鐵塔目前用材主要以熱軋角鋼型材為主，輔以少量鋼管，鋼材的品種以Q235和Q345兩種為主，鐵塔采用熱鍍鋅防腐，使用年限約為50年。與發(fā)達(dá)國家相比，品種少，強(qiáng)度值偏低、可選擇余地小。

　　當(dāng)桿塔荷載較大時，只能采用組合截面的方法來彌補(bǔ)材料強(qiáng)度低的不足，這必然導(dǎo)致鐵塔桿件數(shù)量及規(guī)格增多，節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，安裝工作量增大，既造成了工程投資的增加和資源的浪費，也影響了行業(yè)在國際市場上的競爭力。隨著更高電壓等級的750kV、1000kV交流特高壓、±800kV直流特高壓輸電線路的建設(shè)，以及大截面、多分裂導(dǎo)線的使用，桿塔設(shè)計荷載不斷增大，這種由于鐵塔用鋼材強(qiáng)度過低所造成的影響表現(xiàn)得越來越突出。

　　在輸電線路桿塔材料方面，國際上有許多國家已經(jīng)采用了比我國強(qiáng)度高得多的鋼材。日本在1992至1999年相繼建成四段同塔雙回路共425 km的1 000 kV線路中，主材采用屈服強(qiáng)度392 MPa的鋼管型鋼，日本1 000 kV特高壓線路鐵塔主材在采用鋼材屈服強(qiáng)度為392 MPa的鋼管之后，現(xiàn)行規(guī)范又將鋼材屈服強(qiáng)度提高到440 MPa，歐美國家大多采用屈服強(qiáng)度為450MPa的鋼材。目前，歐美、日本等國家的高強(qiáng)鋼基本用于500 kV及以上電壓等級山東電力鐵塔上，新建線路鐵塔主材已全部采用高強(qiáng)度鋼材。俄羅斯的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中所列鋼材的強(qiáng)度等級已達(dá)到578mpa。

　　我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中的最高強(qiáng)度等級為420MPa(Q420鋼材)，《架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定》中的最高強(qiáng)度等級只有390MPa(Q390鋼材)。從各國的設(shè)計規(guī)范選材范圍及工程實際應(yīng)用情況來看，我國的高強(qiáng)鋼使用水平均明顯落后于國外一些發(fā)達(dá)國家。

熱鍍鋅鐵塔

　　2 鐵塔應(yīng)用高強(qiáng)度鋼條件成熟

　　2.1 高強(qiáng)度鋼存在市場需求

　　隨著我國電力業(yè)的快速發(fā)展，大容量、長距離、高電壓的輸電線路越來越多，桿塔的荷載越來越大。同時由于我國土地資源緊缺以及環(huán)保要求提高，使得線路走廊、拆遷問題日趨嚴(yán)重，為縮小線路走廊、減少拆遷量和占地和基礎(chǔ)土方開挖，多回路同塔并架和大坡度的鐵塔將越來越多地被采用。

　　隨著桿塔結(jié)構(gòu)的大型化發(fā)展，組成鐵塔的型材規(guī)格也越來越大，使得目前常用的低強(qiáng)度熱軋型鋼已難以滿足使用要求，且熱軋型鋼規(guī)格有限，貨源不充足。雖然通過采用組合截面和節(jié)點特殊處理可部分彌補(bǔ)型材的不足，但使得設(shè)計、加工的工作量和投資增大了許多，也使荷載傳遞方式復(fù)雜化，增加了不安全隱患。因此，在我國探求一種適合山東電力鐵塔的新型鋼形式已顯得十分必要。

　　2.2 供貨渠道暢通

　　隨著我國冶金工業(yè)的不斷發(fā)展，高強(qiáng)度鋼材的生產(chǎn)已經(jīng)不再是難事，我國的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼的質(zhì)量提高較快且日漸穩(wěn)定，已經(jīng)具備供貨能力。通過調(diào)研，國內(nèi)大多數(shù)鋼鐵公司在高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)上已完全具備相應(yīng)的技術(shù)能力，目前生產(chǎn)的鋼材強(qiáng)度可達(dá)到或超過Q420和Q460鋼的強(qiáng)度等級。高強(qiáng)鋼板材的生產(chǎn)廠家較多，已具備了一定的生產(chǎn)規(guī)模。對于Q420和Q460等級的高強(qiáng)度角鋼，由于長期以來沒有需求，且總用量也不大，因此，其生產(chǎn)一直沒有形成規(guī)模，市場上沒有現(xiàn)貨，其規(guī)格和用量都需要預(yù)定生產(chǎn)，這也是在我國山東電力鐵塔設(shè)計方面一直只使用Q235、Q345低等級鋼材的原因。

　　2.3 配套技術(shù)基本成熟

　　在750kv輸電線路的前期科研項目中，國家電力公司電力建設(shè)研究所已經(jīng)對高強(qiáng)鋼使用將要遇到的節(jié)點連接構(gòu)造、構(gòu)件設(shè)計參數(shù)取值、配套螺栓以及經(jīng)濟(jì)效益情況進(jìn)行了研究:認(rèn)為目前從技術(shù)和使用上，高強(qiáng)鋼已完全具備了在鐵塔中使用的條件，并且高強(qiáng)鋼的使用可降低鐵塔重量10%-20%。

　　目前我國已經(jīng)有了可以使用的高屈服點鋼材Q390，Q420和Q460。在大負(fù)荷桿塔上使用高強(qiáng)鋼可有效地降低塔重指標(biāo)。云廣直流輸電線路作為世界上第一條±800kV等級的直流輸電線路，采用高強(qiáng)鋼對有效降低工程造價，對提高我國輸電線路科技水平和競爭力有著重大意義。

　　3 促進(jìn)冷彎薄壁型鋼的應(yīng)用

　　冷彎薄壁型鋼的使用在國外已有幾十年的歷史。據(jù)了解，在山東電力鐵塔中已應(yīng)用冷彎薄壁型鋼的國家有意大利、美國、加拿大、英國、原蘇聯(lián)、墨西哥等。據(jù)國外資料統(tǒng)計，采用冷彎薄壁型鋼比傳統(tǒng)熱軋角鋼可節(jié)省鋼材10%-18%。美國《山東電力鐵塔設(shè)計導(dǎo)則》中有針對等肢卷邊角鋼和除角鋼外其他型鋼的承載力計算的描述，這說明美國土木工程師協(xié)會早已注意到冷彎型鋼的構(gòu)件在鐵塔上的應(yīng)用。

　　與傳統(tǒng)軋制型材相比，冷彎薄壁型鋼具有斷面材料分布合理、回轉(zhuǎn)半徑大、抗彎、抗扭性能好、重量輕強(qiáng)度高、材料利用率高以及施工方便等特點。它不是像熱軋型鋼以增加材料面積來提高其承載力，而是通過變化型鋼斷面形狀達(dá)到提高承載力和節(jié)約鋼材的目的。這里就以下三個方面闡述如下：

　　3.1 高強(qiáng)度的型材。在室溫下彎曲成型，截面彎角部分由于鋼材的冷彎效應(yīng)即強(qiáng)度提高、塑性下降，其強(qiáng)度高于平板部分。冷彎效應(yīng)現(xiàn)象是由于塑性變形引起的應(yīng)變硬化和應(yīng)變時效形成的。一般情況下，如利用冷彎效應(yīng)提高后的強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計則可節(jié)省約10%～15%的鋼材，如不計冷彎效應(yīng)仍按原材料強(qiáng)度設(shè)計，則相當(dāng)于提高了冷彎型鋼的安全儲備。

　　3.2 允許發(fā)生局部屈曲。板件的穩(wěn)定問題歷來是建筑剛結(jié)構(gòu)設(shè)計中的核心問題，普通碳素鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中通過板件寬厚比限值等方法限制板件出現(xiàn)局部屈曲。而冷彎型鋼結(jié)構(gòu)卻允許發(fā)生局部屈曲，因為板件局部屈曲并不意味著板件的破壞。由于其存在薄膜效應(yīng)，可以繼續(xù)承受外荷載，這就是板件的超屈曲。超屈曲的利用擴(kuò)大了冷彎型鋼的使用范圍。

　　.3 防腐問題。由于輸電線路長期在野外運行，為保證鐵塔安全，煙臺電力鐵塔通常采用熱鍍鋅防腐。冷彎薄壁型鋼由于截面形狀多變、型鋼壁薄不太適宜熱鍍鋅。目前，一些先進(jìn)的防腐技術(shù)和工藝在不斷地出現(xiàn)，如采用耐候材料和新鍍層工藝，為冷彎薄璧型鋼的防腐提供了良好的解決措施。

　　冷彎薄壁型鋼在國內(nèi)已被建筑、交通、市政、工業(yè)和民用用品等行業(yè)廣泛使用。但在國內(nèi)，冷彎薄壁型鋼在煙臺電力鐵塔中的使用仍是空白。在上世紀(jì)80年代末期，有關(guān)科研單位就開始著手冷彎山東薄壁型鋼用于煙臺電力鐵塔的可行性研究，但由于當(dāng)時冷彎型鋼的價格較高和技術(shù)手段不夠完善，加上早期的鐵塔規(guī)模都較小，已有的熱軋型鋼完全就可滿足使用要求，項目未能立項。近年來。隨著我國鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，冷彎薄壁型鋼等經(jīng)濟(jì)型材發(fā)展很快，這些經(jīng)濟(jì)型材用量在逐年增加，加工成本在降低，加上其自身截面的優(yōu)良性能，經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。這為冷彎薄壁型鋼在煙臺電力鐵塔上的應(yīng)用提供了可能性。

　　電力鐵塔推廣使用高強(qiáng)耐候冷彎型鋼，不僅可減少鐵塔耗鋼，還能降低加工成本，避免環(huán)境污染。是一項有顯著經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保意義的工作，所以應(yīng)及時開展高強(qiáng)冷彎型鋼，尤其是高強(qiáng)耐候冷彎薄壁型鋼在山東電力鐵塔上的應(yīng)用研究。

　　4 結(jié)論

　　在電力鐵塔中應(yīng)用高強(qiáng)鋼是提高我國輸電線路建設(shè)水平的一大突破。對特高壓電網(wǎng)的建設(shè)具有重要意義，更為重要的是，高強(qiáng)鋼的應(yīng)用對全社會提高鋼材的利用率、降低工程造價、提升加工安裝工藝水平等具有積極的作用。同時也有利于社會的技術(shù)進(jìn)步和節(jié)約型社會的建設(shè)，一旦高強(qiáng)鋼材在輸變電建設(shè)領(lǐng)域推廣使用，將會推動我國鋼材材質(zhì)向高品質(zhì)方向轉(zhuǎn)化，帶動我國鋼材質(zhì)量的不斷提升，促進(jìn)我國鋼鐵工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

　　我國冷彎薄壁型鋼在山東電力鐵塔尚未應(yīng)用，更沒有相關(guān)的設(shè)計技術(shù)規(guī)定。鐵塔結(jié)構(gòu)的計算模型是空間桁架結(jié)構(gòu)，構(gòu)件的設(shè)計是按拉桿和壓桿穩(wěn)定計算，構(gòu)件的邊界條件情況對構(gòu)件承載能力產(chǎn)生很大影響，同時線路施工現(xiàn)場決定鐵塔組裝不能使用大型機(jī)械，應(yīng)采用易于現(xiàn)場施工的連接方式。山東電力鐵塔受力和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的特殊性決定了不可照搬輕鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，要想使冷彎薄壁型鋼在山東電力鐵塔中廣泛使用，還需要進(jìn)行一些理論分析和試驗研究。

福興熱鍍鋅熱點：

　　·路燈桿制作工藝流程

　　·熱鍍鋅鋼格板廠家應(yīng)圍著用戶做產(chǎn)品

　　·熱鍍鋅鋼格板表面出現(xiàn)沉淀