng)》。本文將以一種鋼管桿的設(shè)計(jì)過程,簡單介紹一下《NSA鋼管桿設(shè)計(jì)系統(tǒng)》在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

1 工程應(yīng)用

《NSA鋼管桿設(shè)計(jì)系統(tǒng)》設(shè)計(jì)軟件根據(jù)鋼管桿基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的輸入方法不同,分為手工輸入分段數(shù)據(jù)法和快速輸入鋼管桿數(shù)據(jù)法。本文根據(jù)軟件在多個工程中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),介紹一下較為簡單、便于操作的快速輸入鋼管桿數(shù)據(jù)法,供輸配電設(shè)計(jì)人員參考。

快速輸入鋼管桿數(shù)據(jù)法為用戶提供了簡便的數(shù)據(jù)輸入方法,用戶可以通過本方法快速輸入節(jié)點(diǎn)、桿件及相應(yīng)的桿件連接數(shù)據(jù)。用戶輸入主桿和橫擔(dān)等數(shù)據(jù)后,系統(tǒng)自動填寫桿件力學(xué)參數(shù)及連接數(shù)據(jù)。

為了具體說明軟件在輸配電工程設(shè)計(jì)上的應(yīng)用方法及產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益,將以一條35 kV供電線路中一種鋼管桿的設(shè)計(jì)為例,具體說明軟件在鋼管桿的設(shè)計(jì)上的應(yīng)用。

雁60～雁63斷塊為采油一廠的一個較大產(chǎn)能斷塊。整個斷塊主供電電源為附近變電站引來的35 kV架空線路供電。線路的轉(zhuǎn)角、耐張及部分直線跨越桿塔均采用鋼管桿。

以本工程帶地線直線鋼管桿ZXB(17)(呼稱高17 m)為例,具體說明利用軟件進(jìn)行鋼管桿設(shè)計(jì)過程。

1.1 鋼管桿設(shè)計(jì)

鋼管桿設(shè)計(jì)過程分為鋼管桿桿型簡圖設(shè)計(jì)及桿塔詳設(shè)兩部分內(nèi)容。

1.1.1 鋼管桿桿型簡圖設(shè)計(jì)

工程設(shè)計(jì)人員根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際及計(jì)算結(jié)論,確定鋼管桿的呼稱高及桿頭尺寸,初步確定鋼管桿的梢徑及根徑,并繪制出鋼管桿簡圖。這部分內(nèi)容為設(shè)計(jì)人員的基礎(chǔ)設(shè)計(jì),在這里就不再詳細(xì)說明。

1.1.2 桿塔詳設(shè)

根據(jù)鋼管桿桿型簡圖,利用《NSA鋼管桿設(shè)計(jì)系統(tǒng)》設(shè)計(jì)軟件對鋼管桿進(jìn)行詳設(shè)及校核。具體步驟如下:

1)運(yùn)行程序。打開【NSA鋼管桿設(shè)計(jì)系統(tǒng)】組中的“NSA鋼管桿設(shè)計(jì)系統(tǒng)”即可運(yùn)行程序。

2)建立新文件。執(zhí)行【文件(F)】下的【新建】命令,進(jìn)入新建文件界面,新建一個“ZXB(17)”的工程文件,將其保存到用戶的文件夾下。

3)輸入鋼管桿數(shù)據(jù)。進(jìn)入主菜單后,單擊【文件(F)】下的【快速輸入界面】按鈕,進(jìn)入快速輸入界面。根據(jù)軟件窗口提示信息,依照鋼管桿桿型圖,依次填寫【輸入主桿】及【直線型橫擔(dān)】等窗口信息。本設(shè)計(jì)ZXB(17)主桿梢徑設(shè)計(jì)為300 mm,根徑設(shè)計(jì)為600 mm;主桿連接選擇法蘭連接。

選擇橫擔(dān)類型:橫擔(dān)類型分三種,包括管狀橫擔(dān)、直線型橫擔(dān)及雁翅型橫擔(dān)。選中橫擔(dān)后,會在【輸入主桿】按鈕右邊出現(xiàn)相對應(yīng)的按鈕。

【直線型橫擔(dān)】。ZXB(17)為直線型橫擔(dān)。單擊【直線型橫擔(dān)】按鈕,按順序進(jìn)行填寫。ZXB(17)直線型橫擔(dān)選擇箱形。點(diǎn)擊【展開數(shù)據(jù)】按鈕,生成鋼管桿ZXB(17)的單線圖。

4)各種集中載荷計(jì)算。單擊【1.計(jì)算荷載【小院版】】按鈕進(jìn)入鋼管桿荷載計(jì)算程序。根據(jù)軟件窗口的提示,選擇地形類別、桿型類型、電壓等級及直線塔導(dǎo)線掛線方式,并依次進(jìn)行氣象條件、荷載工況、檔距及導(dǎo)地線參數(shù)等內(nèi)容的輸入,完成鋼管桿外部環(huán)境設(shè)定。單擊【選擇需要計(jì)算的工況】,對鋼管桿的計(jì)算工況重新選擇。點(diǎn)擊【開始計(jì)算】按鈕完成鋼管桿外部荷載的受力計(jì)算。點(diǎn)擊【退出】,返回軟件主頁面。返回主頁面后,單擊【導(dǎo)入荷載】按鈕,將鋼管桿的外部荷載導(dǎo)入桿塔設(shè)計(jì)主程序。

5)有限元計(jì)算。單擊【有限元計(jì)算】按鈕進(jìn)入有限元計(jì)算界面。根據(jù)軟件窗口的信息提示,對鋼管桿的其他限制條件進(jìn)行填寫。填寫完畢后,單擊【開始計(jì)算】按鈕,進(jìn)行鋼管桿各個部件的強(qiáng)度校核。

6)有限元計(jì)算結(jié)果。鋼管桿有限元計(jì)算完成后,程序自動進(jìn)入【有限元計(jì)算結(jié)果】,這時(shí)軟件窗口顯示出鋼管桿主桿及橫擔(dān)的設(shè)計(jì)結(jié)果。

當(dāng)計(jì)算出不合理的主桿及橫擔(dān)結(jié)果時(shí),屏幕會提示出錯,相應(yīng)出錯內(nèi)容會顯示紅色。這時(shí)需重新回到鋼管桿快速輸入界面,并對應(yīng)出錯內(nèi)容,修改相應(yīng)主桿或橫擔(dān)的技術(shù)參數(shù)。接著重新點(diǎn)擊【有限元計(jì)算】,進(jìn)行鋼管桿的有限元計(jì)算,然后根據(jù)【有限元計(jì)算結(jié)果】,查看主桿或橫擔(dān)設(shè)計(jì)結(jié)果是否正確。否則重新進(jìn)行以上操作,直到結(jié)果顯示正確為止。

7)連接計(jì)算。有限元計(jì)算結(jié)果合理后,單擊【連接計(jì)算】按鈕,進(jìn)入鋼管桿主桿連接設(shè)計(jì)和橫擔(dān)連接設(shè)計(jì)界面。

本工程ZXB(17)鋼管桿桿體采用法蘭連接,點(diǎn)擊【主桿法蘭設(shè)計(jì)】,進(jìn)入主桿法蘭連接計(jì)算。

橫擔(dān)連接設(shè)計(jì)。本工程ZXB(17)鋼管桿橫擔(dān)為槽型橫擔(dān),點(diǎn)擊【橫擔(dān)根部槽型/加強(qiáng)型支座設(shè)計(jì)】,進(jìn)入槽型橫擔(dān)連接計(jì)算。計(jì)算完畢后,退出相應(yīng)界面。

8)施工圖輸出。選擇【輸出】菜單中的【鋼管桿繪圖】項(xiàng),進(jìn)入鋼管桿繪圖程序。

在【選擇圖式】的下拉框中選擇【鋼管桿組裝圖】選項(xiàng),單擊綠色圖標(biāo)或直接按【F5】,進(jìn)入鋼管桿組裝圖繪圖界面。

9)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完成后,可以進(jìn)入【基礎(chǔ)設(shè)計(jì)】。根據(jù)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值的基礎(chǔ)作用力,進(jìn)而對基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本部分設(shè)計(jì)由土建結(jié)構(gòu)專業(yè)完成,本設(shè)計(jì)不再詳述。

1.2 鋼管桿統(tǒng)計(jì)

雁60～雁63斷塊 35 kV供電線路設(shè)計(jì)13種鋼管桿,共18基。生產(chǎn)廠家根據(jù)設(shè)計(jì)院提供鋼管桿桿型簡圖,也提供了相應(yīng)的設(shè)計(jì),每基桿塔重量均大于設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的1.5倍～2.0倍。經(jīng)與廠家多次反復(fù)核減,每基鋼管桿的重量均大幅度減少,絕大多數(shù)桿塔重量最終與設(shè)計(jì)相吻合,少數(shù)桿塔由于桿塔主桿分段不同而略有不同。

1.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)雁60～雁63斷塊35 kV供電線路鋼管桿重量的統(tǒng)計(jì),共核減鋼材重量26 227.8 kg。按鋼管桿的價(jià)格8 500元/t計(jì)算,共節(jié)約投資222 936.3元。對于鋼管桿在運(yùn)輸及安裝等情況下所節(jié)約的工程費(fèi)用,本文就不再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)語

輸配電線路設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)并掌握NSA鋼管桿設(shè)計(jì)軟件后,可根據(jù)不同電壓等級的輸配電線路,選擇設(shè)計(jì)合適的鋼管桿,極大地豐富了設(shè)計(jì)人員桿塔設(shè)計(jì)的方案,對優(yōu)化架空線路設(shè)計(jì),提高設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)水平,具有重要意義。同時(shí),還可以對廠家提供的鋼管桿設(shè)計(jì)方案進(jìn)行工程驗(yàn)證,配合甲方、業(yè)主選擇合適廠家,避免不合理的工程投資。

[1]張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國電力出版社,2003.

[2]GB 50061-97,66 kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].