双回路钢管塔防坠落爬梯的设计应用探讨

【摘要】在充分分析和计算基础上，将现有钢管杆塔的爬梯重新设计成同时具有登高和防坠落功能。并在现场得到广泛的应用。
【关键词】钢管塔  爬梯  防坠落
 
 500kV练塘变-泗泾变线路工程是华东电网“两型三新”试点工程，线路长32.5公里，其中S22-S40A(20基)为两回500kV与两回220kV同塔四回路架设，其余为500kV同塔双回路，全线导线采用6*LGJ630/45钢芯铝绞线，地线一根为OPGW复合光缆，另一根为JL/LB1A-95/55地线。
    本工程铁塔是国内首次试点使用Q460材质的高强度钢管塔其特点：：
    1、采用V串桶型紧凑型钢管铁塔，这种塔型比V串鼓型紧缩型铁塔小3米，比导线三角排列的紧凑型铁塔要小10.7米，有效地减少线路走廊内的拆房量。
 2、铁塔采用Q460高强度钢管新材料，目前国内还没有在桁架式铁塔上应用的实例。高强度钢特点一是钢管断面回转半径大（对于截面积和计算长度基本相当的角钢和钢管构件，钢管的回转半径约是单根角钢的2倍。相应的，钢管的承载力要远大于单根角钢）；二是钢管构件的风阻力系数较小；三是高强度钢比Q420钢进一步减少材料用量，从而减少能源消耗，降低工程造价。
 为落实“以人为本”的科学发展理念，给杆塔登高作业人员提供有效防坠落保护而设计防坠落爬梯。在杆塔上安装的防坠落爬梯除能提供登高设施外同时对登高作业人员具有有效防坠落保护。
一、设计思路
   传统钢管杆塔上的爬梯结构是在Φ50钢管（或﹤50×5角钢）的两侧交叉焊接脚钉，只能实现单一的登高功能。
 防坠落爬梯是在传统钢管杆塔上的爬梯结构的基础上将Φ50钢管（或﹤50×5角钢）改用特制轻型工字钢（截面参见图1），并布置脚钉（图2）。脚钉与工字钢的连接分为焊接式和装配式（图3），以满足用户的不同需求。防坠落爬梯与装在其工字钢导轨上的防坠器及安全绳组成高空作业用防坠落装置，作业人员可通过爬梯到达钢管铁塔上的任意位置，当高空作业踏空时，由于自锁器反向下滑的自锁功能，可立即将作业人员牢固锁紧在导轨上，有效防止从高空坠落造成的人身伤亡事故。
方案选择
 2.1二合一型
   是在传统钢管杆塔上的爬梯结构的基础上将Φ50钢管（或﹤50×5角钢）改用特制轻型工字钢，轻型工字钢两侧交叉焊接或装配脚钉，轻型工字钢焊接耳板，再通过螺栓安装在钢管杆塔的耳板上。防坠落爬梯将爬梯与防坠落导轨设计成一体，结构简单可靠，制作原装十分方便。
 2.2独立型
   现钢管杆塔上的爬梯不作变动，另外制作并安装工字钢导轨，比较适合在旧钢管杆塔上的安装，在结构设计上，要在导轨底部焊L形板与钢管杆塔上的耳板相联（原连接螺栓可能要加长），L形板的长边要大于200mm，相对于二合一型，当导轨受到冲击荷载时，会对杆塔耳板产生附加弯矩，显然不是理想的结构，新安装的钢管杆塔确无必要采用此方案。
   通过对比不难看出，二合一型是合理的，即使旧钢管杆塔上安装防坠落装置，从美观实用角度看，也是直接选用二合一型的防坠落爬梯为宜。
三、设计计算
 通过比较确定选用二合一型，故有关设计载荷计算全部针对二合一型。
 根据国网公司《输电线路杆塔作业防坠落装置技术标准》，要求导轨保证静力载荷为22KN不被破坏，安装后的导轨几乎处于垂直状态，导轨的主要载荷与导轨截面垂直，实测导轨的截面积为537，则导轨的最大拉应力为22000/537=41MPa＜[σ]=215MPa（考虑导轨连接耳板需要焊接在导轨上，导轨材料选焊接性能好的Q235钢）。
 1）、导轨在攀爬者体重作用下的受力计算（弯矩图见图4）。设攀登者的最大体重为75kg，即750N，脚钉着力点至导轨中心的距离为150mm，从图4可看出，导轨旁弯时的最大弯矩为0.5×750×150=56250N·mm，导轨底宽37mm，再从导轨截面图上测出沿弱轴的惯性矩为21722.951，导轨旁弯时的最大弯曲应力为σ=56250×18.5/21772.951=47.904MPa＜f=215MPa
 导轨受力校核计算通过。
                                    图4 导轨旁弯弯矩图（单位：N.mm）
 2）、连接耳板的受力计算。导轨是通过一群耳板与杆塔上的耳板相联，按保守计算至少有5个耳板与杆塔相联同时受力（导轨保证静力载荷22KN），耳板截面尺寸8×75，参见图5，螺栓孔至导轨底部距离为100mm，耳板受到的最大弯曲应力为：
 σ=100×22000×37.5∕（5×8×/12）=58.667MPa＜f=215MPa
 耳板受到的平均剪应力为：
 τ=22000/(5×8×(75-35))=13.75MPa＜=125MPa
 耳板受力校核通过。                                 
  3）、防坠落爬梯的脚钉同现有爬梯不另作校核。          
 以上有关材料强度设计值f和取自GB50017《钢结构设计规范》。
四、应用情况
 在500kV练塘变-泗泾变线路工程中，华东电网从工程立项、设计到施工建设，都立足于规范、高效和高标准的原则，坚持科学管理，“管好在建项目，严把安全关，确保施工、运行安全无事故”真正形成上下联动、左右互动的良好氛围，结合工程铁塔高、大、重的特点，采用了具有安全可靠、保护全面、使用方便、操作简单、抗腐蚀能力强和同时满足多人作业等优点的防坠落保护装置，充分利用历来的施工经验，促进和实现工程科技创新与技术进步，让工程的广大员工严守安全规程，确保电网建设施工安全。

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