蒙春玲，王金龍，郭立波

（中國能源建設集團山西省電力勘測設計院有限公司，山西太原 030001）

0 引言

隨著輸電線路電壓等級不斷提高，特別是特高壓工程的建設，輸電線路鐵塔高度不斷增加，橫擔長度越來越長，單件質(zhì)量越來越大，鐵塔組立成為施工技術(shù)安全風險高、安裝效率低、勞動強度大、施工成本高的主要部分。目前，組塔方式主要有直升機吊裝組塔、吊車組塔、落地抱桿組塔和內(nèi)懸浮抱桿組塔，由于受地形、成本的制約，內(nèi)懸浮抱桿組塔仍是施工組塔的主要方式。內(nèi)懸浮抱桿組塔又分為內(nèi)懸浮外拉線抱桿分解組塔和內(nèi)懸浮內(nèi)拉線抱桿分解組塔，內(nèi)懸浮外拉線抱桿組塔為三級風險，其抬升過程風險更高，需采取措施保障安全。本文以工程案例來說明內(nèi)懸浮外拉線抱桿在抬升過程中意外傾倒的受力情況。

1 工程案例簡介

某工程中，施工人員在將第1層18 m位置拉線翻至抱桿36 m高度處的過程中，先將第1層18 m處的4根拉線拆除放至地面，然后登高至36 m處掛設完成B、C、D腿3根拉線（尚未錨固），當掛設第4根A腿方向拉線時，現(xiàn)場突起七級陣風，最大風速達16.7 m/s（氣象站距地10 m實測數(shù)據(jù)），氣象站海拔高度1 119 m，塔位海拔高度1 727 m，根據(jù)相關(guān)氣象規(guī)范[1]，折算塔位計算風速19 m/s，引起抱桿AC方向劇烈晃動，設置在抱桿26 m處的4根拉線受到劇烈沖擊，其中C腿設置在抱桿26 m處拉線斷裂，抱桿失穩(wěn)倒向A腿方向，隨后B腿拉線斷裂。抱桿現(xiàn)場情況如圖1所示，塔腿平面布置及拉線對地夾角參數(shù)如表1所示，拉線破斷力為74 kN。計算分析采用三維直角坐標系，X軸沿橫擔方向，Y軸沿線路方向，Z軸與重力方向一致。

表1 塔腿平面布置及拉線對地夾角參數(shù)表

圖1 抱桿現(xiàn)場情況示意圖

2 抱桿受力分析方法

本文分別采用線性和非線性2種方法對抱桿失穩(wěn)傾倒進行分析，結(jié)合相關(guān)設計規(guī)范[2-3]，確定計算參數(shù)和計算原則。

2.1 采用SmartTower分析

采用SmartTower進行線性計算分析，確定計算參數(shù)及原則如下：一是根據(jù)抱桿規(guī)格、尺寸進行建模，并設置為梁單元，26 m處拉線設置為拉索；二是計算風速為19 m/s，組合系數(shù)為0.9，重要性系數(shù)為1.0；三是風荷載分別按90°、60°、45°、0°這4種工況計算；四是抱桿頂部原木及人重按400 kg考慮，折算荷載加至抱桿頂部A腿側(cè)；五是36 m處B、C、D拉線風荷載、自重加載至抱桿頂端對應節(jié)點。

2.2 采用有限元分析

采用有限元軟件進行非線性計算分析，計算參數(shù)及原則如下：一是抱桿采用BEAM189梁單元，26 m處拉線設置為LINK10單元，并設置為僅承受軸向拉力；二是計算風速為19 m/s，組合系數(shù)為0.9，重要性系數(shù)為1.0；三是風荷載分別按90°、60°、45°、0°這4種工況計算；四是抱桿頂部原木及人重按400 kg考慮，折算荷載加至抱桿頂部A腿側(cè)；五是36 m處B、C、D拉線風荷載、自重加載至抱桿頂端對應節(jié)點；六是抱桿按2 m每段加載其實際風荷載和自重。

3 抱桿受力計算

3.1 采用SmartTower計算

采用SmartTower建模并進行線性計算分析，按單柱拉線塔進行計算。

a）抱桿根據(jù)實際桿件尺寸、規(guī)格進行建模，拉線采用拉索根據(jù)拉線實際物理參數(shù)、尺寸、連接位置進行建模。

b）計算風速19 m/s，組合系數(shù)0.9，重要性系數(shù)1.0，考慮10%（7.4 kN）的拉索初始力。各工況荷載下抱桿頂部位移及拉線張力如表2所示。

表2 SmartTower計算結(jié)果

c）當60°受力瞬時增大時，X方向上的位移18.56 mm，Y方向上的位移3.18 mm，綜合位移達18.83 mm時，C腿拉索內(nèi)力達73.86 kN，C腿拉索破壞。

當45°受力瞬時增大時，X方向位移6.41 mm，Y方向位移26.017 mm，綜合位移達26.80 mm時，C腿拉索內(nèi)力達73.901 kN，C腿拉索破壞。

C腿拉索破壞時，60°瞬時力大約是45°瞬時力的1.222倍。因此，初步判斷45°瞬時力是導致C腿拉索破壞的主要原因，破壞時抱桿頂部位移約

26.80 mm。

3.2 采用有限元分析

采用有限元建模并進行幾何非線性計算分析。

a）根據(jù)抱桿實際桿件尺寸、規(guī)格進行建模，抱桿采用BEAM189梁單元，26 m處拉線設置為LINK10單元，并設置為僅承受軸向拉力。

b）計算風速19 m/s，組合系數(shù)0.9，重要性系數(shù)1.0，考慮10%（7.4 kN）的拉索初始力。各工況荷載下抱桿頂部位移及拉線張力如表3所示。c）當受45°風荷載時，X方向位移71.42 mm，Y方向位移71.19 mm，Z方向位移3.78 mm，綜合位移達100.91 mm時，C腿拉索內(nèi)力達21.03 kN。d）當抱桿頂部施加一定位移，X方向位移為289 mm，Y方向為288 mm，Z方向為15.59 mm，綜合位移達408.3 mm時，C腿拉索內(nèi)力達到73.968 kN，C腿拉索破壞，此時抱桿傾角約0.65°。抱桿每段2 m，質(zhì)量約260 kg，整個抱桿質(zhì)量4 680 kg，垂直荷載約46.8 kN。因此，抱桿頂部位移是導致C腿拉索破壞的主要原因，破壞時抱桿頂部位移為408.3 mm。

表3 有限元計算結(jié)果

4 結(jié)論及建議

a）綜合線性和幾何非線性有限元分析計算，45°風瞬時力是導致抱桿頂部位移的主要因素，頂部位移較大是導致拉索破壞的主要原因。

b）施工中進行抱桿抬升時，應先設置好頂端拉線，然后拆除下部拉線。

c）抱桿組立、拉線設置及桿塔組立時，應時刻關(guān)注天氣狀況，如遇特殊天氣，提前采取安全措施，必要時應暫停施工。

d）建議施工現(xiàn)場配備風向、風速測量裝置，便于施工現(xiàn)場及時采取預控措施。