超长变电构架结构分析与设计.pdf

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1、刘建秋等：超长变电构架结构分析与设计59超长变电构架结构分析与设计刘建秋，韩文庆，商文念，张晨阳(1．山东电力工程咨询院有限公司。济南250013；2．重庆大学土木工程学院．重庆400045)【摘要】针对超长变电构架结构的特点，本文以某500kV变电站中的220kV出线门型构架工程为例，重点论述了其结构动力特性、荷载及工况组合、结构内力分析及构件检验、节点设计、基础设计等5方面的内容，提出设计此类变电构架结构时所需注意的事项，为类似工程设计提供参考与借鉴。【关键词】超长变电构架结构；动力特性；荷载；内力分析；节

2、点设计；基础设计【中图分类号】TU391【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2011)09—0059—03随着国民经济的持续发展，整个社会用电量高速增长，500kV变电站规模越来越大，220kV出线门型构架长度动辄接近200m，远远超出规程规范中¨此类露天结构的温度区段长度限值，需要考虑温度应力和温度变形的影响。此类变电构架目前应用十分广泛，但由于此类超长变电构架结构形式较为特殊，计算分析相对复杂，致使相当一部分工程师在工程设计时，不做详细计算，直接套用已建工程图纸，极易使构第一阶架结构存在安全隐患

3、，出现安全事故。本文详细地分析此类构架结构，可为类似工程提供参考与借鉴。1结构形式及动力特性分析¨以某一500kV变电站中的220kV出线门型构架为研究实例，结构形式为一组8孔连续门型构架(跨度×高度=24mX14．5m)，两端设置端撑；构架柱采用直焊缝钢管A字柱，构第二阶架梁为格构式三角断面桁架梁，中间A字柱采用cP400×8的钢管，两端A字柱采用‘P4ooX10的钢管，端撑采用,~400×12的钢管，桁架梁横梁弦杆采用‘p14oX8的钢管。采用ANSYS和STAAD两种有限元计算软件，分yJzJx,t构架进

4、行有限元建模，钢材的弹性模量取E=2．06×10”N／m，密度取p=78ookg／m，泊松比取=0．3。本文构架柱采用第三阶梁系计算模式(梁系模型)和构架梁全桁架计算模式(杆系模图1构架前三阶模态型)，并利用分块的Lanczos算法，获得了构架结构的前六阶频率，如表1所示，构架结构的前三阶模态如图1所示。通过2荷载及工况组合对超长变电构架结构体系的前6阶自振频率(表1)以及前3结构所受基本荷载作为结构设计的原始输入具有基础阶结构振型图(图1)的分析，可以看出，超长变电构架有下列性作用，准确地确定结构所受的荷载及

5、其荷载组合是结构设的一些特点：计的关键。变电构架的受力主要以水平荷载为主，承受的主(1)超长变电构架从结构形式上为平面排架结构，结要水平荷载是导线及地线的张力，其次是风力；对本工程这种构的整体性较弱。前3阶振型图中均表现为单跨梁的竖向振超长变电构架温度作用也是变电构架的主要荷载。动或构架柱的纵向变形，且频率较为密集。2．1导线(包括架空地线)荷载(2)结构前3阶振型图中均未表现出明显的横向变包括在最低温、最大风、最大覆冰和安装检修工况条件下型，表明结构的横向刚度要大于结构的纵向刚度。在导线挂点产生的水平力、垂直

6、荷载和侧向风压。此荷载由电气专业提供。表1构架前六阶频率Hz2．2构架风荷载垂直于构架结构表面上的风荷载标准值按下式计算J：k=卢：0根据以往工程经验带端撑得人字柱门型构架=1．0，60低温建筑技术2011年第9期(总第159期)此类构架可不考虑风振影响。j。2．3温度作用超长变电构架为两端设有刚性端撑的连续排架，其总长度远超过150m的限值，应考虑温度作用效应的影响j。计算温度作用效应时，应根据工程具体条件合理选择计算温差，一般可分为以下三种情况：(1)在当地冬季允许露天作业的最低日平均气温条件下安装，在最高

7、日计算平均温度条件下运，此时的计算温度差可取为△t=+5O℃。(2)在当地夏季允许露天作业的最高日平均气温条件圈2构架主要受力杆件示意图下安装，在最低日计算平均温度条件下运，此时的计算温度差表2主要受力构件控制工况组合下的内力结果可取为△t=一40oC。(3)在当地夏季或冬季允许露天作业的气温条件下安装，在最大风环境温度条件下运，此时的计算温度差可取为At=+35℃或△t=一30℃。考虑到构架横梁与构架柱之间采用粗制螺栓连接，螺栓与螺栓孔之间的空隙可释放部分温度作用，工况组合时可将构架的温度作用考虑25％的折减

8、。2．4荷载组合超长变电构架设计时应根据其使用过程中结构上可能同时出现的荷载工况，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合。承载能力极限状态荷载效应组合通常可采用以下组合工况，组合系数可按文献中的规定选取：(1)大风工况：恒荷+大风下导线荷载+大风荷载。(2)覆冰戡：恒荷+覆冰下导线荷载+风荷载(10m／s)。3．2变电构架变形验算(3)温度工况l：恒荷+最高(低)温度下导