舟山与大陆联网工程m大跨越高塔结构设计浙江电力设计院电网.docVIP

舟山与大陆联网工程370m大跨越高塔结构设计 浙江省电力设计院电网部 叶尹 一，结构设计基本情况　　舟山与大陆联网输电线路工程，是浙江省的重点工程，其中螺头水道跨越部分是整个工程的核心。　　考虑到通道资源极其缺乏，为适应今后电力建设发展的需要，大跨越段按500kV设计。螺头水道主跨越段跨越档距为2756米，工程处在我省风载最大的地区，设计风速高达42米/秒，两基高塔分别座落在大猫岛和凉帽山上，其全高约370米，为目前国内乃至世界输电线路最高跨越铁塔。 图1 舟山与大陆联网输电线路断面图图2 螺头水道大跨越断面示意图 　　本工程在建设中具有如下一些特点相应的技术难点：　　1，跨越的螺头水道为国际航道，航运部门要求通航的净空高度为71.5米，加之跨越档距大，跨越塔高度高，江面设计风速大，铁塔的设计荷载非常大，设计初步的计算，跨越塔的主柱内力将超过9000吨。因此，如何合理规划跨越塔的结构形式，尽可能降低跨越塔的外荷载，是一个需要重点研究的内容。　　2，由于地理条件的唯一性，要容纳如此之大的跨越塔结构，海岛上的立塔面积就显得非常的局促，尤其对于大猫岛来讲，地形就显得更为窄小，在这样窄小的地形布置塔位，铁塔的根开受到一定限制，最终定在61.62米，其高宽比在6.1之内。当前所布置的塔位，是经现场反复推敲测量确定下来的，其方向或位置的前后有稍许的移动，就会严重地影响塔位的稳定。　　3，由于塔位距离大海很近，海岛的边缘陡峭、高差较大，施工拉线的设置非常困难。如果在岛上设拉线，对地夹角肯定不会理想，拉线的平衡作用就更小，这将大大地影响了施工吊装的能力。根据与施工单位的多次研究磋商，初步确定跨越塔构件的单件重量控制在13吨以内为宜。　　4，跨越塔均坐落在无人居住的小海岛上，岛上的地形十分狭小，海岛上立塔，材料的运输都必须通过船运来解决，可以利用的或需要建造的码头规模都比较小，对于船的驳岸、吊装能力将受到一定限制。另外，尽管在小岛上修筑了施工道路，但将基础材料和铁塔构件运送到山上塔位仍然是十分困难的。因此，在这种情况下，对每个运输单件，主要是跨越塔的单个构件的重量控制在一定范围内是很有必要的。　　对于这样一个规模庞大的跨越塔设计，有许多技术上的问题需要研究，我们在设计过程中进行了如跨越塔的风洞试验、钢管混凝土构件的试验研究等多项科技项目工作。二，钢管混凝土构件应用　　1，跨越塔主材采用纯钢管构件将会遇到的问题　　1）钢管径厚比控制的限制　　由于跨越塔主柱构件的内力太大，为了避免由于长细比大造成稳定验算时的不利情况，钢管的直径势必不能太小。初步计算对于受力最大的主柱钢管，其外径需要2200mm。直径如此之大的钢管构件，对设计人员来讲，其局部屈曲是一个十分棘手的问题。　　我国《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）第10.1.2条规定：圆钢管的外径与壁厚之比不应超过100 (235/fy)。如果钢管的材料采用Q345钢材，则其径厚比约为68，此时钢板的厚度应大于32mm。我国《钢结构设计规范》对径厚比的要求是一个相对比较低的要求，对这样一个重要的结构，应当采用更高的标准来对待。　　《欧洲钢结构设计规范》（Eurocode 3）表5.3.1 (page 77) 中对钢管径厚比的要求是这样规定的：　　（1）第一等级的钢管结构，其允许径厚比为50(235/fy)，所谓第一等级的钢管结构，就是钢管截面可以出现塑性铰的情况，这里指的是受力较大的节点附近的钢管；　　（2）第二等级的钢管结构，其允许径厚比为70(235/fy)，所谓第二等级的钢管结构，就是钢管截面可以承受部分塑性的发展，但需限制其转动；　　（3）第三等级的钢管结构，其允许径厚比为90(235/fy)，所谓第三等级的钢管结构，就是钢管截面的应力分布是在弹性范围内，其边缘纤维可达到屈服，但局部屈曲能够防止塑性抵抗矩的发展；　　由于本跨越塔结构，其主柱构件的刚度相对横撑和腹杆的刚度要大得多，部分主柱构件的节间长度与其直径之比甚至不能满足大于12的要求，若将其仍看作桁架单元参与分析，其结果与实际情况会有较大的出入。因此，对本跨越塔结构，我们将采用柱、杆单元相结合的方法进行节点校核。这样，就与以往全桁架结构的分析情况有所不同，柱的内力除了轴向力外，还会出现柱端次弯矩。在这种情况下，对于本塔的主柱结构，若将其考虑为第三等级似为有些冒进。综合上述考虑，我们认为主柱允许径厚比为80(235/fy)是合适的。因此，仅从局部稳定的要求考虑，对于Q345钢材，这个数值为54.5，此时钢板的厚度应大于40mm；而对于Q420钢材，这个数值为44.8，此时钢板的厚度接近50mm。强度设计值对于厚钢板不利，经计算，主柱轴压力达90000kN，对于外径为的钢管2200mm