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        基于Matlab的鐵塔組立鋼絲繩使用分析

        2014-10-10 06:13:34謝明武
        機電信息 2014年9期
        關(guān)鍵詞:合力鐵塔夾角

        李 軍 謝明武 李 明

        (武警水電第六支隊,福建 廈門361009)

        0 引言

        隨著我國工業(yè)的飛速發(fā)展,社會對電能的需求越來越大,而我國電力資源的分布極不均衡,因而需要建設(shè)大量的輸電線路。鐵塔組立施工是輸電線路建設(shè)中的一項重要工作,耗資、耗工時通常占總工程的20%~30%。在鐵塔施工過程中,需要用到大量的鋼絲繩,而鋼絲繩的合理使用對施工安全起著決定性的影響。為了保證組塔施工安全,延長鋼絲繩使用壽命,提高經(jīng)濟效益,施工組織前必須根據(jù)組塔的方式對鋼絲繩進行受力計算、校核,通過計算選擇合適的施工參數(shù)。

        1 鐵塔組立系統(tǒng)

        本文以外拉線內(nèi)懸浮抱桿分解組塔系統(tǒng)為例進行受力分析,如圖1所示。系統(tǒng)以抱桿頂部為支點,牽引裝置通過鋼絲繩、滑輪組件將地面組裝好的鐵塔片、段提升到安裝位置,在提升的過程中通過控繩來控制被吊塔材與已立鐵塔的間距,抱桿則由均勻分布在空間的4根外拉線與4根承托繩來固定。

        圖1 外拉線內(nèi)懸浮抱桿分解組塔

        2 鋼絲繩的使用分析

        2.1 各鋼絲繩受力計算

        組塔系統(tǒng)各鋼絲繩受力情況如圖2所示,首先以被吊塔材為研究對象,建立平衡方程:

        式中,T為磨繩對被吊件的合力;G為被吊塔材重量;F為控制繩合力。

        由式(1)、式(2)解得:

        吊點繩受力:

        圖2 鐵塔組立受力圖

        磨繩受力:

        式中,n為滑車組工作繩數(shù);η為滑車效率。單根控制繩受力:

        受力側(cè)承托繩合力:

        式中,N為抱桿軸向壓力;Q為抱桿自重; 為承托繩與抱桿夾角;δ為抱桿傾角。

        2.2 使用分析

        本文利用Matlab軟件對影響各鋼絲繩受力的因素進行定量分析,使用的參數(shù)如表1所示,各變化曲線如圖3~圖6所示。

        表1 鐵塔組立相關(guān)參數(shù)表

        圖3為磨繩合力、控制繩合力隨磨繩傾斜角α變化的圖形,從中可以看出,2個合力都隨α角的增大而增大,當(dāng)α角超過45°后,合力急劇增大,當(dāng)達到60°時,磨繩合力將增大1倍,控制繩的受力也接近被吊塔材重量。這必將極大地增加系統(tǒng)的額外功,加大鋼絲繩的安全風(fēng)險。這就要求在施工的過程中盡量減小α角,當(dāng)場地或繩索長度有限時也應(yīng)當(dāng)控制在45°以內(nèi)。由式(3)、式(4)很容易看出這2個合力還隨被吊塔材重量的增加而增大。因此,在鋼絲繩的選型和校核中主要考慮被吊塔材重量最大以及α角最大2種情況。

        圖3 磨繩、控制繩受力變化曲線

        圖4 吊點繩受力變化曲線

        圖5 磨繩受力變化曲線

        圖6 承托繩合力變化曲線

        式(5)、式(7)是一個類型,已知合力與夾角計算單根繩的受力。以式(5)為例來分析夾角對繩的影響,變化情況如圖4所示。從圖中可知吊點繩受力隨著γ角的增大而增大,特別是當(dāng)γ角為110°以后,受力也將加速上升。因此在滿足被吊塔材平衡的條件下,吊點繩夾角越小越好,最大角度不宜超過110°。

        由圖5可知,隨著工作繩數(shù)的增加,磨繩受力逐漸減小,但當(dāng)工作繩數(shù)量超過4根時,磨繩受力下降速度已經(jīng)很緩慢。相反,過多的繩子將會增加起吊系統(tǒng)的復(fù)雜程度和安全風(fēng)險。所以,在施工的過程中并不是工作繩越多越好,工作繩總數(shù)不宜超過4根。切不可通過增加更多的動滑車數(shù)量來提高起吊塔材的總量。

        承托繩在起吊系統(tǒng)中不僅需要承受抱桿軸向壓力和抱桿自重,而且還要保證抱桿的平衡,承托繩與抱桿之間保持合適的角度至關(guān)重要。承托繩合力與夾角 之間的關(guān)系如圖6所示,過大的 角將會增大合力,特別是當(dāng)角度超過60°后,合力將加速上升。所以在實際施工過程中,承托繩與抱桿夾角不宜超過60°。

        3 結(jié)論

        為減少鋼絲繩所承受的載荷,提高施工安全性,起吊系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)應(yīng)該控制在以下范圍:(1)磨繩傾斜角不宜超過45°;(2)2控制繩、2吊點繩等分力之間夾角不宜超過110°;(3)起吊的工作繩數(shù)不宜超過4根;(4)承托繩與抱桿夾角不宜超過60°。鐵塔組立施工過程中發(fā)生的安全事故,往往都是因為鋼絲繩使用不當(dāng)造成的。合理確定各參數(shù)能減少鋼絲繩所承受的載荷,對延長鋼絲繩的使用壽命和保障施工安全具有重要意義。因此,在施工方案的編制過程中要根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境和各種施工機具合理確定各參數(shù)。

        [1]王宏武.鋼絲繩承載受力特性分析及計算[J].甘肅科技,2007(9)

        [2]沈志.內(nèi)懸浮抱桿分解組立鐵塔施工受力分析[A].2011年云南電力技術(shù)論壇文集[C],2011

        [3]國家電網(wǎng)公司.輸變電工程施工工藝示范手冊[M].北京:中國電力出版社,2011

        [4]DL5009.1—2002 電力建設(shè)安全工作規(guī)程 第1部分:火力發(fā)電廠[S],2002

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