1、钢管塔结构特点
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钢管塔设计、结构特点和焊接要求
专栏：行业资讯
发布日期：2023-07-31
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|转至：输配电线路
▲ 钢管塔
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1.1 钢管塔的应用范围和结构特点
可承载导线大、输送容量大；
钢管塔构件风压小、节约钢材；
结构荷载大、塔高高；
结构简洁、传力清晰、外型美观；
结构延性好、抗过载能力强、安全性能佳；
可承担角钢结构无法承担的超大荷载，技术经济优势明显。
1.1.1 第一代钢管塔
2001年～2003年间设计，并于2004～2005年间投运的：500kV扬州二厂－斗山线路、500kV武南－锡东南线路、500kV杨高变－杨行变线路。投运线路总公里数200公里左右。
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◆特点：
格构式钢管塔、刚性腹杆；
相贯焊、焊接工作量大；
钢管非标准、加劲板法兰；
加工效率极低、塔重较重；
材质Q345、Q235。
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1.1.2 第二代钢管塔
2006年～2008年间设计，并于2007～2009年间投运的：500kV外高桥－顾路线路、500kV顾路－南汇线路、500kV南汇－三林线路、包括双回路、四回路线数近50公里。
◆特点：
格构式钢管塔、刚性腹杆；
摒弃相贯焊、焊接工作量小；
钢管标准化、但法兰仍有加劲板；
加工效率提高；
塔重轻15 %－20% ；
常规材料：Q345B、Q235B。
1.1.3 第三代钢管塔
2008年～2009 设计，500kV练塘～泗泾线路，全长41公里(双回34公里、四回7公里)；2008年～2011 设计，1000kV淮南～浙北～上海(皖电东送)工程，全长650公里等。2011年～2013 设计，1000kV浙北～浙中～浙南～福州 工程，全长1/4线路17万吨。
◆特点：
格构式钢管塔、刚性腹杆；
摒弃相贯焊、焊接工作量小；
钢管标准化；
采用环向对接焊的锻造法兰；
加工效率进一步提高；
塔重再次轻8 %－12% ；
材料：Q460C、Q420B、Q345B。
1.2 钢管塔的推广应用面临最大的问题
1）设计研究、加工制造、施工安装以及监理监造的能力；
2）加工效率低下、人工焊接仍然大量存在；
3）制造成本较高、影响钢管塔的经济优势；
4）钢管、法兰、高强螺栓等零部件质量离散性较大；
5）山区运输问题较大、代价较高，制约大面积的推广；
6）全国范围内产能有限，如特高压工程集中上马，面临巨大的加工压力。
2、钢管塔用法兰 ▲ 刚性有劲法兰 刚性有劲法兰刚度好，但手工焊接工作量巨大，加工效率低下。 ▲ 塔柔性无劲法兰
柔性无劲法兰无加劲板，焊接少，但刚度差，法兰的螺栓受弯。
为最大程度地提高钢管塔的生产效率，采用高颈锻造法兰，减少法兰加劲板的焊接工作量是行之有效的办法。
根据收集到的资料，高颈锻造法兰是日本钢管塔中常用的法兰型式，日本锻造法兰均采用对焊连接，外形美观、焊接可靠。日本的高颈锻造法兰主要有以下两种型式。
▲ 对接式
▲ 嵌入对接式
国家标准 GB/T 9115-2010《对焊钢制法兰》和 GB/T9116-2010《带颈平焊钢制管法兰》
▲ 带颈对焊法兰（推荐）
▲ 带颈平焊法兰（不推荐）
1）试验和研究：有限元分析、法兰足尺试验、铁塔真型试验；
2）参数：确定法兰盘厚度，法兰颈厚度、高度、坡度、圆弧弧度(R)等参数
3）材质：确定 Q345 材质；
4）标准化：确定法兰的配置表。
▲ 标准化锻造法兰配置表
▲ 锻造法兰的命名原则
▲ 标准化锻造法兰参数表
▲ 管道法兰受力示意图
▲ 钢管塔法兰受力示意图
1、角焊缝、焊接工艺简单、要求低，成本低，质量难控难检；
2、焊缝离开较远，受力不均匀、变形不一致，应力状况复杂；
3、有空隙，易进酸进水、镀锌易暴胀，影响法兰的可靠度。
1、环向对接焊缝、焊接要求高，质量需检测易控制；
2、焊缝受力均匀、变形较协调，应力状况简单；
3、只要焊接过关，法兰连接的质量可靠。
3、钢管塔用直缝焊管 ▲ 管道用钢管的受力方向 ▲ 钢管塔用钢管的受力方向 ▲ 与锻造对焊法兰焊接 ▲ 与刚性法兰焊接 ▲ 与柔性无劲法兰焊接 ▲ 与锻造法兰焊接实物照片 ▲ 与插板接头焊接 ▲ 管--管相贯焊接 ▲ 利用连接板连接 GB/T13793-92《直缝电焊钢管》（注：现行为GB/T13793-2016） GB/T6728-2002《结构用冷弯空心型钢尺寸、外形、重量及允许偏差》（注：现行为GB/T6728-2017） GB/T3091-2001《低压流体输送用焊接钢管》（注：现行为GB/T3091-2015） GB/T8162-1999《结构用无缝钢管》(型材)（注：现行为GB/T8162-2018） 4、钢管塔用标准化连接插板 ▲ 常用插板型式(5种) 5、钢管塔焊接要求 ▲ 焊接热影响区和焊接残余应力 ★ 最大轴向残余应力可达屈服强度的40—50%；焊接热深度影响区约为 4 倍焊脚尺寸的范围。 （1）钢管与带颈锻造法兰的环向对接焊缝、钢管主材变坡处的环向对接焊缝要求100%熔透，且应达到一级焊缝的质量标准，同时按相关规定进行焊接工艺设计、评定，以合格工艺施焊，焊缝质量应按标准要求进行检查；变坡处钢管的纵向焊缝应错开布置。 （2）钢管与刚性法兰焊接时，钢管应插入法兰厚度一半深，双面角焊缝，如图4所示，焊脚尺寸取管壁厚度。 （3）钢管与柔性法兰焊接时： (壁厚变化、焊脚高度、剖口角度、有无内缝、管壁间隙)。 对上圈环向角焊缝：当法兰板厚≥30mm时，法兰盘内侧应倒角坡口，焊脚尺寸可取焊缝的有效高度。 对下圈环向角焊缝：当钢管壁厚≥8mm时，钢管端外侧应倒角坡口，焊脚尺寸可取焊缝的有效高度。 （4）节点板和钢管的主要受力焊缝，应满足外观二级的质量要求，焊脚尺寸取较薄构件的1.2 倍，当节点板厚度≥8mm时，应根据焊接规程要求开坡口焊接。 （5）节点板或钢管上的加劲板焊缝为次要焊缝，一般均为角焊缝，满足三级焊缝的质量要求，焊脚尺寸取较薄构件的1.0 倍，当加劲板厚度≥12mm时，应根据焊接规程要求开坡口焊接。 （6）对于T型连接焊缝： 当对t2厚度大于20mm的板材在厚度方向进行焊接时，应采取冷却收缩时不易引起层状撕裂的焊接工艺控制措施。 （7）对于钢管与钢管的相贯焊缝，焊脚尺寸未注明者一般不小于较薄构件的 1.2倍，且不大于 2.0倍，焊缝沿全周连续焊接并平滑过渡，当被焊接构件厚度 ≥8mm时，要按规定进行剖口后再焊。 相贯焊：鞍部应力最大、根部和冠部相对应力较小，根据管径差别，在2.5—4.5倍之间。 （8）焊接时，不得随意加大焊缝，避免焊缝立体交叉和在一处集中大量的焊缝。 （9）所有焊接件均需加封焊，以防酸液进入接触面而造成锈蚀。导地线挂点、抱杆承托绳耳板孔、横担提线用施工孔等统一采用套管或厚板钻孔塞焊的形式。 （10）塔头横担挂线处密集焊缝的处理。 （11）环向加劲板的拼焊处理。 （12）插板与钢管的焊接——外观二级。 1）一定要知道哪些是主要受力焊缝、哪些是次要受力焊缝，那些是构造焊缝； 2）在满足受力的情况下，焊脚尺寸越小越好，不是越大越好； 3）在满足加工条件的前提下，能开坡口则开坡口，以减小焊脚尺寸； 4）一定要和设计单位好好商量，领会设计的正确意图； 5）珍惜设计交底，有问题和合理的要求在交底会上提出来，争取写入交底会议纪要。
