对高强冷弯型钢应用在输电铁塔上的思考

摘要：冷弯型钢因其截面形状合理、力学性能良好、钢才利用率高等特点，一直是经济又环保的建筑材料，在现代建筑行业中具有广泛的应用基础。而将高强度冷弯型钢应用在输电铁塔中，既有明显的技术经济效益，又有助于提升我国输电线路的建设水平。本文在分析输电线路铁塔的发展现状的基础上，探讨了高强冷弯型钢在输电铁塔中的优势及发展前景。

关键词：高强度冷弯型钢；输电铁塔；应用

1 引言

在电网升级改造过程中，大截面导线工程、大跨越工程建设不断出现，致使大坡度的铁塔和多回路同塔并架越来越得到应用，杆塔的荷载也越来越大。随着杆塔规模逐渐向大型化发展，组成铁塔型材的规格也越来越大，使得当前常用的低强度热轧角钢很难满足实际使用的高要求，因此迫切需要寻找新形式、新品种的型钢材料。冷弯型钢因其截面形状合理、力学性能良好、钢才利用率高等特点，一直是经济又环保的建筑材料，在现代建筑行业中具有广泛的应用基础。因此本文在分析输电线路铁塔的发展现状的基础上，探讨了高强冷弯型钢在输电铁塔中的优势及发展前景。

2 输电线路铁塔的发展现状

目前，我国热轧高强度角钢的市场供应较少，使得高硬度角钢在输电铁塔上的应用受到诸多限制。Q235和Q345角钢一直是我国输电铁塔的常用角钢。我国的输电铁塔的重量指标和国外发达国家相比还存在较大的差距。而高强度冷弯型钢的应用，可以充分发挥刚才的特性，有效降低铁塔的重量指标，进而推动我国铁塔设计水平的提高。近几年来，我国已经设计出多种新塔型，随着我国钢铁工业的快速发展，输电铁塔在钢材的选择和使用上也得到了进一步的改善。

2.1 钢管塔的应用

钢管塔的外型美观、占地面积小、构件风压小、刚度大、受力合理、传力清晰等特点，有助于在极端恶劣的条件的下增强塔结构抵抗自然灾害的能力。大型高塔，特别是特高压同塔双回路采用钢管塔，在我国电力行业得到了普遍应用。20世纪80年代，以日本为代表的世界发达国家在高塔和超高压线路中青睐于钢管塔，对钢管杆的研究非常透彻。在借鉴国外先进经验的基础上，我国先后在同塔四回铁塔和500kv双回路铁塔中将钢管型材应用其中，并取得了良好的经济效益。

2.2 高强度钢材的应用

一直以来，我国输电线路铁塔所采用的钢材存在着品种单一、强度值偏低的情况。在遇到杆塔所受的荷载比较大时，一般只有通过采用组合截面来弥补材料强度不足的问题，极大地增加了加工和设计的工作量和成本。近些年来，随着我国冶金工业的迅猛发展，高强度钢材的生产、加工已非难事，并且其质量也越来越高、越来越稳定，为其在我国输电线路铁塔中的大量应用提供了可能。国家电力公司公司建设所新的研究结果表明，从目前的技术和使用方面，已经具备条件将高强度刚才应用在输电线路铁塔上，并且高强度钢的应用还能够降低铁塔重量的15%左右，进而有效降低了施工的难度和工程造价。

2.3 高强冷弯薄壁型钢的应用

冷弯薄壁型钢是由钢板通过压弯成型机或冷轧机加工成型的轻型钢结构构件， 其主要截面型式有角型、T 型、槽型、工字型、Z 型等。在英国、意大利、美国等国家，冷弯薄壁型钢已经被应用在输电线路铁塔中。有资料显示，高强冷弯薄壁型钢与热轧角钢相比，能够节省10%～16%左右的钢材。在我国，冷弯薄壁型钢还未被应用在输电铁塔中，大多是通过节点特殊处理和组合截面等方式来弥补钢材的不足，但是这些方法使得铁塔的荷载的传递方式复杂化，加大了设计、加工的工作量和成本，同时也增加了施工建設的安全风险。而冷弯型钢因具有截面形状合理、力学性能良好、钢材利用率高等特点，能够使其受力更加合理，钢材利用效率更高，更具有优势。

3 高强冷弯型钢在输电铁塔中的优势及发展前景

3.1 高强冷弯型钢在输电铁塔中的优势

近些年来，我国冶金工业和钢铁行业飞速发展，冷弯薄壁型钢也得到较快发展，与传统的轧制钢材相比较具有诸多方面的优势，具体如下：

第一，高强冷弯型钢的强度高，截面特性经济。腹杆的工作态度大多数情况为大柔度杆的压杆失稳，如果选择角钢等型材，界面特性没有明显的优势，同时可以选择的规格也极其有限而冷弯型钢的强度大，并且其截面的受力也更合理，其经济成本更合理。第二，种类多、规格复杂。例如，一座15t的常规性铁塔，一般要用到30多种不同规格的角钢，这对采购部门采购种类众多、、规格匹配、质量合格的型材具有很大难度。因而在铁塔的加工中常常会存在用大的型材替换小的型材的情况，在这一加工过程中常常会造成材料的浪费。而冷弯型钢能够生产热轧不可以生产的特薄、闭式、咬口等复杂型材。同时，冷弯薄壁型钢的生产设备简单，一套冷轧机能够生产多种规格的型钢，生产的规格和批量也不受限制，这为铁塔的用材提供了很大的保障。第三，防腐问题比较容易处理。由于输电铁塔长期暴露在室外环境中，防腐问题是必须面对的问题。当前，热镀锌是国内外主流的防腐技术，但是这种技术一是成本高，二是给容易造成环境污染。输电铁塔的刚才采用高强耐候型，与传统生产方式相比，将防腐工序去掉，而是转化到对材质的一次性投资，减轻了后续的维护成本，同时还能够减少对环境的污染。

3.2 高强冷弯型钢在输电铁塔中的发展前景

高强冷弯型钢与传统的普通热轧型钢相比较，具有经济、高效等特点。随着我国电力行业的不断发展，开发并利用新型的输电铁塔已经势在必行，而随着冷弯型薄壁型钢在工业和建筑结构中的应用逐渐增多，其设计的理论也日趋完善。目前，我国实施的是国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和中国工程建设标准化协会颁布的《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》，这些都为冷弯薄壁型钢大量应用提供了设计依据。目前，冷弯薄壁型钢还没有在我国输电铁塔中得到广泛应用，主要是相关的设计技术规范严重缺乏。并且，输电铁塔的计算模型复杂，要想切实推动输电铁塔冷弯薄壁型钢的广泛应用，还需要研究人员做大量的理论分析和试验工作。但是，从大趋势而言，在输电铁塔中应用高强冷弯型钢是解决大型铁塔使用型材、节约铁塔用钢的有效途径，具有明显的技术效益和经济效益。随着我国经济建设的进一步发展以及人们对高强冷弯薄壁型钢的认识和相关规范的完善，高强冷弯薄壁刚在未来我国经济建设中的应用，尤其是在输电铁塔上的应用，势必将更加广泛。

参考文献：

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【2】何长华. 输电线路铁塔用钢的发展趋势 [J]. 电力建设， 2010（1）： 56-57.

【3】肖俊杰. 输电铁塔塔架极限载荷及动力学分析 [D]. 武汉： 华中 科技大学， 2011.

作者简介：高玉华（1984—），女，河北保定人，助理工程师，研究方向：机械设计。