崔 軍

鋼管桿是220 kV及220 kV以下架空輸配電線路新型的非標桿塔類型。它具有結(jié)構(gòu)簡單,挺拔美觀;強度高,耐外力沖擊;分段設(shè)計,運輸和安裝方便;熱鍍鋅防腐,經(jīng)久耐用;占地面積小等優(yōu)點。為適應(yīng)現(xiàn)代電力電網(wǎng)建設(shè)對鋼管桿的使用需求,滿足對鋼管桿的設(shè)計要求,北京道亨公司設(shè)計開發(fā)了《NSA鋼管桿設(shè)計系統(tǒng)》。本文將以一種鋼管桿的設(shè)計過程,簡單介紹一下《NSA鋼管桿設(shè)計系統(tǒng)》在實際工程中的應(yīng)用。

1 工程應(yīng)用

《NSA鋼管桿設(shè)計系統(tǒng)》設(shè)計軟件根據(jù)鋼管桿基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的輸入方法不同,分為手工輸入分段數(shù)據(jù)法和快速輸入鋼管桿數(shù)據(jù)法。本文根據(jù)軟件在多個工程中的應(yīng)用經(jīng)驗,介紹一下較為簡單、便于操作的快速輸入鋼管桿數(shù)據(jù)法,供輸配電設(shè)計人員參考。

快速輸入鋼管桿數(shù)據(jù)法為用戶提供了簡便的數(shù)據(jù)輸入方法,用戶可以通過本方法快速輸入節(jié)點、桿件及相應(yīng)的桿件連接數(shù)據(jù)。用戶輸入主桿和橫擔等數(shù)據(jù)后,系統(tǒng)自動填寫桿件力學參數(shù)及連接數(shù)據(jù)。

為了具體說明軟件在輸配電工程設(shè)計上的應(yīng)用方法及產(chǎn)生的經(jīng)濟效益,將以一條35 kV供電線路中一種鋼管桿的設(shè)計為例,具體說明軟件在鋼管桿的設(shè)計上的應(yīng)用。

雁60～雁63斷塊為采油一廠的一個較大產(chǎn)能斷塊。整個斷塊主供電電源為附近變電站引來的35 kV架空線路供電。線路的轉(zhuǎn)角、耐張及部分直線跨越桿塔均采用鋼管桿。

以本工程帶地線直線鋼管桿ZXB(17)(呼稱高17 m)為例,具體說明利用軟件進行鋼管桿設(shè)計過程。

1.1 鋼管桿設(shè)計

鋼管桿設(shè)計過程分為鋼管桿桿型簡圖設(shè)計及桿塔詳設(shè)兩部分內(nèi)容。

1.1.1 鋼管桿桿型簡圖設(shè)計

工程設(shè)計人員根據(jù)現(xiàn)場實際及計算結(jié)論,確定鋼管桿的呼稱高及桿頭尺寸,初步確定鋼管桿的梢徑及根徑,并繪制出鋼管桿簡圖。這部分內(nèi)容為設(shè)計人員的基礎(chǔ)設(shè)計,在這里就不再詳細說明。

1.1.2 桿塔詳設(shè)

根據(jù)鋼管桿桿型簡圖,利用《NSA鋼管桿設(shè)計系統(tǒng)》設(shè)計軟件對鋼管桿進行詳設(shè)及校核。具體步驟如下:

1)運行程序。打開【NSA鋼管桿設(shè)計系統(tǒng)】組中的“NSA鋼管桿設(shè)計系統(tǒng)”即可運行程序。

2)建立新文件。執(zhí)行【文件(F)】下的【新建】命令,進入新建文件界面,新建一個“ZXB(17)”的工程文件,將其保存到用戶的文件夾下。

3)輸入鋼管桿數(shù)據(jù)。進入主菜單后,單擊【文件(F)】下的【快速輸入界面】按鈕,進入快速輸入界面。根據(jù)軟件窗口提示信息,依照鋼管桿桿型圖,依次填寫【輸入主桿】及【直線型橫擔】等窗口信息。本設(shè)計ZXB(17)主桿梢徑設(shè)計為300 mm,根徑設(shè)計為600 mm;主桿連接選擇法蘭連接。

選擇橫擔類型:橫擔類型分三種,包括管狀橫擔、直線型橫擔及雁翅型橫擔。選中橫擔后,會在【輸入主桿】按鈕右邊出現(xiàn)相對應(yīng)的按鈕。

【直線型橫擔】。ZXB(17)為直線型橫擔。單擊【直線型橫擔】按鈕,按順序進行填寫。ZXB(17)直線型橫擔選擇箱形。點擊【展開數(shù)據(jù)】按鈕,生成鋼管桿ZXB(17)的單線圖。

4)各種集中載荷計算。單擊【1.計算荷載【小院版】】按鈕進入鋼管桿荷載計算程序。根據(jù)軟件窗口的提示,選擇地形類別、桿型類型、電壓等級及直線塔導線掛線方式,并依次進行氣象條件、荷載工況、檔距及導地線參數(shù)等內(nèi)容的輸入,完成鋼管桿外部環(huán)境設(shè)定。單擊【選擇需要計算的工況】,對鋼管桿的計算工況重新選擇。點擊【開始計算】按鈕完成鋼管桿外部荷載的受力計算。點擊【退出】,返回軟件主頁面。返回主頁面后,單擊【導入荷載】按鈕,將鋼管桿的外部荷載導入桿塔設(shè)計主程序。

5)有限元計算。單擊【有限元計算】按鈕進入有限元計算界面。根據(jù)軟件窗口的信息提示,對鋼管桿的其他限制條件進行填寫。填寫完畢后,單擊【開始計算】按鈕,進行鋼管桿各個部件的強度校核。

6)有限元計算結(jié)果。鋼管桿有限元計算完成后,程序自動進入【有限元計算結(jié)果】,這時軟件窗口顯示出鋼管桿主桿及橫擔的設(shè)計結(jié)果。

當計算出不合理的主桿及橫擔結(jié)果時,屏幕會提示出錯,相應(yīng)出錯內(nèi)容會顯示紅色。這時需重新回到鋼管桿快速輸入界面,并對應(yīng)出錯內(nèi)容,修改相應(yīng)主桿或橫擔的技術(shù)參數(shù)。接著重新點擊【有限元計算】,進行鋼管桿的有限元計算,然后根據(jù)【有限元計算結(jié)果】,查看主桿或橫擔設(shè)計結(jié)果是否正確。否則重新進行以上操作,直到結(jié)果顯示正確為止。

7)連接計算。有限元計算結(jié)果合理后,單擊【連接計算】按鈕,進入鋼管桿主桿連接設(shè)計和橫擔連接設(shè)計界面。

本工程ZXB(17)鋼管桿桿體采用法蘭連接,點擊【主桿法蘭設(shè)計】,進入主桿法蘭連接計算。

橫擔連接設(shè)計。本工程ZXB(17)鋼管桿橫擔為槽型橫擔,點擊【橫擔根部槽型/加強型支座設(shè)計】,進入槽型橫擔連接計算。計算完畢后,退出相應(yīng)界面。

8)施工圖輸出。選擇【輸出】菜單中的【鋼管桿繪圖】項,進入鋼管桿繪圖程序。

在【選擇圖式】的下拉框中選擇【鋼管桿組裝圖】選項,單擊綠色圖標或直接按【F5】,進入鋼管桿組裝圖繪圖界面。

9)基礎(chǔ)設(shè)計。設(shè)計完成后,可以進入【基礎(chǔ)設(shè)計】。根據(jù)荷載的標準值和設(shè)計值的基礎(chǔ)作用力,進而對基礎(chǔ)進行設(shè)計。本部分設(shè)計由土建結(jié)構(gòu)專業(yè)完成,本設(shè)計不再詳述。

1.2 鋼管桿統(tǒng)計

雁60～雁63斷塊 35 kV供電線路設(shè)計13種鋼管桿,共18基。生產(chǎn)廠家根據(jù)設(shè)計院提供鋼管桿桿型簡圖,也提供了相應(yīng)的設(shè)計,每基桿塔重量均大于設(shè)計院設(shè)計的1.5倍～2.0倍。經(jīng)與廠家多次反復核減,每基鋼管桿的重量均大幅度減少,絕大多數(shù)桿塔重量最終與設(shè)計相吻合,少數(shù)桿塔由于桿塔主桿分段不同而略有不同。

1.3 經(jīng)濟效益分析

根據(jù)雁60～雁63斷塊35 kV供電線路鋼管桿重量的統(tǒng)計,共核減鋼材重量26 227.8 kg。按鋼管桿的價格8 500元/t計算,共節(jié)約投資222 936.3元。對于鋼管桿在運輸及安裝等情況下所節(jié)約的工程費用,本文就不再進行統(tǒng)計。

2 結(jié)語

輸配電線路設(shè)計人員學習并掌握NSA鋼管桿設(shè)計軟件后,可根據(jù)不同電壓等級的輸配電線路,選擇設(shè)計合適的鋼管桿,極大地豐富了設(shè)計人員桿塔設(shè)計的方案,對優(yōu)化架空線路設(shè)計,提高設(shè)計人員設(shè)計水平,具有重要意義。同時,還可以對廠家提供的鋼管桿設(shè)計方案進行工程驗證,配合甲方、業(yè)主選擇合適廠家,避免不合理的工程投資。

[1]張殿生.電力工程高壓送電線路設(shè)計手冊[M].北京:中國電力出版社,2003.

[2]GB 50061-97,66 kV及以下架空電力線路設(shè)計規(guī)范[S].