王一宇

（廣東省輸變電工程公司，廣東 廣州 510160）

變電站鋼構(gòu)架結(jié)構(gòu)建模計(jì)算及分析

王一宇

（廣東省輸變電工程公司，廣東 廣州 510160）

在變電站的整體構(gòu)建中，鋼結(jié)構(gòu)占據(jù)著一定的比例，主要是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、韌性度較好，是目前變電站建設(shè)中應(yīng)用最廣泛的建筑材料之一。鋼結(jié)構(gòu)在變電站的整體結(jié)構(gòu)內(nèi)占據(jù)較大的比例，與混凝土結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較高、韌度較強(qiáng)，具有較好的穩(wěn)定性，通過(guò)使用3D3S對(duì)某220 kV變電站構(gòu)架強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行分析，展開(kāi)了建模計(jì)算。

變電站；鋼構(gòu)架；建模計(jì)算；中間構(gòu)架

通過(guò)使用3D3S軟件對(duì)變電站鋼構(gòu)架進(jìn)行建模計(jì)算，與平面計(jì)算相比較，3D3S的計(jì)算可靠性更高，得到的計(jì)算數(shù)據(jù)也更加精準(zhǔn)。本文主要以220 kV變電站為例，依據(jù)國(guó)家相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，對(duì)220 kV的構(gòu)架進(jìn)行建模計(jì)算。

1 空間模型建立

1.1 鋼構(gòu)架的類(lèi)型

結(jié)合實(shí)際情況，目前，我國(guó)的桿構(gòu)架布置主要分為轉(zhuǎn)角構(gòu)架、中間構(gòu)架，即便是同類(lèi)型的鋼構(gòu)架，荷載情況不同，構(gòu)架的計(jì)算受力也有所不同，使用3D3S軟件建模的三維模型如圖1所示。

圖1 終端構(gòu)架、中間構(gòu)架三維軟件分析示意圖

圖2 計(jì)算結(jié)果示意圖

1.2 材料的特點(diǎn)

本文變電所角鋼構(gòu)架的型號(hào)為Q235-B，其余部位構(gòu)件鋼材的型號(hào)為Q345-B，密度為密度ρ=7 855.00 kg/m3，彈性模型量為206 500.00 N/mm2（系統(tǒng)內(nèi)用字母E表示），泊松比為0.35（系統(tǒng)內(nèi)用字母V表示).

1.3 計(jì)算重點(diǎn)

在進(jìn)行模型計(jì)算時(shí)，需要將人形鋼柱的橫桿、弦桿考慮在內(nèi)，端撐和邊柱之間的橫桿、鋼梁上的腹桿均要考慮在內(nèi)。在人形鋼柱雙向受彎時(shí)，不同方向的最大拉力之間沒(méi)有重合點(diǎn)，因此，不需要進(jìn)行代數(shù)相加計(jì)算。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)算雙向拉彎的強(qiáng)度、穩(wěn)定性時(shí)，兩個(gè)方向存在最大的拉力重合點(diǎn)。

2 變電站荷載分析

2.1 鋼構(gòu)架受力分析

作用在桿構(gòu)架上的荷載主要包括：①導(dǎo)線(xiàn)、地線(xiàn)、避雷線(xiàn)之間的拉力；②導(dǎo)線(xiàn)、避雷線(xiàn)、地線(xiàn)、絕緣子的質(zhì)量等；③導(dǎo)線(xiàn)、避雷線(xiàn)、絕緣子、地線(xiàn)在風(fēng)中承受的壓力；④鋼構(gòu)架需要承受的風(fēng)壓、桿構(gòu)架自身額定重力；⑤地震、臺(tái)風(fēng)等外界因素帶來(lái)的荷載；⑥開(kāi)展安裝、檢修工作時(shí)，施工人員、施工機(jī)械的質(zhì)量，需要結(jié)合工程的實(shí)際情況進(jìn)行。

2.2 基本荷載分析

基本荷載指的是終端構(gòu)架、中間構(gòu)架，詳細(xì)闡述如下。

2．2．1 終端構(gòu)架的荷載

構(gòu)架的質(zhì)量；大風(fēng)天氣下，計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)的張力、地線(xiàn)的張力、導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)的側(cè)向風(fēng)壓、導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)的垂直荷載、構(gòu)架的風(fēng)壓；安裝條件下需要計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)的張力、導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)的垂直荷載、橫梁的附加荷載。

2．2．2 中間構(gòu)架荷載

構(gòu)架、絕緣子的質(zhì)量；在大風(fēng)環(huán)境下計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)的張力、地線(xiàn)的側(cè)向風(fēng)壓、導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)的垂直荷載、構(gòu)架的風(fēng)壓；安裝條件下需要計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)的張力、導(dǎo)線(xiàn)和地線(xiàn)的垂直荷載、橫梁的附加荷載。將平行衡量設(shè)置用X表示，垂直橫梁用Z表示，垂直荷載為Y，地線(xiàn)偏角為a，在進(jìn)行導(dǎo)地線(xiàn)張力、垂直荷載計(jì)算時(shí)，假設(shè)導(dǎo)地線(xiàn)側(cè)向風(fēng)壓為風(fēng)速為20 m/s大風(fēng)風(fēng)速為30 m/s，則大風(fēng)的荷載Fx=（20/30）2p=16P.

3 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，經(jīng)過(guò)3D3S處理的鋼構(gòu)架強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行了檢驗(yàn)，采取比值的形式代表檢驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建的局部穩(wěn)定性，采取人工判斷方式（程序的應(yīng)力比為各項(xiàng)應(yīng)力的最大數(shù)值）構(gòu)架的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖2所示。通過(guò)分析數(shù)值發(fā)現(xiàn)，小于規(guī)范的最大應(yīng)力比值時(shí)，即便是在變形的狀態(tài)下，鋼部分橫梁的跨度也分別為44.391 mm、44.152 mm，均在規(guī)定的范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)規(guī)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文主要應(yīng)用的是3D3S軟件對(duì)220 kV的變電所鋼構(gòu)架進(jìn)行了詳細(xì)分析。同時(shí)，展開(kāi)了空間鋼構(gòu)架建模計(jì)算，在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行了鋼構(gòu)架設(shè)計(jì)。在3D3S軟件分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了變電站鋼構(gòu)架建模設(shè)計(jì)，能夠提升鋼構(gòu)架的強(qiáng)度，確保在使用過(guò)程中鋼構(gòu)架的強(qiáng)度、剛度、變形均滿(mǎn)足相關(guān)要求。

［1］王志慧.高強(qiáng)鋼在大型變電站聯(lián)合構(gòu)架的應(yīng)用分析［D］.蘭州：蘭州理工大學(xué)，2014.

［2］姚遠(yuǎn)東.鋼管混凝土750 kV變電構(gòu)架的優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2016.

〔編輯：張思楠〕

TM63

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.24.123

2095-6835（2017）24-0123-02