输电线路工程高强地脚螺栓应用

输电线路工程高强地脚螺栓应用

马冬波

（宁夏回族自治区电力设计院宁夏银川750001）

摘要：近几年随着电网工程的不断发展，输电线路电压等级提高、导线截面增大、铁塔导线回路增多，铁塔塔腿荷载不断增大，常规材质地脚螺已不能满足工程要求。1000kV、800kV输电线路工程投入处于不断上升阶段，大荷载铁塔势必成为工程建设重点。传统常规地脚螺栓无法满足要求，高强度地脚螺栓的研究和应用具有不可否认的必要性。当荷载大于2000kN时，采用42CrMo地脚螺栓的造价节省均接近50%，经济优势非常明显。因此，M36～M72地脚螺栓推荐采用42CrMo合金钢(强度等级为8.8级)；M24～M48地脚螺栓推荐采用35#钢(强度等级为5.6级)。

关键字：高强地脚螺栓，大荷载，8.8级42CrMo

1、概述：

输电线路自立式铁塔与其基础的连接通常采用地脚螺栓或插入式角钢(钢管)预埋连接件；钢管单杆通常采用地脚螺栓预埋件。自立式铁塔的地脚螺栓预埋件连接方式，是根据塔腿所受上拔荷载选取不同规格及数量的地价螺栓。对于荷载较小的塔型，各塔腿一般选用4枚、8枚地脚螺栓；当荷载增大时，可以增加地脚螺栓数量或提高地脚螺栓的等级。随着特高压工程建设的要求，普通地脚螺栓已经不能满足要求，需要高强度的地脚螺栓。

2、地脚螺栓的现状

目前输电线路铁塔常用的地脚螺栓材质有以下几种：

(1)Q235级地脚螺栓：螺杆和螺帽材质均为Q235B，螺栓规格为M24～M72，单根螺栓承载力设计值为50.77kN～518.1kN。其中M24～M36为J型地脚螺栓，M42～M72为棘爪型地脚螺栓。

(2)35#地脚螺栓：螺杆和螺帽材质均为35#钢，螺栓规格为M30～M72，单根螺栓承载力设计值为96.65kN～615.25kN。其中M30、M36为J型地脚螺栓，M42～M72为棘爪型地脚螺栓。

(3)45#地脚螺栓：螺杆和螺帽材质均为45#钢，螺栓规格为M30～M72，单根螺栓承载力设计值为109.37kN～696.2kN。M30～M72均为双头型地脚螺栓。

(4)40Cr地脚螺栓：螺杆和螺帽材质均为40Cr钢，螺栓规格为M36～M64，单根螺栓承载力设计值为230.97kN～769.27kN。M36～M64均为双头型地脚螺栓，多用于钢管单杆基础。

3、采用高强度地脚螺栓必要性

近几年随着电网工程的不断发展，输电线路电压等级提高、导线截面增大、铁塔导线回路增多，铁塔塔腿荷载不断增大，常规材质地脚螺已不能满足工程要求：8M72(45#钢地脚螺栓)能提供最大承载力为5569.6kN。虽然增加地脚螺栓数量可提供更高承载能力，但是12枚及16枚地脚螺栓布置形式受力机理复杂，塔脚板尺寸较大且需要焊接大量加劲板，给塔脚板焊接加工及基础施工(地脚螺栓绑扎和定位)带来很大困难。

使用高强度材质的地脚螺栓主要有以下几点优点：同等荷载下，所需螺栓的总净面积减少，使得螺栓数量减少或螺栓直径规格下降；一定程度上避免12枚或16枚的地脚螺栓布置形式，简化塔脚板结构；地脚螺栓形式简化，便于基础施工时螺栓绑扎和定位；钢材消耗减少，符合资源集约的要求。

国家电网公司电力高速通道建设进入建设扩展阶段，1000kV、800kV输电线路工程投入处于不断上升阶段，大荷载铁塔势必成为工程建设重点。传统常规地脚螺栓无法满足要求，高强度地脚螺栓的研究和应用具有不可否认的必要性。

4高强地脚螺栓的研究

钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理(淬火、回火)，通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。螺栓性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。例如8.8级螺栓，其公称抗拉强度为800N/mm2，其公称屈服强度为800*0.8=640N/mm2。

我国输电线路工程采用的地脚螺栓没有较为系统的产品标准，地脚螺栓国家标准的技术要求也比较简单。为此，中国电力科学研究院进行了输电线路地脚螺栓的研究，并已形成《输电杆塔用地脚螺栓与螺母》的报批文件。该标准主要对螺纹规格M20～M100，性能等级4.6、5.6和8.8级输电杆塔用地脚螺栓及其配套使用螺母的型式与尺寸、技术条件、标记标志及验收包装规则进行了规定。我国的工程实际中目前用到的最大规格为M80。输电线路地脚螺栓与《输电杆塔用地脚螺栓与螺母》中地脚螺栓强度设计值见表4-1。

8.8级42CrMo310

目前采用合金结构钢的高强度地脚螺栓已经在不少的线路工程中得到了应用，例如在±500kV芜湖大跨越工程的基础中用到了40Cr合金结构钢的高强度地脚螺栓，在500kV马鞍山大跨越工程中的基础中用到了42CrMo合金结构钢的高强度地脚螺栓。这些合金结构钢强度较高，塑性性能好，根据《架空输电线杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2012)中的规定，42CrMo合金结构钢的抗拉强度设计值达到了310N/mm2，是35#钢的1.63倍，若在上拔荷载较大的杆塔基础中采用合金结构钢的高强地脚螺栓，则可大大减少地脚螺栓的个数和减小塔脚板的尺寸。根据市场价，我们设定Q345钢材5500元/t，35#钢地脚螺栓6500元/t，42CrMo高强度地脚螺栓9000元/t。由于45#钢的抗拉设计值只高出35#钢13%，加之45#钢易脆断、焊接困难，所以不推荐使用。

5高强地脚螺栓的结论

采用合金结构钢高强度地脚螺栓后，塔脚板尺寸和螺栓规格均比采用35＃钢小，采用42CrMo用钢量节省41.4%～59.6％，并且随着上拔荷载的增大，节省趋势越发明显；在考虑综合造价之后，采用42CrMo综合造价节省27.8%～48.9％。尤其当荷载大于2000kN时，采用42CrMo地脚螺栓的造价节省均接近50%，经济优势非常明显。因此，M36～M72地脚螺栓推荐采用42CrMo合金钢(强度等级为8.8级)；M24～M48地脚螺栓推荐采用35#钢(强度等级为5.6级)。