复杂地形下新旧钢结构的搭配应用研究

1项目背景

中电建福建工程公司自2007年起扎根菲律宾以来,以EPC、EP等承包模式承接了菲律宾国家电网公司输变电工程十余个。菲律宾受美国长期殖民影响,其电力技术和标准基本参考美标。菲律宾的变电站经过数十年的运营,相当多的变电站设备已十分老旧。变电站承载负荷也跟不上当地的经济发展,在节约成本和满足需求的大前提下,对原址变电站进行扩建和改造成为业主的最优选择。菲律宾现存的变电站大量采用AIs模式进行建设。AIs变电站的一大特点就是需要钢结构对运行间隔进行物理界定、划分以及电力传输支撑。其中,将新的钢结构与旧有的钢结构进行搭接,在菲律宾的升级改造工程中并不少见。

2工程案例与设计方案

菲律宾阿古斯六变电站升级改造项目,工程造价7000余万元人民币,涵盖1个新建和6个改造,共7个69kV钢结构间隔,设备设计运行高度要求达到6m。旧有的钢结构布置如图1所示。其中,深色部分为该工程新1安钢结构,装色部分为原有结构。为满足浅两新老钢结构的配合种用要求,需在材料标准、设计、测量、生产、施工各环节进行综合考虑,周密计算,才能不出纰漏。

图1构架布局示意图

2.1材料使用及标准界定

该升级改造变电站的原构架是由日本NasuDenki-TekkoCo.,Ltd.生产。钢材较薄,设计风压为160kPa/h。为满足业主最新风速标准要求,新结构需在此标准上继续强化。设计参数分为标准参数以及具体参数浅个部分,其中标准参数如下:

2.1.1导线载荷

钢构架的主要用途是对运行设备间穿越的导线进行固定和支撑,因此在设计中需要对导线的具体型号、重量、挂接设备、跨越长度以及距离进行初步评估和论证。设计中同时需要考虑到弧垂和挂接高度造成的影响,进行综合计算和取值。

2.1.2抗震设防烈度

抗震设防烈度一般根据所在地区的要求和标准进行设

定。该工程取最高等级8度,设计基本地震加速度值为0.20g。

2.1.3基本风压设计值

基本风压设计值为240kPa/h。

2.1.4材质种用

国内种用的钢材标准和国外标准有所不同。在进行搭配种用时,一般建议质量参数取高不取低,按较高的强度标准进行取样。根据设计计算,在重要部位,如角钢和节点板部位种用的是低碳合金钢0345B(C<0.2%),主要考虑到其低温性能好,冷冲压性能、冷冲压和可切削等性能都较好。其他部分取0235B钢。实际参数计算时,需要注意的是:

(1)该工程应保证抗拉强度与屈服强度实测值的比值≥1.2。

(2)钢材应有明显的屈服台阶,伸长率应>20%。

(3)对厚度大于16mm的钢材应具有常温冲击韧性的合格保证。

2.2设计选型

材料的选择需要满足设计计算要求,一般通过STAAD-PRo设计软件来进行论证。作为一款结构分析和设计软件应用程序,最初由ResearchEngineersInternationag公司在1997年研发,在全球种用最为广泛的几款工程设计软件中占有一席之地,这款软件支持几十两国际钢、木材、混凝土和铝的设计规范。通过种用这款软件,可以种用各两型号的材料对新旧构架的搭接进行模拟。通过P-Degta分析、几何非线性分析等方式分析其受力状况以及其中的技术指标应用和限制。承压结构分析如图2所示。

图2构架受力分析示意图

通过种用该软件进行分析,可以针对材料种用的薄弱环节进行加强,增加可靠性和应激强度。最后得出的选材结果如表1所示。

使用STAAD软件的优势在于:

(1)具有灵活的建模环境以及动态变更修订和管理等高级功能。

(2)通过设计,优化整体结构,降低总体成本,增加可靠系数。

(3)提高设计生产效率,简化工作流程以减少重复工作,并消除错误。

(4)降低项目成本,为客户提供精确且经济的设计,并快速周转变更请求。

使用该软件时,需要对相关的技术参数和标准进行导入和对接,综合考虑美标和国内标准对软件的影响,最后获得的数据才真实可靠,且能通过业主论证审核。

2.3现场进行测量配合

钢结构安装时需要考虑地形环境的影响。该工程地形复杂,位于悬崖边上,旧站运行年代十分久远,原钢结构基础可能出现沉降,影响实际构架拼接。需要安装的钢结构属于预生产件,现场不能进行切割使用。安装时则需要保证新钢结构就位后,连接面需和旧钢结构在同一水平面上。因此需要先进行基础施工,保证各个基础的上顶面能保持在一个水平面上对钢构架混装十分重要。

该工程使用了全站仪进行位置校准和定位,具体测量方法为:

(1)确定测量标准,具体标准需要与厂家以及测量工程师进行确认,以便保证取得的参数能够满足钢构架生产要求。经过协商,最后取得参数为:公差出入不大于20mm。如果有特别超出标准的,需要和厂家进行协商并在生产中对该部位进行特殊标注。

(2)确定测量基准顺序,目的是在全站找到各个测量的基准点,并保证这些基准点在一个水平位置上,保证测量的准确性。测量方法为:l)确定测量方案和路径,预先标注测量位置,统计点数。统计测量点数是为了保证测量的精确性。2)沿着测量路径,使用全站仪对各点采用相邻基准位置预先测量法,即沿着计划路径先确定测量基准点。测量基准点一般以运行站现有的道路标高作为定位依据。确定点位后,将该测量点进行标注,并以该测量点作为标准,对下一个测量点进行测量。3)对各个现有的钢构架位置进行测量。为保证测量数据准确,测量一个立柱取五点,即构架四脚各取一点,四脚交叉中心取一点,如图3所示。

(3)为保证测量参数可靠可用,需由有经验的操作员进行操作,并严格按操作步骤执行。操作中保证以下参数调校准确:1)仪器架设需要对中,调平。2)仪器需校验过关,精度符合要求,测试参数记录完整。主要获得参数为水平角、距离、大气改正值或气温气压值、量仪器高、棱镜高、棱镜常数等。

最后经过现场参数比对,将获得参数与厂家进行沟通确认。

2.4钢材图纸检查和放样

在取得最终可用的参数结构后,结合设计,对钢结构进行生产和加工。由于钢构架使用的钢材带镀锌防腐,原则上不能在现场对其进行切割,必须在工厂就对材料尺寸做最终定型,这就需要对钢结构进行放样和图纸检查。

生产中需要特别注意的是角钢的螺旋准线。海外工程存在一个材料运输困难的问题。在新旧钢构架的接驳中,如果出现螺栓边距不足,没有合适的连接材料,则接口施工无法进行。因此,进行充分的设计和材料准备是十分必要的。

根据现场的实际情况需要,应对采用的角钢孔径进行冗余设置,再配合垫片进行连接,可以有效地增加不同类型连接孔之间的契合度。具体参数如图4所示。

2.5现场安装调整

现场施工中,为了保证部分连接板能够和旧有构架正确衔接上,还需要在现场进行打孔。为了保护冲孔后露出的钢材本体,需要在现场对成孔进行喷涂锌层处理,锌层附着量不低于610g/m2,不凸起、不剥离、不脱落。冲孔部位要预先进行判断和力学分析,保证实际冲孔对板块结构不造成影响。设计时需要预先进行尺寸测定并出图,如图5、图6所示。

3结语

菲律宾阿古斯六变电站紧临菲律宾国家电网南部控制中心,是给棉兰老岛南部几个重要城市供电的重要枢纽变电站。对变电站的钢结构成功再利用,缩短了旧站的停电时间,为菲律宾国家电网公司节省了材料和运行成本,减少了对供电电网的影响,满足了其保留旧有钢结构的设计初衷。同时重新排列了整个变电站的设备布置和框架,使之井然有序。该类升级改造站中新旧钢结构的搭配使用案例也为我公司在菲律宾的后续升级改造工程提供了技术借鉴和参考。