葉德生（中國電建成都鐵塔廠，四川成都610000）

關于鐵塔腹桿的抗彎作用和制造精度分析

葉德生（中國電建成都鐵塔廠，四川成都610000）

本文主要論述了鐵塔腹桿抗彎作用與螺栓間隙及制造精度的關系。鐵塔在使用螺栓進行連接時，螺孔之間的間隙直接影響腹桿的抗彎作用，通常情況下，1～1.5mm的螺孔間隙可以使大約5%的腹桿失去抗彎能力。本文提出采用比較先進的設備來提高鐵塔的制造精度，主要為鐵塔數(shù)控自動化生產(chǎn)設備，這樣可以保持94%的腹桿具有抗彎能力，從而對鐵塔設計理念進行了創(chuàng)新，保證腹桿能夠有效參與到鐵塔抗彎作用上來。

鐵塔；腹桿；抗彎；制造精度

引言

無論鐵塔進行分散建造還是集中建造，從制造廠到建塔地一般具有很長的路途，并且在這個過程中地域復雜，經(jīng)常要經(jīng)過人跡罕至的地方，翻山越嶺，所以，這種狀況直接決定了鐵塔必須采取集約化的包裝方式，在建造塔的現(xiàn)場進行組塔。所以，只有采取螺栓連接的方法，并把螺栓和螺孔的配合精度進行降低處理，來增大它們之間的配合間隙，從而把很多主材、連接板和腹桿有效的連接在一起，在一定程度上提供了方便性。根據(jù)國家有關標準，螺孔的直徑要比螺栓的直徑大約1.5mm，這個標準保證了鐵塔的安裝工作順利開展進行，但是從另外一方面講，也對腹桿抗彎能力起到了一定阻礙作用。針對鐵塔頂部位移量，由于螺栓孔間隙引起的位移量可以達到50%，如果鐵塔比較高，可以增加10%，因此，鐵塔剛度很容易受到鐵塔腹桿制造精度影響。

1 鐵塔抗彎機理分析

在鐵塔機理算法中，有的算法把鐵塔比喻成“格構式綴條柱”，在這種模式中，格構式綴條柱代表鐵塔，綴條代表腹桿，肢件代表主材，按照鐵塔由腹桿和主材連綴而成的模式構成。其中，綴條主要是為了保證肢件之間的連接工作，并不起到一定的承載作用。然而，鐵塔和格構式綴條柱并不能等同處理，實際情況下，如果沒有腹桿支持鐵塔，主材不但沒有承載能力，在這種情況下根本就立不住。腹桿主要起到了三個作用：①保證四個主材連接在一起，從而保證其承載能力；②可以使供貨程度在4m以上的主材分段處理，從而降低了主材的抗壓穩(wěn)定性，使其長度縮短，在一定程度上提高了抗壓穩(wěn)定性；③由于很多主材之間連接使用腹桿進行斜向連接，使得固定成形，很難移動，從而使鐵塔在一定程度上可以承受更多的電線張力和風載荷。

另外，由于受到格構式綴條柱計算方式的作用，在進行鐵塔計算過程中忽略了腹桿的抗彎作用，所以必須保證腹桿的質(zhì)量要比主材的質(zhì)量好，一般是它的兩倍。所以，必須對鐵塔的抗彎機理進行明確，從而保證更多的腹桿發(fā)揮其作用。

根據(jù)相關標準，最大風情況一般控制整個塔身主材，斷邊導線情況一般控制塔身斜材狀況，另外，根據(jù)角度風吹狀況下風載荷分配表的分配情況，塔線風載處于90°時，風載荷處于最大情況。

圖1 塔體受彎情況變形圖

如圖1所示，為塔體受彎變形圖，此時為斷線張力狀態(tài)或者90°風狀態(tài)作用鐵塔。從圖中可以看出，在塔體受彎之前，四支主材的位置由四條豎直粗實線代替，四條腹桿的位置由四條斜粗線代替，主材和腹桿受彎以后的位置由雙點劃線代替，主材節(jié)長由上下兩層間的虛線間距代替。根據(jù)國家相關標準，如果載荷處于長期效應組合狀態(tài)下，對于直線型自立式鐵塔，在計算桿塔撓曲度時，每米不應該大于3mm，另外根據(jù)結構力學，主材和腹桿的夾角應該在40～70°之間，因此，如果主材為1.5m長，由于受到斷線張力彎曲和風載影響，上下點撓曲度為4.5mm。另外，鐵塔和地面的夾角設為3～4°，和地面接近垂直狀況，鐵塔節(jié)長為1.5m，則上下點變形為4.5mm，另外，對于主材，其前后夾角不大于10°，所以，對于變形量為4.5mm，可以看成處于水平位置。

對于腹桿，通常情況下以40～70°的傾斜度固定在兩個主材之間的空隙上，并使用螺栓固定，所以，通過順風腹桿產(chǎn)生的拉伸量和逆風腹桿產(chǎn)生的壓縮量再乘以夾角余弦，得出腹桿和水平面之間的夾角余弦得出夾角為24～54°。根據(jù)相關標準，螺孔直徑一般比螺栓直徑大1.5mm，如果鐵塔裝好以后，幾乎所有的腹桿和主材連接以后，其螺孔間隙和螺孔螺栓的直徑差相同，所以，在計算腹桿的拉伸壓縮量時，應該被螺孔之間的間隙抵消1.5mm，從而計算出實際壓縮量。

根據(jù)力學相關知識，由于外力使構件產(chǎn)生變形，變形以后，構件產(chǎn)生相應應力，這種應力使得構件進一步對外力產(chǎn)生抵抗作用。根據(jù)這一原理，腹桿由于受到拉壓產(chǎn)生變形，從而產(chǎn)生抗力，這樣來抵抗主材的彎曲變形，這樣就可以和主材同時產(chǎn)生抗彎作用。根據(jù)虎克規(guī)律可以計算得到腹桿抗彎力的大小，需要特別指出的是：處于斷線張力和垂直狀態(tài)下的兩扇塔面腹桿不具備抗彎能力。由于主材受彎變形以后，其具有正切關系，腹桿形成的正二面角為10°，變形以后，腹桿的長度基本沒有變化，然后再使用螺孔間隙抵消腹桿變形產(chǎn)生的不利因素，即使腹桿有部分變形，也會被全部抵消掉，所以，處于塔垂直方向的兩扇塔面腹桿都不具備抗彎能力。

2 腹桿抗彎概率計算

通常情況下，腹桿兩端的螺孔主要是通過螺栓連接在兩支主材上。另外，由于腹桿上螺孔之間的間距和主材上的螺孔間距都具有隨機性，所以，螺孔和螺栓之間的間隙大小以及相對位置也具備一定的隨機性。鐵桿腹塔一般采取下方托舉的方式進行安裝，但是由于其構件制造精度比較低，毛面配合和加工以及在運輸過程中很容易產(chǎn)生磕碰現(xiàn)象等，所以在建塔的時候，很容易出現(xiàn)腹桿螺孔中心距和主材螺孔中心距差距比較大的狀況，在這種狀況下，很容易出現(xiàn)極端狀況，這樣，主材上腹桿的其它安裝狀態(tài)處于這兩種極端狀態(tài)之間。

根據(jù)要求，腹桿兩端螺孔中心距應該大于主材螺孔中心距，并程軸向壓舉式進行安裝，對于受壓桿，腹桿已經(jīng)通過主材上的螺栓進行軸向頂緊安裝，所以，其螺孔之間的間距幾乎為零。對于受拉桿，主材上的螺孔必須沿著腹桿進行軸向拉伸，并消除間距影響。另外，根據(jù)相關標準，如果螺孔總間隙比較大，就會全部抵消由于鐵塔撓曲度產(chǎn)生的腹桿桿向拉壓變形誤差，從而導致腹桿不能產(chǎn)生變形，就不能產(chǎn)生由于變形產(chǎn)生的抗彎能力。所以，為了能夠正確的評估整個腹桿抗彎能力，必須對不能產(chǎn)生抗彎能力腹桿進行相應概率計算。主材上四個間隙分別使用Q、R、S、T代表，其計算公式如下：

P（Q、R、S、T）=P（Q）·P（R）·P（S）·P（T）

由于螺孔兩側的弧段非常陡，所以進行腹桿安裝時，只要能夠離開軸向拉舉和軸向壓舉兩種狀態(tài)，就可以安裝成下方托舉狀態(tài)。

3 結語

（1）由于鐵塔腹桿的抗彎能力來自鐵塔，如果鐵塔受彎以后，主材就會對腹桿軸向產(chǎn)生拉壓力，這個力是腹桿對主材進行斜支撐，從而抵抗主材彎曲的一種反作用力。

（2）主材受力以后，對腹桿前段產(chǎn)生作用力，必須對螺孔的間隙進行消除處理，如果螺孔的間隙過大，主材并不能使腹桿受力時，腹桿就不能參與主材的抗彎作用。所以，整個鐵塔制造精度會對整個腹桿抗彎作用產(chǎn)生直接影響。必須根據(jù)相關知識進行概率計算。

（3）對鐵塔進行創(chuàng)新理念設計，從而可以使更多腹桿發(fā)揮抗彎作用，從而提高鐵塔抗彎力。根據(jù)相關知識，可以使用正四棱臺形式的塔體進行安裝，這種塔體可以對風載荷斷線張力產(chǎn)生很大抵抗作用，從而提高了鐵塔抵抗外力產(chǎn)生彎矩能力。

（4）在進行鐵塔設計時，應該明確主材腹桿連接時螺孔間隙對鐵塔的抗彎能力的影響，盡量減少螺孔之間的間隙，另外，在鐵塔進行制造時候，應該提高其工藝裝備，使用比較先進設備和設施，并合理提高鐵塔在制造過程精度，減少鐵塔連接時螺孔之間間隙，從而保證腹桿能夠有效發(fā)揮抗彎能力。所以，可以使用鉆孔鉆模方法并進行精細加工，保證螺孔之間間隙，并采用鐵塔數(shù)控自動化生產(chǎn)設備。

[1]王進平.試論鐵塔腹桿的抗彎作用和制造精度[J].山西電力，2014（2）：65～68.

[2]楊驪先，孫炳楠，葉 尹.高壓輸電線路柔性腹桿鐵塔的計算分析[C].全國結構工程學術會議，2015：46～50.

[3]胡大柱.地震作用下輸電鐵塔破壞模式分析[D].沈陽建筑工程學院沈陽建筑大學，2004.

TM753

A

2095-2066（2016）35-0104-02

2016-12-2

葉德生（1982-），男，工程師，碩士研究生，主要從事鐵塔設計、放樣及制造等工作。