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摘要：本文主要针对宁东-山东±660kV直流输电示范工程宁1标段铁塔组立施工中，铁塔横担长、重量大、起吊难度大等特点，通过严格的计算，确定起吊方案并论证其实施的可行性，从而为现场施工提供理论支持，为铁塔组立施工的顺利完成奠定了基础。
关键词：铁塔 横担 吊装 受力计算
宁东-山东±660kV直流输电示范工程宁1标段铁塔组立施工中，铁塔横担长，重量大，必须要通过仔细的计算，以确定施工方案及论证方案的可行性。组下面以本标段工程塔型最大的直线塔和耐张塔横担吊装进行工器具验算。
1、横担结构及参数
1.1 直线塔横担结构
1.2直线塔横担参数
1.3耐张塔导线横担结构图
1.4耐张塔横担参数表
1）重量表
1）长度表
2、横担吊装方案
2.1组塔总体方案
铁塔组立采用内悬浮外拉线分解组立。抱杆采用□700mm×700mm×32m全钢，抱杆临界轴向压力P临=774kN。
2.2直线塔横担吊装施工方案
将地线支架与靠塔身侧横担连成一体（1、2段），分左右两侧分别吊装，边横担（3段）利用抱杆和地线支架上挂转向滑车进行吊装，起吊示意如图3、图4所示。
a.此方案吊点位置设置在2段的中间处。起吊时使横担头部朝下或朝上就位安装。
b. 地线支架与靠塔身侧横担（1、2段）安装好后，将横担与塔身、地线支架与横担连接处的螺栓逐个紧固。
c.边横担（3段）的起吊可在地线支架挂线点处挂一5T起重滑车，牵引钢丝通过起重滑车与横担连接进行起吊。
2.3耐张塔横担吊装
2.3.1耐张塔地线支架的吊装
地线支架分左右两侧在地面组装好整体吊装。吊点位置选在支架中间偏塔身侧主副材交叉点处，以使支架头部向上起吊。支架就位方法参考直线塔横担的安装，如图5（a）所示。
2.3.2耐张塔导线横担的吊装
导线横担和跳线横担分段组装后利用抱杆和地线横担上挂转向滑车进行分段起吊，如图5（b）、（c）所示。
3、横担吊装主要工器具受力分析（以ZP2715塔型为例）
3.1抱杆长度选择
在通常情况下，抱杆长度选取为L=1.5～1.75Hi.L—内悬浮抱杆长度; Hi—铁塔分段中最长一段的高度。本工程铁塔分段长度均不超过20米，故选用高度为32米的抱杆能够满足施工要求。在吊装横担时，抱杆伸出塔身顶部的长度按16m计算；
3.2受力计算
以直线塔横担吊装方案二为例进行计算。
1）抱杆倾斜角度：考虑起吊横担时，塔身部位已全部组装完成，根据抱杆伸长塔顶长度及皮口（塔身顶部横隔面）根开尺寸，抱杆最大倾斜角度为：
δ=sin-1(（a-b）/(2*h)= sin-1(（3.4-0.7）/(2*16))≈4.8°。
式中：a---铁塔皮口根开，m;
b---抱杆断面，m；
h---抱杆在塔身内部长度， m。
经过在EXCEL中列式比较，抱杆倾斜角度取2°时工器具受力为最好。
2） 牵引钢丝绳与铅垂线间的夹角。
(1)横担初始起吊（横担在地面时）
横担一般组装在铁塔基础边上，吊点距离基础中心距离不超过20m，取呼高最低的铁塔计算，考虑抱杆外露16m，向起吊侧倾斜后位移距离l=32* sin2°≈1.1m，则起吊时此夹角不大于20°。取β=20°进行计算。
(2)横担上结点就位时（A点就位时）
查图纸，确定吊点合力线距离塔身近侧主材的长度为5.0m。因施工前不易明确横担起吊后的状态，即不易确定横担在起吊时对水平方向的夹角，故牵引绳的与竖直方向的夹角也不易确定，为此，在AUTOCAD中建立横担A点就位时的模型图，如右图6所示，取其中抱杆顶点与横担轨迹的切线，此线与竖直方向的夹角约为20.3°，即为横担就位时与竖直方向的最大角度，按此角度对横担就位时的工器具受力进行验算偏于安全。
(3)横担下结点就位时（B点就位时）
该夹角在横担已连接好下端，向下转动就位至接近水平时达到最大，故按其就位时的各项条件进行计算。
吊点位于1、2段中间处，其距离铁塔中心的距离为2段长度加上皮口的一半，即为：5.0+3.4/2=6.7m。
抱杆露出塔身的高度：H=16* cos2°≈16.0m。
抱杆倾斜后顶部与塔中心在竖直方向的偏移值为：L0=32* sin2°≈1.1m。
牵引钢丝绳与铅垂线间的夹角为：
β=tan-1((6.7-1.1)/ 16)=19.3°
此夹角小于横担上结点就位时的夹角，工器具受力较为安全，以下不再论述。
3)拉线对地夹角：
本工程拉线地锚设位置为塔高加16m处，即起吊横担时的拉线对地夹角按45度设置。
4)控制绳对地夹角：
横担初始起吊时（横担在地面时）的控制绳对地夹角按ω＝5°考虑。横担上结点和下结点就位时（A点和B点就位时）的控制绳夹角为45°，即ω＝45°。
因横担初始起吊（横担在地面时）时的控制绳对地夹角及牵引绳与竖直方向的夹角均较小，故此状态时工器具的受力要较横担就位时小，下面以横担就位时的状态计算各工器具的受力。
5)控制绳受力验算
(1)横担上结点就位时的情况：
将各参数代入以下公式，得控制绳承受的合力为：
F= G0 =
式中：G0—被吊构件的重力，kN,；
β—起吊滑车组轴线与铅垂线之间的夹角，°；
ω—控制绳对地夹角，°。
控制绳静张力F=18.26kN，采用2根布置时，单绳最大破坏力为：
Tb≥ =53.44kN。
选用结构为6×37的φ13钢丝绳，破断力为97.3kN，可满足要求。
(2)横担下结点就位时的情况：
下结点就位时，其上结点已连接好两颗螺栓，横担绕已连接好的螺栓旋转运动，无需控制绳，故此时控制绳不受力。
6）外拉线受力验算
(1)横担上结点就位时的情况：
将各参数代入以下公式，得拉线的合力为：
式中：γ—抱杆拉线合力对地夹角,此夹角的计算在下页明；
δ—抱杆对铅垂线的夹角；
单根拉线受力为：
式中：K2—拉线的不平衡系数,取1.3；
8—受力侧拉线与其合力线的夹角（随抱杆高度而变化），抱杆越高，此夹角越小。
其计算示意如右图示，按下式计算：
说明：1）表中各系数依据《电力安全建设安全工作规程（第2部分：架空电力线路）》DL5009.2-2004中附录B选定。
2）承托绳和牵引绳均通过滑车，故平衡系数选为1.0。
5、小结
本文只对塔型最大的一种直线塔的横担吊装进行了论述，其他直线塔型因塔头尺寸和重量均较小些，经计算，在现场布置相同的条件下，其工器具受力也会相应要小些，故未述及。
耐张塔地线支架吊装方法与前面所述直线塔横担吊装相似，由于其地线支架重量较小，经计算，按前述方式进行起吊，工器具受力安全。耐张塔导线横担和跳线横担重量大，长度长，吊装时，需将导线横担和跳线横担分开组装后分别通过地线支架处设置转向滑车进行起吊，限于本文篇幅限制，现仅附上计算参数及结果，以供参考。
关键词：铁塔 横担 吊装 受力计算
宁东-山东±660kV直流输电示范工程宁1标段铁塔组立施工中，铁塔横担长，重量大，必须要通过仔细的计算，以确定施工方案及论证方案的可行性。组下面以本标段工程塔型最大的直线塔和耐张塔横担吊装进行工器具验算。
1、横担结构及参数
1.1 直线塔横担结构
1.2直线塔横担参数
1.3耐张塔导线横担结构图
1.4耐张塔横担参数表
1）重量表
1）长度表
2、横担吊装方案
2.1组塔总体方案
铁塔组立采用内悬浮外拉线分解组立。抱杆采用□700mm×700mm×32m全钢，抱杆临界轴向压力P临=774kN。
2.2直线塔横担吊装施工方案
将地线支架与靠塔身侧横担连成一体（1、2段），分左右两侧分别吊装，边横担（3段）利用抱杆和地线支架上挂转向滑车进行吊装，起吊示意如图3、图4所示。
a.此方案吊点位置设置在2段的中间处。起吊时使横担头部朝下或朝上就位安装。
b. 地线支架与靠塔身侧横担（1、2段）安装好后，将横担与塔身、地线支架与横担连接处的螺栓逐个紧固。
c.边横担（3段）的起吊可在地线支架挂线点处挂一5T起重滑车，牵引钢丝通过起重滑车与横担连接进行起吊。
2.3耐张塔横担吊装
2.3.1耐张塔地线支架的吊装
地线支架分左右两侧在地面组装好整体吊装。吊点位置选在支架中间偏塔身侧主副材交叉点处，以使支架头部向上起吊。支架就位方法参考直线塔横担的安装，如图5（a）所示。
2.3.2耐张塔导线横担的吊装
导线横担和跳线横担分段组装后利用抱杆和地线横担上挂转向滑车进行分段起吊，如图5（b）、（c）所示。
3、横担吊装主要工器具受力分析（以ZP2715塔型为例）
3.1抱杆长度选择
在通常情况下，抱杆长度选取为L=1.5～1.75Hi.L—内悬浮抱杆长度; Hi—铁塔分段中最长一段的高度。本工程铁塔分段长度均不超过20米，故选用高度为32米的抱杆能够满足施工要求。在吊装横担时，抱杆伸出塔身顶部的长度按16m计算；
3.2受力计算
以直线塔横担吊装方案二为例进行计算。
1）抱杆倾斜角度：考虑起吊横担时，塔身部位已全部组装完成，根据抱杆伸长塔顶长度及皮口（塔身顶部横隔面）根开尺寸，抱杆最大倾斜角度为：
δ=sin-1(（a-b）/(2*h)= sin-1(（3.4-0.7）/(2*16))≈4.8°。
式中：a---铁塔皮口根开，m;
b---抱杆断面，m；
h---抱杆在塔身内部长度， m。
经过在EXCEL中列式比较，抱杆倾斜角度取2°时工器具受力为最好。
2） 牵引钢丝绳与铅垂线间的夹角。
(1)横担初始起吊（横担在地面时）
横担一般组装在铁塔基础边上，吊点距离基础中心距离不超过20m，取呼高最低的铁塔计算，考虑抱杆外露16m，向起吊侧倾斜后位移距离l=32* sin2°≈1.1m，则起吊时此夹角不大于20°。取β=20°进行计算。
(2)横担上结点就位时（A点就位时）
查图纸，确定吊点合力线距离塔身近侧主材的长度为5.0m。因施工前不易明确横担起吊后的状态，即不易确定横担在起吊时对水平方向的夹角，故牵引绳的与竖直方向的夹角也不易确定，为此，在AUTOCAD中建立横担A点就位时的模型图，如右图6所示，取其中抱杆顶点与横担轨迹的切线，此线与竖直方向的夹角约为20.3°，即为横担就位时与竖直方向的最大角度，按此角度对横担就位时的工器具受力进行验算偏于安全。
(3)横担下结点就位时（B点就位时）
该夹角在横担已连接好下端，向下转动就位至接近水平时达到最大，故按其就位时的各项条件进行计算。
吊点位于1、2段中间处，其距离铁塔中心的距离为2段长度加上皮口的一半，即为：5.0+3.4/2=6.7m。
抱杆露出塔身的高度：H=16* cos2°≈16.0m。
抱杆倾斜后顶部与塔中心在竖直方向的偏移值为：L0=32* sin2°≈1.1m。
牵引钢丝绳与铅垂线间的夹角为：
β=tan-1((6.7-1.1)/ 16)=19.3°
此夹角小于横担上结点就位时的夹角，工器具受力较为安全，以下不再论述。
3)拉线对地夹角：
本工程拉线地锚设位置为塔高加16m处，即起吊横担时的拉线对地夹角按45度设置。
4)控制绳对地夹角：
横担初始起吊时（横担在地面时）的控制绳对地夹角按ω＝5°考虑。横担上结点和下结点就位时（A点和B点就位时）的控制绳夹角为45°，即ω＝45°。
因横担初始起吊（横担在地面时）时的控制绳对地夹角及牵引绳与竖直方向的夹角均较小，故此状态时工器具的受力要较横担就位时小，下面以横担就位时的状态计算各工器具的受力。
5)控制绳受力验算
(1)横担上结点就位时的情况：
将各参数代入以下公式，得控制绳承受的合力为：
F= G0 =
式中：G0—被吊构件的重力，kN,；
β—起吊滑车组轴线与铅垂线之间的夹角，°；
ω—控制绳对地夹角，°。
控制绳静张力F=18.26kN，采用2根布置时，单绳最大破坏力为：
Tb≥ =53.44kN。
选用结构为6×37的φ13钢丝绳，破断力为97.3kN，可满足要求。
(2)横担下结点就位时的情况：
下结点就位时，其上结点已连接好两颗螺栓，横担绕已连接好的螺栓旋转运动，无需控制绳，故此时控制绳不受力。
6）外拉线受力验算
(1)横担上结点就位时的情况：
将各参数代入以下公式，得拉线的合力为：
式中：γ—抱杆拉线合力对地夹角,此夹角的计算在下页明；
δ—抱杆对铅垂线的夹角；
单根拉线受力为：
式中：K2—拉线的不平衡系数,取1.3；
8—受力侧拉线与其合力线的夹角（随抱杆高度而变化），抱杆越高，此夹角越小。
其计算示意如右图示，按下式计算：
说明：1）表中各系数依据《电力安全建设安全工作规程（第2部分：架空电力线路）》DL5009.2-2004中附录B选定。
2）承托绳和牵引绳均通过滑车，故平衡系数选为1.0。
5、小结
本文只对塔型最大的一种直线塔的横担吊装进行了论述，其他直线塔型因塔头尺寸和重量均较小些，经计算，在现场布置相同的条件下，其工器具受力也会相应要小些，故未述及。
耐张塔地线支架吊装方法与前面所述直线塔横担吊装相似，由于其地线支架重量较小，经计算，按前述方式进行起吊，工器具受力安全。耐张塔导线横担和跳线横担重量大，长度长，吊装时，需将导线横担和跳线横担分开组装后分别通过地线支架处设置转向滑车进行起吊，限于本文篇幅限制，现仅附上计算参数及结果，以供参考。