输电线路铁塔采用高强钢的应用研究

输电线路铁塔采用高强钢的应用研究

杨亘烨1殷健舒1李红玉2

1.国网内蒙古东部电力有限公司经济技术研究院   内蒙古自治区呼和浩特市  010000

2.内蒙古电力（集团）有限责任公司呼和浩特供电分公司  内蒙古自治区呼和浩特市  010000

摘要：随着用电需求的逐步增加，电网持续升级，输电线路铁塔的结构越来越复杂，铁塔的负载也随之增大，原来的输电线路铁塔使用钢材已经不能满足当前的工程需求，需要及时采用新型钢材来满足当前荷载的需求。基于此，本文深入研究了高强钢的使用，为输电线路铁塔的建设提出几点建议。

关键词：输电线路铁塔、高强钢、应用研究

一、高强钢的应用特点及优势

高强度钢板有着较高的综合力学性能，是一种高强度的低合金，强度比一般的钢材要大，承载力强，对当前输电线路铁塔的建设负载问题有着良好的正面作用。Q420强度等级的钢材应用范围十分广泛，是目前国内生产中质量较好的钢材原料，经过工艺处理可有效延长使用期限。由于高强钢本身的强度等级比其他等级的钢材强度大，自身的承载力也更大，在施工建设中，所需使用的钢材更少，能有效降低钢材的成本。采用高强钢进行输电线路铁塔的建设时，可以降低塔自身的用量，减少双肢和辅材构造的用量，不断降低自身塔重，可以获得良好的经济效益。

二、高强钢在输电线路铁塔中的应用研究

（一）遵循钢材应用原则

  利用高强钢降低输电线路铁塔的工程造价，减少资源消耗，要根据高强钢的应用背景，分析铁塔的设计荷载，对高强钢的使用进行深入的研究，遵循高强钢在铁塔上的使用原则。分析钢材在各方面的使用数据，铁塔结构中各部分的受力情况，争取最大限度发挥高强钢的优势，不断减少钢材的用量，实现高强钢在输电线路铁塔上的有效推广。

  例如，在高强钢的使用中，应先确定高强钢在铁塔上的应用原则，判断角钢长度与稳定承载能力的关系，不同钢材的稳定强度特征，研究角钢长度与稳定承载能力的关系曲线，杆件计算长度越来越大，高强钢的抗失稳性能衰减的会更快，为了保证抗施稳性能是优良的，要准确计算不同材质的钢材所需维持的长度范围，受力较大、容易受弯强度所控制的杆件，要适当增强其强度。分析国内输电线路与国外输电线路铁塔设计的先进经验，争取在铁塔的推广应用方面具备更高的技术素养，准确比较不同钢材的性能及使用环境，秉持低成本高效益的原则研究高强钢，也可以通过一定的技术调整提高电网技术。注重工艺细节，细化工作流程，寻找输电线路铁塔设计与经济的最佳契合点，提前预测方案实施的可行性，减少铁塔的耗材，创设良好的效益。

  （二）科学设计连接方式

  高强钢的使用优越性极强，能够有效满足实际工程的应用要求，在一定程度上降低施工难度，推动着杆塔结构向大型化发展，做好输电塔高强钢的方案设计，科学选择高强钢连接方式，判断高强钢稳定系数，使工件质量更加稳定，达到寿命最大化。

  例如，在高强钢的使用中，要重点探讨高强钢的螺栓连接问题，考虑螺栓的经济性和使用特点，尽量降低使用成本，思考钢材和螺栓的强度设计值，根据钢材类别、钢材厚度、钢材的抗压能力及螺栓壁的承压能力等，考虑螺栓的孔壁承压问题。在选用较低级别的螺栓时，还要格外注意孔壁的承压验计算，避免超出构件要求的数量范围，尽量充分发挥螺栓的使用效率。在高强钢构件的连接中，可选择8.8级的螺栓，在连接高强钢构件和普通构件时，可选择6.8级的螺栓。

  （三）正确选择钢材材质

  了解和掌握高强钢的承载力特性，在采用高强钢材质类型上进行深度的研究，根据以往的设计经验，对不同材质的高强钢进行对比。使铁塔的设计更趋向经济合理，不仅要分析明显的优势，也要考虑钢材使用的缺陷，对整体效益进行综合，使高强钢在加工工序上尽量满足加工工艺要求，预测高强钢在焊接热变形等加工方面的情况，及时采取附加工艺消除加工缺陷。

  例如，在高强钢的应用中，可以先进行稳定系数的计算，在实际设计时将构件长细比按公式换算，使钢材符合杆塔结构设计技术规定。对稳定强度折减系数进行计算，角钢之宽与之厚之比大于规定值时，要进行适当的折减，才能保证结果计算的准确性。对比不同类型的钢材性能，如Q420和Q460，前者有A-E五个级别，后者有C-E三个级别，对于Q460还有其他的限制条件，从整体上来说，Q420的使用条件更加优越。Q460在工艺加工方面并不十分成熟，有着诸多不确定性和使用风险性，自身的脆性不够好，采购规模较小，限制着Q460的使用。在稳定控制方面，Q420的轻度更轻，能够有效减轻塔重，根据现阶段电压等级的不断加大，对特高压线路的需求更大，铁塔的载荷持续增加，在结构设计方面和钢材强度方面也提出了更高的要求，在满足经济合理的情况下，钢材强度必须有所改变。

  （四）掌握焊接工艺重点

  分析高强钢在输电线路铁塔中的焊接工艺，在焊接加工工程中必须严格按照加工方案，依照工艺流程进行操作，并及时进行操作检验，判断工艺成果是否符合方案的有关数据和标准，确保工程的质量和进度。从化学的角度和焊接工艺的角度分析高强钢的焊接应用，明确高强钢在输电线路铁塔中焊接的意义，有目的的节约建设成本，减少钢材原材料用量，依托于先进的技术装备和技术人员解决实际问题。

  例如，在高强钢的应用中，可以从化学的角度分析钢的焊接性与原材料的化学成分之间的潜在关系，如碳含量关系，若高强钢的碳含量较大，在焊接过程中淬硬组织和冷裂纹的现象产生几率更大。同时高强钢中的合金元素也会转化成碳含量，在化学角度的分析中，要重点分析高强钢的碳含量。将焊接线能量控制在13~25KJ之间，能量过小会造成焊接接头冷却速度过快，焊接能量过大会加大焊接的残余应力，致使焊接变形，过于严重时要根据焊接工艺的重点，适当减少焊接缝隙和焊脚的规模，控制熔敷金属量，采用多层多道的焊接工艺，提高焊接成功率。在选择焊接材料时，计算焊接接头强度与主材料的强度，若接头强度过强，会造成内应力过大，降低接头的稳定性，接头强度太低达不到施工的标准，容易造成焊接失败，引发工艺漏洞。焊接技术的选择要根据不同的构件类型，针对性选择横焊和立焊等多种焊接技术，以提高焊接工作的效率。焊接工作开展前，还需做好预处理工作，整个焊接过程要保证参数的准确性，一旦产生焊接偏差，及时采取措施，调整焊接工艺。

  （五）加大创新技术投入

  充分发挥高强钢在输电线路铁塔中的应用功能，凸显最大价值，以提高施工工程的质量，节约建设成本，应当加大科技创新投入，提高输电线路设计技术，缩短与国际先进技术的距离，逐步促进电力工业的加速发展。

  例如，在高强钢的应用中，要提高钢材施工工艺水平，不断借鉴其他先进经验，合理解决在输电线路大型铁塔方面的选材问题，积极引进新技术进行高强钢加工，主动突破技术应用壁垒。从社会角度而言，作为一项大型施工项目，钢材市场应主动加快市场的纵深和横向发展，抓住市场发展的机遇，不断提高钢材的质量，保证钢材的数量，满足钢材的供求关系。持续研发新技术，提高加工工艺，不仅要在材料上引起重视，也要在工艺上加大研发投入，针对常见的工艺加工问题进行专门探讨，尽量减少生产加工及材质本身的限制，做到问题的及时预防和快速解决，保证最终完工质量。

  综上所述，高强钢在输电线路铁塔的应用中得到了积极推广，适应了我国电网建设发展的步伐，利用自身的承载力特性，有效提高了铁塔的承载能力，使输电线路建设更趋向经济合理。在铁塔的加工过程中，要综合高强钢的特性与工艺规范，监督铁塔加工的全过程，做好加工检验工作，第一时间解决工艺问题，确保工程的质量，有效延长输电线路铁塔的全寿命。

参考文献：

[1]李进收.输电线路铁塔采用高强钢的应用研究[J].华东科技：学术版, 2015(6):1.

[2]郭日彩,何长华,李喜来,等.输电线路铁塔采用高强钢的应用研究[J].电网技术, 2006, 30(23):5.DOI:10.3321/j.issn:1000-3673.2006.23.005.

[3]张文涛.高强钢在输电线路铁塔材质选择上的应用[J].吉林电力, 2014, 42(5):3.DOI:10.3969/j.issn.1009-5306.2014.05.004.