基于图解法的内悬浮外拉线抱杆组塔受力分析

电力建设ElectricPowerConstructionVol.32，No.2Feb，2011第32卷第2期2011年2月ABSTRACT:Forceanalysisisconductedontheinternal-suspendedandexternal-guyedrod-holdingtowererectionbyusingdiagrammaticsolutionmethodinordertofindouttheforcesrelationshipofanenclosedpolygonandtheirinteractions.Theforcesandtheirgenesisareanalyzedforvariousworkingconditionsforthiserectionmethod.Andtheconstructiontechnologydesignandcontrollingmeasuresfordavit-mountingareproposed,whichcanprovideareferencefortowererectiontechnologydesignandforpracticaldavit-mounting.KEYWORDS:internal-suspendedandexternal-guyedrod-holding；towererection；diagrammaticsolutionmethod；forceanalysis；controllingmethod；constructiontechnology摘要：采用图解法，对内悬浮外拉线抱杆分解组塔方法进行了受力分析，找出封闭多边形受力关系及各部受力间的相互影响，分析了各种工况下的受力大小及成因，提出了施工技术设计与吊装中的控制措施，可为铁塔组立施工技术设计及具体吊装实施提供参考。关键词：内悬浮外拉线抱杆；铁塔组立；图解法；受力分析；控制措施；施工技术doi：10.3969/j.issn.1000-7229.2011.02.0280引言我国交、直流特高压输变电示范工程相继建成并投入运行，电压等级的不断提高致使输电线路铁塔结构尺寸越来越大，铁塔根开、横担长度及铁塔质量都不断加大。因此，依据铁塔塔位的地形条件以及铁塔的结构型式，设计适宜的组塔施工方法尤为重要[1-10]。特高压输电线路工程铁塔组立大多数采用分解组塔法，其中内悬浮外拉线抱杆分解组塔法为各施工单位的主流施工方法。该施工方法应用广泛，所用工具少，工具运输量小，作业人员操作熟练，深受施工人员的喜爱。本文采用图解法，提出了内悬浮外拉线抱杆分解组塔的受力分析，可供施工技术设计及铁塔组立施工参考。1内悬浮外拉线抱杆分解组塔施工技术1.1现场布置内悬浮外拉线抱杆分解组塔法现场布置如图1所示。抱杆由4根承托绳支撑，悬浮在塔身内，其顶端靠4根外拉线控制抱杆倾斜角度，承托绳固定在塔身主材节点处。抱杆拉线地锚位于与铁塔基础中心线成45°夹角的延长线上。牵引装置及其地锚设置于与铁塔基础中心的距离不小于铁塔全高的0.5倍，且不小于40m。1.2画图比例的确定将抱杆长度折算成与铁塔单线图比例相应的长中图分类号：TM753文献标志码：A文章编号：1000-7229（2011）02-0119-04基于图解法的内悬浮外拉线抱杆组塔受力分析刘利平1，熊织明2，郭玉莹3（1.辽宁送变电工程公司，沈阳市，110021；2.国家电网公司交流建设分公司，北京市，100052；3.中国电力科学研究院，北京市，100192）DiagrammaticSolution-basedForceAnalysisonInternal-suspendedandExternal-guyedRod-holdingTowerErectionLIULiping1，XIONGZhiming2，GUOYuying3（1.LiaoningElectricTransmissionandTransformationCorporation，Shenyang110021，China；2.StateGridACEngineeringConstructionCompany，Beijing100052，China；3.ChinaElectricPowerResearchInstitute，Beijing100192，China）··119电力建设第32卷度，在铁塔单线图上采用图解法进行计算，即利用铁塔单线图的比例尺寸绘制受力的封闭多边形，以量取线段长度的方式计算出吊装各部分受力。1.3施工设计参数假定（1）抱杆拉线合力与地面水平夹角为60°。（2）控制绳与地面水平夹角为45°。2画图方法（1）确定抱杆根部坐点及抱杆倾斜角。根据铁塔结构尺寸，确定抱杆ob的倾斜角度δ及抱杆根部坐点b的位置，如图2所示。（2）确定吊装质量比例。吊件按质量折算为相应长度，在图上画出吊件质量的长度oa，即为吊重。（3）确定吊绳受力方向。依据铁塔吊装段的根开尺寸，确定吊件与塔身安装点间距离L，以o点画线通过k点，则吊绳od与吊件oa间夹角为吊绳偏角β。（4）控制绳方向的画法。以a点沿45°方向画线，交吊绳od于c点，则ac为控制绳受力，oc为吊绳受力。（5）确定磨绳受力及方向。根据吊绳受力的大小，依据起吊滑车组的型式计算出磨绳受力ce，以c点沿垂直方向或沿磨绳走向画出磨绳力ce。（6）抱杆拉线合力方向的画法。以e点沿60°方向画斜线与抱杆相交点f，则ef为抱杆拉线合力，of为抱杆所受的轴向压力。（7）承托绳受力。抱杆所受轴向压力和工具重力之和对承托绳的作用力称为总压力（工具重力包括抱杆自身重力及其上工具如外拉线、牵引系统、吊绳等的重力）。按比例将总压力折算为相应长度，在铁塔正面图中的抱杆上画出对承托绳作用力点h，以h点画平行线nb，交bm延长线于p点，则pb为一侧承托绳合力。再在铁塔侧面图中的抱杆上画出另一侧承托绳合力bg，等于pb长度，以g点画平行线kb，交bs延长线于j点，则jb线为单根承托绳受力，如图3所示。（8）由图2可知，各部受力是一个封闭多边形，of为抱杆所受轴向压力、oa为吊件重力、oc为吊绳受力、ac为控制绳受力、ce为磨绳受力、ef为抱杆拉线合力。每部位所受的力对其他部位都有一定影响，吊装过程受力是一个动态变化量，吊件就位工况下其受力最大，应以此工况下各部分受力来选择工具。3吊装受力分析本文主要分析静态工况下的受力，即在吊装质量、抱杆高度一定时，分析比较不同工况下的受力状态。3.1β对吊装受力的影响β不同时，吊装受力的变化如图4所示。由图4可知，β越大，各部分受力越大，即β1β2，则oc1oc2。3.2δ对吊装受力的影响δ不同时，吊装受力的变化如图5所示。由图5可知，δ越大，β越小，吊绳受力就越小，控制绳受力也越小，即δ2δ1，则o1c1o2c2、a2c2a1c1。3.3抱杆提升高度对吊装受力的影响抱杆露出的安装段高度不同时，对各部分受力的影响如图6所示。在抱杆倾斜角一定时，抱杆露出安装段越高，β越小，吊绳受力也越小。反之抱杆露出安装段越短，β越大，吊绳受力也越大。··1203.4控制绳受力对吊装受力的影响控制绳的作用是控制吊件与塔身间的距离，如图7所示。在图7所示工况下，L值越大，控制绳受力越大，则β越大，吊绳受力就越大。当抱杆倾斜至控制绳受力为0时，吊装受力最小。因此，抱杆倾斜要满足施工设计要求。3.5抱杆拉线对地夹角对抱杆受力的影响抱杆拉线沿基础或铁塔对角线方向延伸，抱杆升至最高工况下，抱杆拉线与地面的水平夹角不同，对抱杆压力有较大变化，如图8所示。当抱杆拉线对地水平夹角为45°工况（工况1）时，其抱杆压力为of1，抱杆拉线合力为ef1。抱杆拉线对地水平夹角为60°工况（工况2）时，其抱杆压力为of2，抱杆拉线合力为ef2。因此，of2of1，ef2ef1，即抱杆拉线对地水平夹角越大，抱杆压力也越大，抱杆拉线张力也越大。4减小受力的方法使β增大的塔型主要有双回路塔、干字型塔，特别是在特高压直流输电线路中，这2种铁塔更显突出，刘利平等：基于图解法的内悬浮外拉线抱杆组塔受力分析第2期··121电力建设第32卷主要表现在横担长而重且根开较大，横担重心距塔身较远，因此，吊绳的合力线通过重心造成吊绳偏角较大。建议采用如下方法进行控制：（1）尽可能地提高抱杆露出就位点高度，减少抱杆与吊绳间夹角。（2）抱杆应向吊件侧倾斜，由图2可知，当抱杆倾斜至控制绳不受力时，各部分受力最小。因此，抱杆倾斜角度要足够。（3）控制绳的受力要保证吊件与塔身的最小距离为0.5m，由于塔高，地面指挥者很难目视观测，在吊装过程中，塔上应设专人监控吊件与塔身距离，减少吊装受力。（4）特高压铁塔根开较大，吊件组装位置应尽量靠近塔身，减小吊绳偏角。（5）横担吊装与绑扎方式应尽可能地使吊件斜吊或立吊，减小吊绳偏角。（6）尽量减小抱杆拉线合力与水平面夹角，使抱杆受力减少。（7）控制绳受力是由人工控制，其力的大小与人工操作有关，指挥者应随时调整控制绳受力的大小，即调整吊件与塔身的距离。5结论（1）采用图解法进行受力分析与计算，施工设计更加直观，更加简洁明了，特别是使用计算机辅助设计（computeraideddesign，CAD）制图后更加方便，符合实际，能够对各部受力进行综合分析，并能调整各部受力大小，从整体进行控制，符合工程要求。（2）施工作业注意的问题直观，有利于安全施工，对施工技术交底和指导施工来说更简便。6参考文献[1]Q/GDW155—20061000kV架空送电线路铁塔组立施工工艺导则[S].北京：中国电力出版社，2006.[2]DL5009.2—2004电力建设安全工作规程（2）：架空电力线路[S].北京：中国电力出版社，2004.[3]Q/GDW155—20061000kV架空送电线路施工及验收规范[S].北京：中国电力出版社，2006.[4]屈少峰，李建，董树森，等.特高压线路顶部拉线抱杆分解组塔施工的仿真力学模型[J].电力建设，2008，29（12）：5-8.[5]吴昊亭.轻型落地式回转双平臂钢抱杆的特殊环境组塔施工应用[J].电力建设，2010，31（8）：32-37.[6]郑晓广，李君章.特高压线路铁塔几种组立施工方法[J].电力建设，2009，30（4）：39-43.[7]李庆林.特高压输电线路铁塔组立的方案选择[J].电力建设，2007，28（3）：29-33.[8]陈勇，万启发，谷莉莉，等.关于我国特高压导线和杆塔结构的探讨[J].高电压技术，2004，30（6）：38-41.[9]刘万东，郑晓广，李君章.特高压线路施工新技术的应用[J].电网技术，2009，33（10）：83-89.[10]伟敏.座地式四摇臂抱杆分解组塔施工工艺[J].电力建设，2008，29（1）：29-33.收稿日期：2010-09-15修回日期：2010-11-08作者简介：刘利平（1960），男，本科，高级工程师，主要从事输电线路施工技术及技术管理工作；熊织明（1966），男，本科，高级工程师，主要从事输变电建设管理和施工技术工作；郭玉莹（1969），男，本科，高级工程师，主要从事工程建设管理和施工机具研究工作，E-mail：[e-mail]。（编辑：蒋毅恒）··122