葉德生（中國(guó)電建成都鐵塔廠，四川成都610000）

關(guān)于鐵塔腹桿的抗彎作用和制造精度分析

葉德生（中國(guó)電建成都鐵塔廠，四川成都610000）

本文主要論述了鐵塔腹桿抗彎作用與螺栓間隙及制造精度的關(guān)系。鐵塔在使用螺栓進(jìn)行連接時(shí)，螺孔之間的間隙直接影響腹桿的抗彎作用，通常情況下，1～1.5mm的螺孔間隙可以使大約5%的腹桿失去抗彎能力。本文提出采用比較先進(jìn)的設(shè)備來(lái)提高鐵塔的制造精度，主要為鐵塔數(shù)控自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，這樣可以保持94%的腹桿具有抗彎能力，從而對(duì)鐵塔設(shè)計(jì)理念進(jìn)行了創(chuàng)新，保證腹桿能夠有效參與到鐵塔抗彎作用上來(lái)。

鐵塔；腹桿；抗彎；制造精度

引言

無(wú)論鐵塔進(jìn)行分散建造還是集中建造，從制造廠到建塔地一般具有很長(zhǎng)的路途，并且在這個(gè)過(guò)程中地域復(fù)雜，經(jīng)常要經(jīng)過(guò)人跡罕至的地方，翻山越嶺，所以，這種狀況直接決定了鐵塔必須采取集約化的包裝方式，在建造塔的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組塔。所以，只有采取螺栓連接的方法，并把螺栓和螺孔的配合精度進(jìn)行降低處理，來(lái)增大它們之間的配合間隙，從而把很多主材、連接板和腹桿有效的連接在一起，在一定程度上提供了方便性。根據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，螺孔的直徑要比螺栓的直徑大約1.5mm，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)保證了鐵塔的安裝工作順利開展進(jìn)行，但是從另外一方面講，也對(duì)腹桿抗彎能力起到了一定阻礙作用。針對(duì)鐵塔頂部位移量，由于螺栓孔間隙引起的位移量可以達(dá)到50%，如果鐵塔比較高，可以增加10%，因此，鐵塔剛度很容易受到鐵塔腹桿制造精度影響。

1 鐵塔抗彎?rùn)C(jī)理分析

在鐵塔機(jī)理算法中，有的算法把鐵塔比喻成“格構(gòu)式綴條柱”，在這種模式中，格構(gòu)式綴條柱代表鐵塔，綴條代表腹桿，肢件代表主材，按照鐵塔由腹桿和主材連綴而成的模式構(gòu)成。其中，綴條主要是為了保證肢件之間的連接工作，并不起到一定的承載作用。然而，鐵塔和格構(gòu)式綴條柱并不能等同處理，實(shí)際情況下，如果沒(méi)有腹桿支持鐵塔，主材不但沒(méi)有承載能力，在這種情況下根本就立不住。腹桿主要起到了三個(gè)作用：①保證四個(gè)主材連接在一起，從而保證其承載能力；②可以使供貨程度在4m以上的主材分段處理，從而降低了主材的抗壓穩(wěn)定性，使其長(zhǎng)度縮短，在一定程度上提高了抗壓穩(wěn)定性；③由于很多主材之間連接使用腹桿進(jìn)行斜向連接，使得固定成形，很難移動(dòng)，從而使鐵塔在一定程度上可以承受更多的電線張力和風(fēng)載荷。

另外，由于受到格構(gòu)式綴條柱計(jì)算方式的作用，在進(jìn)行鐵塔計(jì)算過(guò)程中忽略了腹桿的抗彎作用，所以必須保證腹桿的質(zhì)量要比主材的質(zhì)量好，一般是它的兩倍。所以，必須對(duì)鐵塔的抗彎?rùn)C(jī)理進(jìn)行明確，從而保證更多的腹桿發(fā)揮其作用。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，最大風(fēng)情況一般控制整個(gè)塔身主材，斷邊導(dǎo)線情況一般控制塔身斜材狀況，另外，根據(jù)角度風(fēng)吹狀況下風(fēng)載荷分配表的分配情況，塔線風(fēng)載處于90°時(shí)，風(fēng)載荷處于最大情況。

圖1 塔體受彎情況變形圖

如圖1所示，為塔體受彎變形圖，此時(shí)為斷線張力狀態(tài)或者90°風(fēng)狀態(tài)作用鐵塔。從圖中可以看出，在塔體受彎之前，四支主材的位置由四條豎直粗實(shí)線代替，四條腹桿的位置由四條斜粗線代替，主材和腹桿受彎以后的位置由雙點(diǎn)劃線代替，主材節(jié)長(zhǎng)由上下兩層間的虛線間距代替。根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如果載荷處于長(zhǎng)期效應(yīng)組合狀態(tài)下，對(duì)于直線型自立式鐵塔，在計(jì)算桿塔撓曲度時(shí)，每米不應(yīng)該大于3mm，另外根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)，主材和腹桿的夾角應(yīng)該在40～70°之間，因此，如果主材為1.5m長(zhǎng)，由于受到斷線張力彎曲和風(fēng)載影響，上下點(diǎn)撓曲度為4.5mm。另外，鐵塔和地面的夾角設(shè)為3～4°，和地面接近垂直狀況，鐵塔節(jié)長(zhǎng)為1.5m，則上下點(diǎn)變形為4.5mm，另外，對(duì)于主材，其前后夾角不大于10°，所以，對(duì)于變形量為4.5mm，可以看成處于水平位置。

對(duì)于腹桿，通常情況下以40～70°的傾斜度固定在兩個(gè)主材之間的空隙上，并使用螺栓固定，所以，通過(guò)順風(fēng)腹桿產(chǎn)生的拉伸量和逆風(fēng)腹桿產(chǎn)生的壓縮量再乘以?shī)A角余弦，得出腹桿和水平面之間的夾角余弦得出夾角為24～54°。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，螺孔直徑一般比螺栓直徑大1.5mm，如果鐵塔裝好以后，幾乎所有的腹桿和主材連接以后，其螺孔間隙和螺孔螺栓的直徑差相同，所以，在計(jì)算腹桿的拉伸壓縮量時(shí)，應(yīng)該被螺孔之間的間隙抵消1.5mm，從而計(jì)算出實(shí)際壓縮量。

根據(jù)力學(xué)相關(guān)知識(shí)，由于外力使構(gòu)件產(chǎn)生變形，變形以后，構(gòu)件產(chǎn)生相應(yīng)應(yīng)力，這種應(yīng)力使得構(gòu)件進(jìn)一步對(duì)外力產(chǎn)生抵抗作用。根據(jù)這一原理，腹桿由于受到拉壓產(chǎn)生變形，從而產(chǎn)生抗力，這樣來(lái)抵抗主材的彎曲變形，這樣就可以和主材同時(shí)產(chǎn)生抗彎作用。根據(jù)虎克規(guī)律可以計(jì)算得到腹桿抗彎力的大小，需要特別指出的是：處于斷線張力和垂直狀態(tài)下的兩扇塔面腹桿不具備抗彎能力。由于主材受彎變形以后，其具有正切關(guān)系，腹桿形成的正二面角為10°，變形以后，腹桿的長(zhǎng)度基本沒(méi)有變化，然后再使用螺孔間隙抵消腹桿變形產(chǎn)生的不利因素，即使腹桿有部分變形，也會(huì)被全部抵消掉，所以，處于塔垂直方向的兩扇塔面腹桿都不具備抗彎能力。

2 腹桿抗彎概率計(jì)算

通常情況下，腹桿兩端的螺孔主要是通過(guò)螺栓連接在兩支主材上。另外，由于腹桿上螺孔之間的間距和主材上的螺孔間距都具有隨機(jī)性，所以，螺孔和螺栓之間的間隙大小以及相對(duì)位置也具備一定的隨機(jī)性。鐵桿腹塔一般采取下方托舉的方式進(jìn)行安裝，但是由于其構(gòu)件制造精度比較低，毛面配合和加工以及在運(yùn)輸過(guò)程中很容易產(chǎn)生磕碰現(xiàn)象等，所以在建塔的時(shí)候，很容易出現(xiàn)腹桿螺孔中心距和主材螺孔中心距差距比較大的狀況，在這種狀況下，很容易出現(xiàn)極端狀況，這樣，主材上腹桿的其它安裝狀態(tài)處于這兩種極端狀態(tài)之間。

根據(jù)要求，腹桿兩端螺孔中心距應(yīng)該大于主材螺孔中心距，并程軸向壓舉式進(jìn)行安裝，對(duì)于受壓桿，腹桿已經(jīng)通過(guò)主材上的螺栓進(jìn)行軸向頂緊安裝，所以，其螺孔之間的間距幾乎為零。對(duì)于受拉桿，主材上的螺孔必須沿著腹桿進(jìn)行軸向拉伸，并消除間距影響。另外，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如果螺孔總間隙比較大，就會(huì)全部抵消由于鐵塔撓曲度產(chǎn)生的腹桿桿向拉壓變形誤差，從而導(dǎo)致腹桿不能產(chǎn)生變形，就不能產(chǎn)生由于變形產(chǎn)生的抗彎能力。所以，為了能夠正確的評(píng)估整個(gè)腹桿抗彎能力，必須對(duì)不能產(chǎn)生抗彎能力腹桿進(jìn)行相應(yīng)概率計(jì)算。主材上四個(gè)間隙分別使用Q、R、S、T代表，其計(jì)算公式如下：

P（Q、R、S、T）=P（Q）·P（R）·P（S）·P（T）

由于螺孔兩側(cè)的弧段非常陡，所以進(jìn)行腹桿安裝時(shí)，只要能夠離開軸向拉舉和軸向壓舉兩種狀態(tài)，就可以安裝成下方托舉狀態(tài)。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）由于鐵塔腹桿的抗彎能力來(lái)自鐵塔，如果鐵塔受彎以后，主材就會(huì)對(duì)腹桿軸向產(chǎn)生拉壓力，這個(gè)力是腹桿對(duì)主材進(jìn)行斜支撐，從而抵抗主材彎曲的一種反作用力。

（2）主材受力以后，對(duì)腹桿前段產(chǎn)生作用力，必須對(duì)螺孔的間隙進(jìn)行消除處理，如果螺孔的間隙過(guò)大，主材并不能使腹桿受力時(shí)，腹桿就不能參與主材的抗彎作用。所以，整個(gè)鐵塔制造精度會(huì)對(duì)整個(gè)腹桿抗彎作用產(chǎn)生直接影響。必須根據(jù)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行概率計(jì)算。

（3）對(duì)鐵塔進(jìn)行創(chuàng)新理念設(shè)計(jì)，從而可以使更多腹桿發(fā)揮抗彎作用，從而提高鐵塔抗彎力。根據(jù)相關(guān)知識(shí)，可以使用正四棱臺(tái)形式的塔體進(jìn)行安裝，這種塔體可以對(duì)風(fēng)載荷斷線張力產(chǎn)生很大抵抗作用，從而提高了鐵塔抵抗外力產(chǎn)生彎矩能力。

（4）在進(jìn)行鐵塔設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該明確主材腹桿連接時(shí)螺孔間隙對(duì)鐵塔的抗彎能力的影響，盡量減少螺孔之間的間隙，另外，在鐵塔進(jìn)行制造時(shí)候，應(yīng)該提高其工藝裝備，使用比較先進(jìn)設(shè)備和設(shè)施，并合理提高鐵塔在制造過(guò)程精度，減少鐵塔連接時(shí)螺孔之間間隙，從而保證腹桿能夠有效發(fā)揮抗彎能力。所以，可以使用鉆孔鉆模方法并進(jìn)行精細(xì)加工，保證螺孔之間間隙，并采用鐵塔數(shù)控自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。

[1]王進(jìn)平.試論鐵塔腹桿的抗彎作用和制造精度[J].山西電力，2014（2）：65～68.

[2]楊驪先，孫炳楠，葉 尹.高壓輸電線路柔性腹桿鐵塔的計(jì)算分析[C].全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議，2015：46～50.

[3]胡大柱.地震作用下輸電鐵塔破壞模式分析[D].沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院沈陽(yáng)建筑大學(xué)，2004.

TM753

A

2095-2066（2016）35-0104-02

2016-12-2

葉德生（1982-），男，工程師，碩士研究生，主要從事鐵塔設(shè)計(jì)、放樣及制造等工作。