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冷彎型鋼在輸電鐵塔上的應(yīng)用分析
日期：2025-05-11 14:05
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摘要：
冷彎型鋼在輸電鐵塔上的應(yīng)用分析
我國(guó)每年要新建110kV級(jí)以上的輸電線(xiàn)路約17000公里，每年建設(shè)輸電鐵塔要耗用鋼材約45萬(wàn)噸。隨著我國(guó)電力業(yè)的快速發(fā)展，大容量、長(zhǎng)距離、高電壓的輸電線(xiàn)路越來(lái)越多，桿塔的荷載越來(lái)越大。
同時(shí)由于我國(guó)土地資源緊缺以及環(huán)保要求提高，使得線(xiàn)路走廊、拆遷問(wèn)題日趨嚴(yán)重，為縮小線(xiàn)路走廊、減少拆遷量和占地和基礎(chǔ)土方開(kāi)挖，多回路同塔并架和大坡度的鐵塔將越來(lái)越多地被采用。隨著桿塔規(guī)模同大型化發(fā)展，組成鐵塔型材的規(guī)格也越來(lái)越大，使得目前常用的低強(qiáng)度熱軋角鋼已難以滿(mǎn)足使用要求，尋求新形式、新品種的型鋼材料已成為必然。
隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，我國(guó)高強(qiáng)度級(jí)別鋼材和其他形式的型鋼產(chǎn)品越來(lái)越多地涌現(xiàn)。冷彎薄壁型鋼以其重量輕、強(qiáng)度高、材料利用率高以及施工方便等優(yōu)點(diǎn)，已被建筑、交通、市政、工業(yè)和民用用品等行業(yè)廣泛使用。本文對(duì)輸電鐵塔中使用高強(qiáng)冷彎薄壁型鋼的可行性進(jìn)行了一些探討，希望以此來(lái)推動(dòng)冷彎薄壁型鋼產(chǎn)品在電力行業(yè)的使用。
輸電線(xiàn)路鐵塔的發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)輸電線(xiàn)路鐵塔目前用材主要以熱軋角鋼型材為主，輔以少量鋼管，鋼材的品種以Q235和Q345兩種為主，鐵塔采用熱鍍鋅防腐，使用年限約為50年。隨著鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展，鐵塔使用的鋼材在材質(zhì)和類(lèi)型上也有了一定的改進(jìn)。具體表現(xiàn)為：高強(qiáng)度鋼材的使用。我國(guó)輸電鐵塔結(jié)構(gòu)所用鋼材，與園外先進(jìn)國(guó)家相比，品種單一、強(qiáng)度值偏低、可選擇余地小。當(dāng)桿塔荷載較大時(shí)，只能采用組合截面來(lái)彌補(bǔ)材料強(qiáng)度低的不足，增大了設(shè)計(jì)、加工的工作量和投資。美國(guó)《輸電鐵塔設(shè)計(jì)導(dǎo)則》**推薦了10種材料標(biāo)準(zhǔn)供設(shè)計(jì)者選用，其高強(qiáng)鋼材的屈服強(qiáng)度達(dá)到448MPa。俄羅斯的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中所列鋼材的強(qiáng)度等級(jí)已達(dá)到578Mpa。近年來(lái)，隨著我國(guó)冶金工業(yè)的不斷發(fā)展，高強(qiáng)度鋼材的生產(chǎn)已經(jīng)不再是難事，我國(guó)的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼的質(zhì)量提高較快且日漸穩(wěn)定，供貨渠道日趨通暢，為輸電線(xiàn)路桿塔中采用高強(qiáng)度鋼材提供了可能。在75OkV輸電線(xiàn)路的前期科研項(xiàng)目中，國(guó)家電力公司電力建設(shè)研究所已經(jīng)對(duì)高強(qiáng)鋼使用將要遇到的節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造、構(gòu)件設(shè)計(jì)參數(shù)取值、配套螺栓以及經(jīng)濟(jì)效益情況進(jìn)行了研究：認(rèn)為目前從技術(shù)和使用上，高強(qiáng)鋼已完全具備了在鐵塔中使用的條件，并且高強(qiáng)鋼的使用可降低鐵塔重量10%-20%。但目前高強(qiáng)鋼大量使用的*大障礙是型鋼材料的供應(yīng)。鐵塔需要的型鋼品種多，各規(guī)格成批的需求量不大，同時(shí)高強(qiáng)型鋼成形難、軋模成本高、軋輥調(diào)整困難，使鋼廠(chǎng)生產(chǎn)高強(qiáng)型鋼的積極性不高，供貨難以保證。鋼管塔的使用。上世紀(jì)80年代，國(guó)際上許多國(guó)家在開(kāi)發(fā)特高壓輸電線(xiàn)路時(shí)，開(kāi)始將鋼管型材應(yīng)用到了鐵塔結(jié)構(gòu)中，出現(xiàn)了以鋼管為塔體主材的鋼管塔。在日本，10OOkV的超高壓線(xiàn)路及高塔中幾乎全部使用了鋼管塔，他們對(duì)于鋼管桿的設(shè)計(jì)技術(shù)研究非常透徹。借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)在5OOkV雙回路鐵塔和同塔四回鐵塔中也已使用鋼管型材，體現(xiàn)出了其良好性能和效益。其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：一是可以減小塔身風(fēng)壓(構(gòu)件體形系數(shù)，圓管比角鋼幾乎小一倍)；二是在截面面積相等的情況下，圓管的回轉(zhuǎn)半徑比角鋼大20%左右；三是提高了結(jié)構(gòu)承載能力，一般來(lái)講，鋼管塔比角鋼塔用量降低10%-20%；同時(shí)還可減少桿件數(shù)量，縮短建塔周期，易于結(jié)構(gòu)多樣化。但鋼管的使用也存在鋼管型材規(guī)格品種有限、外面質(zhì)量不好、價(jià)格高等缺點(diǎn)，同時(shí)鋼管間連接的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，加工生產(chǎn)效率低。
冷彎薄壁型鋼的使用。冷彎薄壁型鋼的使用在國(guó)外已有幾十年的歷史。據(jù)了解，在輸電鐵塔中已應(yīng)用冷彎薄壁型鋼的國(guó)家有意大利、美國(guó)、加拿大、英國(guó)、原蘇聯(lián)、墨西哥等。據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)，采用冷彎薄壁型鋼比傳統(tǒng)熱軋角鋼可節(jié)省鋼材10%-18%。美國(guó)《輸電鐵塔設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中有針對(duì)等肢卷邊角鋼和除角鋼外其他型鋼的承載力計(jì)算的描述，這說(shuō)明美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)早已注意到冷彎型鋼的構(gòu)件在鐵塔上的應(yīng)用。但在國(guó)內(nèi)，冷彎薄壁型鋼在輸電鐵塔中的使用仍是空白。隨著桿塔結(jié)構(gòu)的大型化發(fā)展，組成鐵塔的型材規(guī)格也越來(lái)越大，使得目前常用的低強(qiáng)度熱軋型鋼已難以滿(mǎn)足使用要求，且熱軋型鋼規(guī)格有限，貨源不充足。雖然通過(guò)采用組合截面和節(jié)點(diǎn)特殊處理可部分彌補(bǔ)型材的不足，但使得設(shè)計(jì)、加工的工作量和投資增大了許多，也使荷載傳遞方式復(fù)雜化，增加了不**隱患。因此，在我國(guó)探求一種適合輸電鐵塔的新型鋼形式已顯得十分必要。
高強(qiáng)冷彎型鋼的優(yōu)勢(shì)
近年來(lái)，隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，冷彎薄壁型鋼等經(jīng)濟(jì)型材發(fā)展很快，與傳統(tǒng)軋制型材相比，冷彎薄壁型鋼具有斷面材料分布合理、回轉(zhuǎn)半徑大、抗彎和抗扭性能好等特點(diǎn)。它不是像熱軋型鋼以增加材料面積來(lái)提高其承載力，而是通過(guò)變化型鋼斷面形狀達(dá)到提高承載力和節(jié)約鋼材的目的.經(jīng)濟(jì)的截面特性。鐵塔中腹桿的工作狀態(tài)大多是大長(zhǎng)細(xì)比的壓桿失穩(wěn)，采用角鋼等型材，截面特性無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)，且可選擇的規(guī)格有限。冷彎型鋼可根據(jù)構(gòu)件受力特點(diǎn)選擇合適截面形式，充分發(fā)揮其截面界面特性，使其更經(jīng)濟(jì)合理.隨意的產(chǎn)品規(guī)格。一座10噸重的常規(guī)鐵塔，要用到不同規(guī)格的角鋼多達(dá)25種，要保證同時(shí)采購(gòu)到規(guī)格品種如此眾多、批量不大的型材難度可想而知。因此，鐵塔加工經(jīng)常出現(xiàn)塔材規(guī)格以大替小的代料，在鐵塔加工企業(yè)中因塔材代料造成5%的浪費(fèi)是很正常的，多的可達(dá)10%。而冷彎薄壁型鋼的生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，一套冷軋機(jī)可生產(chǎn)多種規(guī)格的型鋼，生產(chǎn)的批量、規(guī)格不受限制，這就為鐵塔用材的供貨來(lái)源提供了有力的保障?？勺兊漠a(chǎn)品定尺。一座10噸重的鐵塔通常由近2000根構(gòu)件組成，鐵塔各構(gòu)件的長(zhǎng)短不一。當(dāng)前熱軋型鋼都是定尺產(chǎn)品，因此使用熱軋型鋼進(jìn)行塔材下料時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)材料余頭，這種由于材料定尺造成的材料損耗多達(dá)5%。而冷彎鋼產(chǎn)品可按用戶(hù)需要提供各種尺寸的型鋼，成材率高(達(dá)99%)，下腳余料少，可有效減少鐵塔加工中的材料損耗。多樣的形狀。冷彎薄壁型鋼截面形狀的多樣性，可以避免采用90度角鋼只能將鐵塔設(shè)計(jì)成方形或矩形以及塔身變坡引起連接構(gòu)件不共面的弊病，它為設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)新型、合理鐵塔開(kāi)創(chuàng)了靈活條件。如可建立三立柱鐵塔，鐵塔腹桿體系也可進(jìn)行優(yōu)化，可設(shè)計(jì)出更合理的鐵塔腹桿布置，這為設(shè)計(jì)各種新型鐵塔體系，進(jìn)一步減輕鐵塔重量、節(jié)約材料、減少構(gòu)件數(shù)開(kāi)創(chuàng)了新途徑。
高強(qiáng)度的型材。對(duì)于鐵塔采用的高強(qiáng)度材料型鋼，若采用冷彎型鋼產(chǎn)品，可有效避免熱軋型鋼供貨批量限制和軋制工藝?yán)щy等缺陷。防腐問(wèn)題。由于輸電線(xiàn)路長(zhǎng)期在野外運(yùn)行，為保證鐵塔**，輸電鐵塔通常采用熱鍍鋅防腐。冷彎薄壁型鋼由于截面形狀多變、型鋼壁薄不太適宜熱鍍鋅。目前，一些先進(jìn)的防腐技術(shù)和工藝在不斷地出現(xiàn)，如采用耐候材料和新鍍層工藝，為冷彎薄璧型鋼的防腐提供了良好的解決措施。
高強(qiáng)耐候鋼的生產(chǎn)工藝已經(jīng)日趨成熟，已廣泛用于鐵路系統(tǒng)。在輸電鐵塔上采用高強(qiáng)耐候冷彎型鋼材料，與制造鐵塔的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式相比，雖材質(zhì)的一次性投資略高，但由于去掉了防腐工序，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，經(jīng)粗步測(cè)算，每噸成本可下降20%左右。
在上世紀(jì)80年代末期，有關(guān)科研單位就開(kāi)始著手冷彎薄壁型鋼用于輸電鐵塔的可行性研究，但由于當(dāng)時(shí)冷彎型鋼的價(jià)格較高和技術(shù)手段不夠完善，加上早期的鐵塔規(guī)模都較小，已有的熱軋型鋼完全就可滿(mǎn)足使用要求，項(xiàng)目未能立項(xiàng)。近年來(lái)。隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，冷彎薄壁型鋼等經(jīng)濟(jì)型材發(fā)展很快，這些經(jīng)濟(jì)型材用量在逐年增加，加工成本在降低，加上其自身截面的優(yōu)良性能，經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。這為冷彎薄壁型鋼在輸電鐵塔上的應(yīng)用提供了可能性。
使用冷彎薄壁型鋼可有效地節(jié)約資源和能源。在輸電鐵塔上推廣使用高強(qiáng)耐候冷彎型鋼，不僅可減少鐵塔耗鋼，還能降低加工成本，避免環(huán)境污染。是一項(xiàng)有顯著經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保意義的工作，所以應(yīng)及時(shí)開(kāi)展高強(qiáng)冷彎型鋼，尤其是高強(qiáng)耐候冷彎薄壁型鋼在輸電鐵塔上的應(yīng)用研究。
在輸電鐵塔中采用冷彎薄壁型鋼應(yīng)加強(qiáng)研究
隨著冷彎薄壁型鋼在工業(yè)、民用建筑結(jié)構(gòu)上的用途增加。設(shè)計(jì)理論日趨完善。目前，我國(guó)實(shí)施的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》、上海市頒布的《輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)頒布的《門(mén)式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，都為冷彎薄壁型鋼的應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。
目前，我國(guó)冷彎薄壁型鋼在輸電鐵塔尚未應(yīng)用，更沒(méi)有相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定。鐵塔結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型是空間桁架結(jié)構(gòu)，構(gòu)件的設(shè)計(jì)是按拉桿和壓桿穩(wěn)定計(jì)算，構(gòu)件的邊界條件情況對(duì)構(gòu)件承載能力產(chǎn)生很大影響，同時(shí)線(xiàn)路施工現(xiàn)場(chǎng)決定鐵塔組裝不能使用大型機(jī)械，應(yīng)采用易于現(xiàn)場(chǎng)施工的連接方式。輸電鐵塔受力和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的特殊性決定了不可照搬輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，要想使冷彎薄壁型鋼在輸電鐵塔中廣泛使用，還需要在以下幾方面進(jìn)行一些理論分析和試驗(yàn)研究工作：
1.確定輸電鐵塔上冷彎薄壁型鋼構(gòu)件承載力的計(jì)算方法和參數(shù)取值，包括在特定邊界約束條件下受壓構(gòu)件穩(wěn)定曲線(xiàn)的選取和使用、偏心構(gòu)件承載力的計(jì)算方法、構(gòu)件連接處強(qiáng)度和穩(wěn)定的計(jì)算方法、風(fēng)荷載在構(gòu)件產(chǎn)生的荷載和振動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算取值。2.冷彎薄壁型鋼塔形體系機(jī)構(gòu)件斷面優(yōu)化分析。3.確定合理的連接構(gòu)造形式和桿件支撐形式。4.較大厚度冷彎型鋼的成形工藝。5.冷彎型鋼的防腐問(wèn)題。6.高強(qiáng)耐候冷彎型鋼的力學(xué)性能和耐腐蝕指標(biāo)。
同時(shí)由于我國(guó)土地資源緊缺以及環(huán)保要求提高，使得線(xiàn)路走廊、拆遷問(wèn)題日趨嚴(yán)重，為縮小線(xiàn)路走廊、減少拆遷量和占地和基礎(chǔ)土方開(kāi)挖，多回路同塔并架和大坡度的鐵塔將越來(lái)越多地被采用。隨著桿塔規(guī)模同大型化發(fā)展，組成鐵塔型材的規(guī)格也越來(lái)越大，使得目前常用的低強(qiáng)度熱軋角鋼已難以滿(mǎn)足使用要求，尋求新形式、新品種的型鋼材料已成為必然。
隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，我國(guó)高強(qiáng)度級(jí)別鋼材和其他形式的型鋼產(chǎn)品越來(lái)越多地涌現(xiàn)。冷彎薄壁型鋼以其重量輕、強(qiáng)度高、材料利用率高以及施工方便等優(yōu)點(diǎn)，已被建筑、交通、市政、工業(yè)和民用用品等行業(yè)廣泛使用。本文對(duì)輸電鐵塔中使用高強(qiáng)冷彎薄壁型鋼的可行性進(jìn)行了一些探討，希望以此來(lái)推動(dòng)冷彎薄壁型鋼產(chǎn)品在電力行業(yè)的使用。
輸電線(xiàn)路鐵塔的發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)輸電線(xiàn)路鐵塔目前用材主要以熱軋角鋼型材為主，輔以少量鋼管，鋼材的品種以Q235和Q345兩種為主，鐵塔采用熱鍍鋅防腐，使用年限約為50年。隨著鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展，鐵塔使用的鋼材在材質(zhì)和類(lèi)型上也有了一定的改進(jìn)。具體表現(xiàn)為：高強(qiáng)度鋼材的使用。我國(guó)輸電鐵塔結(jié)構(gòu)所用鋼材，與園外先進(jìn)國(guó)家相比，品種單一、強(qiáng)度值偏低、可選擇余地小。當(dāng)桿塔荷載較大時(shí)，只能采用組合截面來(lái)彌補(bǔ)材料強(qiáng)度低的不足，增大了設(shè)計(jì)、加工的工作量和投資。美國(guó)《輸電鐵塔設(shè)計(jì)導(dǎo)則》**推薦了10種材料標(biāo)準(zhǔn)供設(shè)計(jì)者選用，其高強(qiáng)鋼材的屈服強(qiáng)度達(dá)到448MPa。俄羅斯的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中所列鋼材的強(qiáng)度等級(jí)已達(dá)到578Mpa。近年來(lái)，隨著我國(guó)冶金工業(yè)的不斷發(fā)展，高強(qiáng)度鋼材的生產(chǎn)已經(jīng)不再是難事，我國(guó)的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼的質(zhì)量提高較快且日漸穩(wěn)定，供貨渠道日趨通暢，為輸電線(xiàn)路桿塔中采用高強(qiáng)度鋼材提供了可能。在75OkV輸電線(xiàn)路的前期科研項(xiàng)目中，國(guó)家電力公司電力建設(shè)研究所已經(jīng)對(duì)高強(qiáng)鋼使用將要遇到的節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造、構(gòu)件設(shè)計(jì)參數(shù)取值、配套螺栓以及經(jīng)濟(jì)效益情況進(jìn)行了研究：認(rèn)為目前從技術(shù)和使用上，高強(qiáng)鋼已完全具備了在鐵塔中使用的條件，并且高強(qiáng)鋼的使用可降低鐵塔重量10%-20%。但目前高強(qiáng)鋼大量使用的*大障礙是型鋼材料的供應(yīng)。鐵塔需要的型鋼品種多，各規(guī)格成批的需求量不大，同時(shí)高強(qiáng)型鋼成形難、軋模成本高、軋輥調(diào)整困難，使鋼廠(chǎng)生產(chǎn)高強(qiáng)型鋼的積極性不高，供貨難以保證。鋼管塔的使用。上世紀(jì)80年代，國(guó)際上許多國(guó)家在開(kāi)發(fā)特高壓輸電線(xiàn)路時(shí)，開(kāi)始將鋼管型材應(yīng)用到了鐵塔結(jié)構(gòu)中，出現(xiàn)了以鋼管為塔體主材的鋼管塔。在日本，10OOkV的超高壓線(xiàn)路及高塔中幾乎全部使用了鋼管塔，他們對(duì)于鋼管桿的設(shè)計(jì)技術(shù)研究非常透徹。借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)在5OOkV雙回路鐵塔和同塔四回鐵塔中也已使用鋼管型材，體現(xiàn)出了其良好性能和效益。其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：一是可以減小塔身風(fēng)壓(構(gòu)件體形系數(shù)，圓管比角鋼幾乎小一倍)；二是在截面面積相等的情況下，圓管的回轉(zhuǎn)半徑比角鋼大20%左右；三是提高了結(jié)構(gòu)承載能力，一般來(lái)講，鋼管塔比角鋼塔用量降低10%-20%；同時(shí)還可減少桿件數(shù)量，縮短建塔周期，易于結(jié)構(gòu)多樣化。但鋼管的使用也存在鋼管型材規(guī)格品種有限、外面質(zhì)量不好、價(jià)格高等缺點(diǎn)，同時(shí)鋼管間連接的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，加工生產(chǎn)效率低。
冷彎薄壁型鋼的使用。冷彎薄壁型鋼的使用在國(guó)外已有幾十年的歷史。據(jù)了解，在輸電鐵塔中已應(yīng)用冷彎薄壁型鋼的國(guó)家有意大利、美國(guó)、加拿大、英國(guó)、原蘇聯(lián)、墨西哥等。據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)，采用冷彎薄壁型鋼比傳統(tǒng)熱軋角鋼可節(jié)省鋼材10%-18%。美國(guó)《輸電鐵塔設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中有針對(duì)等肢卷邊角鋼和除角鋼外其他型鋼的承載力計(jì)算的描述，這說(shuō)明美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)早已注意到冷彎型鋼的構(gòu)件在鐵塔上的應(yīng)用。但在國(guó)內(nèi)，冷彎薄壁型鋼在輸電鐵塔中的使用仍是空白。隨著桿塔結(jié)構(gòu)的大型化發(fā)展，組成鐵塔的型材規(guī)格也越來(lái)越大，使得目前常用的低強(qiáng)度熱軋型鋼已難以滿(mǎn)足使用要求，且熱軋型鋼規(guī)格有限，貨源不充足。雖然通過(guò)采用組合截面和節(jié)點(diǎn)特殊處理可部分彌補(bǔ)型材的不足，但使得設(shè)計(jì)、加工的工作量和投資增大了許多，也使荷載傳遞方式復(fù)雜化，增加了不**隱患。因此，在我國(guó)探求一種適合輸電鐵塔的新型鋼形式已顯得十分必要。
高強(qiáng)冷彎型鋼的優(yōu)勢(shì)
近年來(lái)，隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，冷彎薄壁型鋼等經(jīng)濟(jì)型材發(fā)展很快，與傳統(tǒng)軋制型材相比，冷彎薄壁型鋼具有斷面材料分布合理、回轉(zhuǎn)半徑大、抗彎和抗扭性能好等特點(diǎn)。它不是像熱軋型鋼以增加材料面積來(lái)提高其承載力，而是通過(guò)變化型鋼斷面形狀達(dá)到提高承載力和節(jié)約鋼材的目的.經(jīng)濟(jì)的截面特性。鐵塔中腹桿的工作狀態(tài)大多是大長(zhǎng)細(xì)比的壓桿失穩(wěn)，采用角鋼等型材，截面特性無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)，且可選擇的規(guī)格有限。冷彎型鋼可根據(jù)構(gòu)件受力特點(diǎn)選擇合適截面形式，充分發(fā)揮其截面界面特性，使其更經(jīng)濟(jì)合理.隨意的產(chǎn)品規(guī)格。一座10噸重的常規(guī)鐵塔，要用到不同規(guī)格的角鋼多達(dá)25種，要保證同時(shí)采購(gòu)到規(guī)格品種如此眾多、批量不大的型材難度可想而知。因此，鐵塔加工經(jīng)常出現(xiàn)塔材規(guī)格以大替小的代料，在鐵塔加工企業(yè)中因塔材代料造成5%的浪費(fèi)是很正常的，多的可達(dá)10%。而冷彎薄壁型鋼的生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，一套冷軋機(jī)可生產(chǎn)多種規(guī)格的型鋼，生產(chǎn)的批量、規(guī)格不受限制，這就為鐵塔用材的供貨來(lái)源提供了有力的保障?？勺兊漠a(chǎn)品定尺。一座10噸重的鐵塔通常由近2000根構(gòu)件組成，鐵塔各構(gòu)件的長(zhǎng)短不一。當(dāng)前熱軋型鋼都是定尺產(chǎn)品，因此使用熱軋型鋼進(jìn)行塔材下料時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)材料余頭，這種由于材料定尺造成的材料損耗多達(dá)5%。而冷彎鋼產(chǎn)品可按用戶(hù)需要提供各種尺寸的型鋼，成材率高(達(dá)99%)，下腳余料少，可有效減少鐵塔加工中的材料損耗。多樣的形狀。冷彎薄壁型鋼截面形狀的多樣性，可以避免采用90度角鋼只能將鐵塔設(shè)計(jì)成方形或矩形以及塔身變坡引起連接構(gòu)件不共面的弊病，它為設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)新型、合理鐵塔開(kāi)創(chuàng)了靈活條件。如可建立三立柱鐵塔，鐵塔腹桿體系也可進(jìn)行優(yōu)化，可設(shè)計(jì)出更合理的鐵塔腹桿布置，這為設(shè)計(jì)各種新型鐵塔體系，進(jìn)一步減輕鐵塔重量、節(jié)約材料、減少構(gòu)件數(shù)開(kāi)創(chuàng)了新途徑。
高強(qiáng)度的型材。對(duì)于鐵塔采用的高強(qiáng)度材料型鋼，若采用冷彎型鋼產(chǎn)品，可有效避免熱軋型鋼供貨批量限制和軋制工藝?yán)щy等缺陷。防腐問(wèn)題。由于輸電線(xiàn)路長(zhǎng)期在野外運(yùn)行，為保證鐵塔**，輸電鐵塔通常采用熱鍍鋅防腐。冷彎薄壁型鋼由于截面形狀多變、型鋼壁薄不太適宜熱鍍鋅。目前，一些先進(jìn)的防腐技術(shù)和工藝在不斷地出現(xiàn)，如采用耐候材料和新鍍層工藝，為冷彎薄璧型鋼的防腐提供了良好的解決措施。
高強(qiáng)耐候鋼的生產(chǎn)工藝已經(jīng)日趨成熟，已廣泛用于鐵路系統(tǒng)。在輸電鐵塔上采用高強(qiáng)耐候冷彎型鋼材料，與制造鐵塔的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式相比，雖材質(zhì)的一次性投資略高，但由于去掉了防腐工序，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，經(jīng)粗步測(cè)算，每噸成本可下降20%左右。
在上世紀(jì)80年代末期，有關(guān)科研單位就開(kāi)始著手冷彎薄壁型鋼用于輸電鐵塔的可行性研究，但由于當(dāng)時(shí)冷彎型鋼的價(jià)格較高和技術(shù)手段不夠完善，加上早期的鐵塔規(guī)模都較小，已有的熱軋型鋼完全就可滿(mǎn)足使用要求，項(xiàng)目未能立項(xiàng)。近年來(lái)。隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，冷彎薄壁型鋼等經(jīng)濟(jì)型材發(fā)展很快，這些經(jīng)濟(jì)型材用量在逐年增加，加工成本在降低，加上其自身截面的優(yōu)良性能，經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。這為冷彎薄壁型鋼在輸電鐵塔上的應(yīng)用提供了可能性。
使用冷彎薄壁型鋼可有效地節(jié)約資源和能源。在輸電鐵塔上推廣使用高強(qiáng)耐候冷彎型鋼，不僅可減少鐵塔耗鋼，還能降低加工成本，避免環(huán)境污染。是一項(xiàng)有顯著經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保意義的工作，所以應(yīng)及時(shí)開(kāi)展高強(qiáng)冷彎型鋼，尤其是高強(qiáng)耐候冷彎薄壁型鋼在輸電鐵塔上的應(yīng)用研究。
在輸電鐵塔中采用冷彎薄壁型鋼應(yīng)加強(qiáng)研究
隨著冷彎薄壁型鋼在工業(yè)、民用建筑結(jié)構(gòu)上的用途增加。設(shè)計(jì)理論日趨完善。目前，我國(guó)實(shí)施的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》、上海市頒布的《輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)頒布的《門(mén)式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，都為冷彎薄壁型鋼的應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。
目前，我國(guó)冷彎薄壁型鋼在輸電鐵塔尚未應(yīng)用，更沒(méi)有相關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定。鐵塔結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型是空間桁架結(jié)構(gòu)，構(gòu)件的設(shè)計(jì)是按拉桿和壓桿穩(wěn)定計(jì)算，構(gòu)件的邊界條件情況對(duì)構(gòu)件承載能力產(chǎn)生很大影響，同時(shí)線(xiàn)路施工現(xiàn)場(chǎng)決定鐵塔組裝不能使用大型機(jī)械，應(yīng)采用易于現(xiàn)場(chǎng)施工的連接方式。輸電鐵塔受力和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的特殊性決定了不可照搬輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，要想使冷彎薄壁型鋼在輸電鐵塔中廣泛使用，還需要在以下幾方面進(jìn)行一些理論分析和試驗(yàn)研究工作：
1.確定輸電鐵塔上冷彎薄壁型鋼構(gòu)件承載力的計(jì)算方法和參數(shù)取值，包括在特定邊界約束條件下受壓構(gòu)件穩(wěn)定曲線(xiàn)的選取和使用、偏心構(gòu)件承載力的計(jì)算方法、構(gòu)件連接處強(qiáng)度和穩(wěn)定的計(jì)算方法、風(fēng)荷載在構(gòu)件產(chǎn)生的荷載和振動(dòng)響應(yīng)的計(jì)算取值。2.冷彎薄壁型鋼塔形體系機(jī)構(gòu)件斷面優(yōu)化分析。3.確定合理的連接構(gòu)造形式和桿件支撐形式。4.較大厚度冷彎型鋼的成形工藝。5.冷彎型鋼的防腐問(wèn)題。6.高強(qiáng)耐候冷彎型鋼的力學(xué)性能和耐腐蝕指標(biāo)。
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