◎黃德

輸電線路鐵塔螺栓無扣長(zhǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

◎黃德

輸電線路鐵塔的施工圖設(shè)計(jì)將采用螺栓無扣長(zhǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，采用了單一的控制條件，選擇螺栓規(guī)格極為方便準(zhǔn)確，解決了長(zhǎng)期困擾線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員選擇鐵塔螺栓規(guī)格的難題，從源頭上保證了鐵塔螺栓螺紋不進(jìn)入剪切面，為鐵塔的安全可靠提供了保障。據(jù)此方法可明顯提高設(shè)計(jì)效率，最主要的是幾乎可完全避免螺栓選用上的差錯(cuò)。對(duì)于本工程所使用所有鐵塔施工圖進(jìn)行螺栓無扣長(zhǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)以后，能夠確保螺紋不進(jìn)入剪切面，從而進(jìn)一步保證了鐵塔的安全運(yùn)行。

110kV及以上輸電線路鐵塔是輸電線路工程體系的重要組成部分，它的造價(jià)、工期和勞動(dòng)消耗量在整個(gè)線路工程中占很大比重，其可靠性能直接決定了運(yùn)行線路的可靠度水平。為解決螺紋進(jìn)入剪切面的問題，擬對(duì)鐵塔用螺栓無扣長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化，由于采用了單一的控制條件，選擇螺栓規(guī)格極為方便準(zhǔn)確，解決了長(zhǎng)期困擾線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員選擇鐵塔螺栓規(guī)格的難題，從源頭上保證了鐵塔螺栓螺紋不進(jìn)入剪切面，為鐵塔的安全可靠提供了保障。據(jù)此方法可明顯提高設(shè)計(jì)效率，最主要的是幾乎可完全避免螺栓選用上的差錯(cuò)，對(duì)保證線路的長(zhǎng)期安全運(yùn)行具有指導(dǎo)意義。

鐵塔螺栓選擇設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

設(shè)計(jì)單位鐵塔設(shè)計(jì)流程一般為：電氣專業(yè)規(guī)劃鐵塔使用條件，提供間隙圓圖及桿塔使用外負(fù)荷；結(jié)構(gòu)專業(yè)建模計(jì)算，優(yōu)化根開及布材形式，確定桿件規(guī)格及螺栓數(shù)量，繪制司令圖；鐵塔施工圖繪制放樣。

設(shè)計(jì)單位目前按《輸電線路鐵塔制圖和構(gòu)造規(guī)定》(DL/T 5442-2010)確定螺栓規(guī)格。據(jù)該規(guī)定，各規(guī)格螺栓有各自的無扣長(zhǎng)和通過厚度。要避免螺紋進(jìn)入剪切面，設(shè)計(jì)制圖人員在選定螺栓規(guī)格時(shí)，除必須考慮通過厚度外，還必須考慮每種螺栓無扣長(zhǎng)及其具體的穿入方向，這給設(shè)計(jì)制圖人員增加了很大的工作量。由于這項(xiàng)工作枯燥而繁瑣，出現(xiàn)差錯(cuò)的概率很高。而目前國(guó)內(nèi)一般制圖軟件也只根據(jù)通過厚度一項(xiàng)指標(biāo)確定螺栓長(zhǎng)度，這樣實(shí)際上鐵塔結(jié)構(gòu)圖中就存在較多的安全隱患。

鐵塔螺栓選擇優(yōu)化方法

按照目前送電線路鐵塔采用的角鋼及鋼板，選用M16螺栓時(shí)最小受力角鋼一般為L(zhǎng)40×4，相應(yīng)最小鋼板厚度為5mm，故理論上將M16螺栓的無扣長(zhǎng)定為其最大通過厚度減去3mm則避免了螺紋進(jìn)入剪切面的情況。同樣，選用M20螺栓時(shí)最小受力角鋼為L(zhǎng)63×5，相應(yīng)最小鋼板厚仍為5mm，故理論上將M20螺栓的無扣長(zhǎng)定為其最大通過厚度減去4mm則避免了螺紋進(jìn)入剪切面的情況。最后，選用M24螺栓時(shí)最小受力角鋼為L(zhǎng)140×10，鋼板厚度不會(huì)小于10mm，故理論上將M24螺栓的無扣長(zhǎng)定為其最大通過厚度減去9mm則避免了螺栓進(jìn)入剪切面的情況。

優(yōu)化后墊圈增加數(shù)量的確定

由于無扣長(zhǎng)的加大，勢(shì)必增加螺母?jìng)?cè)墊圈的用量。假定每種螺栓的每一種通過厚度在送電線路鐵塔上均勻分布，則每種螺栓需要安裝的墊圈數(shù)量(即為表中理論墊圈數(shù)量)為：

優(yōu)化后螺栓相關(guān)數(shù)據(jù)

由此表計(jì)算結(jié)果可知，總體來說按鐵塔全部M16螺栓數(shù)量1:1.2、全部M20螺栓數(shù)量1:0.9、全部M24螺栓數(shù)量1:0.1備好相應(yīng)的墊圈是可滿足安裝要求的?？紤]到更大加工誤差的可能性，實(shí)際應(yīng)用中可適當(dāng)增加。而當(dāng)設(shè)計(jì)者指定采用4mm厚墊圈時(shí)，墊圈用量則會(huì)顯著減少。

優(yōu)化螺栓無扣長(zhǎng)后的突出優(yōu)勢(shì)

（1）設(shè)計(jì)人員、安裝人員不需考慮無扣長(zhǎng)及穿入方向，只須根據(jù)通過厚度一項(xiàng)即可確定螺栓長(zhǎng)度，大大提高了設(shè)計(jì)制圖的效率，安裝時(shí)不易產(chǎn)生差錯(cuò)，鐵塔的安全容易保證，螺栓驗(yàn)收也更能起到作用。

（2）采用優(yōu)化后的螺栓同樣適用于套用的鐵塔圖紙。因?yàn)橥ㄟ^厚度沒有改變，原圖中螺栓標(biāo)注、規(guī)格等項(xiàng)目均不需修改，只需對(duì)螺栓加工要求一項(xiàng)進(jìn)行修改即可，這樣就會(huì)使原圖中可能存在的一些螺紋進(jìn)入剪切面的螺栓得到糾正。

優(yōu)化螺栓無扣長(zhǎng)后的缺點(diǎn)

相比螺栓無扣長(zhǎng)優(yōu)化前，需要增加較多墊圈，由此使得鐵塔輔助構(gòu)件的材料量有所增加，對(duì)于M16、M20螺栓多數(shù)情況下如不加裝墊圈則螺栓無法擰緊，但是通過優(yōu)化墊圈厚度等措施在一定程度也可以簡(jiǎn)化安裝工作量。

螺栓無扣長(zhǎng)優(yōu)化后，設(shè)計(jì)人員選擇規(guī)格更方便準(zhǔn)確，不受穿入方向的影響；安裝時(shí)一般需要增加墊圈，但選擇規(guī)格不易出錯(cuò)。增加的墊圈數(shù)量雖然大，費(fèi)用卻不多，基本上避免了設(shè)計(jì)、安裝環(huán)節(jié)在螺栓選用時(shí)的差錯(cuò)，鐵塔的安全運(yùn)行更易得到保障。對(duì)于本工程所設(shè)計(jì)的鐵塔施工圖進(jìn)行螺栓無扣長(zhǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)以后，能夠確保螺紋不進(jìn)入剪切面，從而進(jìn)一步保證了鐵塔的安全運(yùn)行。

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