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1、浙江省电力设计院2011.03.20舟山大跨越舟山大跨越370米高塔复杂节点优化米高塔复杂节点优化设计设计QC小组成果报告小组成果报告成员组成成员组成课题组长 郭 勇性别男 年龄 33 文化程度 研究生 职称工程师辅 导 员叶尹性别男 年龄 60 文化程度本科职称教高小 组 成 员姓 名性别年龄文化程度职称工龄单位郭 勇男31研究生工程师11浙江省电力设计院叶 尹男60本科教高41浙江省电力设计院高志林男43本科高工24浙江省电力设计院邢月龙男34本科工程师11浙江省电力设计院（接下表）（接下表）小组成员由目前世界最高输电塔，小组成员由目前世界最高输电塔，舟山大跨越舟山大跨越370370米高塔
2、设计中的主要米高塔设计中的主要技术骨干组成。技术骨干组成。小组简介 1成员组成成员组成姓 名性别年龄文化程度职称工龄单位戴刚平男46本科高工25浙江盛达铁塔有限公司胡吉磊男38本科高工17浙江省电力设计院应建国男52本科高工29浙江省电力设计院潘 峰男30研究生工程师3浙江省电力设计院沈建国男42中专助工22浙江省电力设计院王轶文男31研究生工程师6浙江省电力设计院欧晓晖男33本科工程师10浙江省电力设计院但汉波男27研究生工程师2浙江省电力设计院（接上表）（接上表）小组简介 小组简介 历年获奖情况历年获奖情况序号课 题 名 称注册号获 奖 情 况1送电线路杆塔标准化设计88011990年获省
3、电力局优秀QC小组奖2板式基础CAD90111991年获省建设厅优秀QC小组奖3220kV瓯江大跨越拉线抗扭改进92071993年获电力规划总院优秀QC小组二等奖4220kV瓯江大跨越导线优化设计94091995年获浙江省优秀QC小组奖(省质协)5薄壁离心钢管砼电杆在城市线路中的应用95031996年获浙江省建设厅优秀QC小组奖6线路塔基基面CAD97051998年获电力规划总院优秀QC小组三等奖（接下表）（接下表） 送电送电QCQC小组是一个具有近小组是一个具有近2020年活年活动历史的优秀集体。长期来，始终活跃动历史的优秀集体。长期来，始终活跃在电力建设第一线，为我省的电力建设在电力建设第
4、一线，为我省的电力建设解决了大量的技术难题。解决了大量的技术难题。历年获奖情况历年获奖情况序号课 题 名 称注册号获 奖 情 况7改进送电线路改造方式，提高线路送电容量99032000年度国家优秀质量管理小组8缩小高压输电线路走廊宽度2002-06省电力公司优秀QC小组一等奖9提高220kV线路单位走廊输送容量2003-01浙江省勘测设计行业优秀QC小组奖一等奖10大跨越铁塔登塔扶梯井架改进2005-02浙江省工程建设（勘测设计行业）优秀QC小组奖一等奖11减小线路绕击率 降低雷击跳闸率 2006-06 2006年度全国质量信得过班组奖、浙江省优秀质量管理小组成果发表会一等奖 12改进跳线设计
5、、预防风偏闪络 2007-02省电力公司优秀QC小组一等奖13插入角钢抗冰特急修复 2009-062009全国优秀质量管理小组14冰区线路悬垂线夹优化改进 2010-03浙江省工程建设（勘测设计行业）优秀QC小组奖二等奖（接上表）（接上表）小组简介 1输电钢管塔：输电钢管塔：舟山大跨越输电线路工程的跨越塔，由于外荷载大，为满足承载要求，输电塔的主要杆件均采用钢管构件，为与输电角钢塔相区分，称为输电钢管塔。 插板螺栓连接节点：插板螺栓连接节点：被连接钢管两端焊接插板，主钢管节点处焊接加劲板，通过螺栓将各杆件相连的节点形式。 关键词 61相贯焊接节点：相贯焊接节点：钢管塔钢管构件相互连接的常用形式
6、，即多根杆件通过相贯线直接焊接相连而形成的节点。焊接空心球节点：焊接空心球节点：通过空心钢球对空间杆件进行连接的节点形式，球节点加工时一般为两个半球通过中央环焊缝焊接形成（舟山大跨越输电塔球节点直径达到2m）。关键词 选择课题 课题背景课题背景 舟山与大陆联网大跨越工程目前已顺利架通，大跨越全长6215 m，最大跨距2756 m（大猫山凉帽山），两基370 m跨越塔为目前世界最高输电线路铁塔。 下图为370 m输电高塔的塔头结构示意图，图中A处为塔身变坡节点，常规处理一般采用相贯焊接方式。选择课题 选择课题 由于大跨越输电塔钢管规格较大，按照常规节点联结方式，将造成各种构件相贯或相交，甚至出现
7、两侧斜撑构件相互重叠的现象，使得内力传递路径复杂，应力集中严重，同时由于焊缝重叠，节点处加工非常困难，很难保证焊接质量达到二级以上的焊缝标准。舟山大跨越370米跨越高塔由于结构尺度及荷载均十分可观，构件的内力相应较大，因此一旦发生焊接裂缝等情况，其后果不堪设想。 选择课题：舟山大跨越选择课题：舟山大跨越370米高塔复杂节点设计米高塔复杂节点设计选择课题选择课题选择课题 设定目标 目标一：目标一：节点处杆件连接形式合理，传力路径明确，节点处杆件连接形式合理，传力路径明确，满足主管轴压力满足主管轴压力15600kN、支管最大轴压力、支管最大轴压力3900kN的承的承载要求。载要求。 目标二：目标二
8、：降低节点加工难度，保证节点加工质量。降低节点加工难度，保证节点加工质量。 提出并选择方案 插插板板螺螺栓栓连连接接节节点点方方案案 ：首先想到的是插板螺栓连接的节点方式，该方案通常用于受力较小的普通钢管构件连接。 提出方案（第一次方案选择）提出方案（第一次方案选择）焊焊接接空空心心球球节节点点方方案案 ：利用焊接空心球进行节点设计，从力学特性而言是比较理想的节点处理方法，由于球体的各向同性特点，使得其可与任意方向的构件相连接，并且完全可以做到各构件轴线均通过球心，不致产生偏心受力的情况。 方案对比分析表方案比较（第一次）方案比较（第一次）序序号号方案方案评价评价是否是否采用采用承载可靠性承载
9、可靠性可加工性可加工性1插板螺栓连插板螺栓连接节点方案接节点方案受到螺栓数量和插板尺受到螺栓数量和插板尺寸制约，插板连接的最寸制约，插板连接的最大支管管径通常小于大支管管径通常小于500mm，本节点支管最，本节点支管最大直径达到大直径达到630mm，节，节点承载可靠性低。点承载可靠性低。由于设置较多环向加劲由于设置较多环向加劲肋，使得节点构造复杂，肋，使得节点构造复杂，焊接工作量增加，加工焊接工作量增加，加工难度较大。难度较大。否否2焊接空心球焊接空心球节点方案节点方案球节点传力明确，球壳球节点传力明确，球壳结构承载可靠性高。结构承载可靠性高。球节点焊接工作量大，球节点焊接工作量大，对焊缝质量
10、要求高，加对焊缝质量要求高，加工难度较大。工难度较大。采用采用提出并选择方案 提出方案（第二次方案选择）提出方案（第二次方案选择）无无加加劲劲焊焊接接空空心心球球节节点点方方案案 ：该方案为常规球节点设计方案，对于舟山大跨越输电塔的变坡节点，空心球直径达到2 m，若按网壳结构技术规程规定，空心球壁厚将取为4580 mm。加加劲劲焊焊接接空空心心球球节节点点方方案案 ：焊接空心球选用24 mm钢板制作。为了保证空心球结构有充分的强度和抗局部屈曲的能力，必须在球体内设置多道纵、横加劲肋板以满足承载力要求。 提出并选择方案 方案对比分析表方案比较（第二次）方案比较（第二次）序序号号方案方案评价评价是
11、否是否采用采用承载可靠性承载可靠性可加工性可加工性施工可行性施工可行性1无加劲无加劲焊接空焊接空心球节心球节点方案点方案厚板材料强度低，厚板材料强度低，当厚度超过当厚度超过50mm时，必须时，必须考虑层状撕裂问考虑层状撕裂问题，承载可靠性题，承载可靠性相对较低。相对较低。由于空心球是由二个半由于空心球是由二个半球合拼焊接而成的，因球合拼焊接而成的，因此焊缝的质量至关重要，此焊缝的质量至关重要，工艺上要求达到二级焊工艺上要求达到二级焊缝标准。而厚板的焊接缝标准。而厚板的焊接质量较难保证，加工难质量较难保证，加工难度大。度大。节点的单件重量大，约在节点的单件重量大，约在78.4吨吨左右，本工程的跨
12、越塔均座落在运左右，本工程的跨越塔均座落在运输条件较差的海岛上，必须对结构输条件较差的海岛上，必须对结构的单件重量进行较为严格的限制，的单件重量进行较为严格的限制，尤其是位于距地面尤其是位于距地面324米高空的变米高空的变坡节点，单件重量太大会给安装带坡节点，单件重量太大会给安装带来难以克服的困难。来难以克服的困难。否否2加劲焊加劲焊接空心接空心球节点球节点方案方案通过合理布置纵通过合理布置纵向与环向加劲肋，向与环向加劲肋，可以满足承载要可以满足承载要求。求。通过采用纵向与环向加通过采用纵向与环向加劲肋，有效降低球节点劲肋，有效降低球节点钢板厚度，钢板厚度，24mm厚钢厚钢板属于常规焊接厚度，
13、板属于常规焊接厚度，焊接工艺成熟。焊接工艺成熟。节点重量可以控制在节点重量可以控制在5吨以内，有吨以内，有效解决了结构的运输和现场吊装问效解决了结构的运输和现场吊装问题。题。采用采用提出并选择方案制定对策 对策表对策表序序号号主要难点主要难点对策对策目标目标措施措施负责人负责人1 1加劲球节加劲球节点承载力点承载力主要影响主要影响因素确定因素确定正交试验、正交试验、方差分析方差分析确定纵向确定纵向与环向加与环向加劲肋的布劲肋的布置方案置方案球节点承载力与环向、纵向加劲肋的球节点承载力与环向、纵向加劲肋的数量、厚度、宽度等因素直接相关，数量、厚度、宽度等因素直接相关，通过数值模拟正交试验和方差分
14、析确通过数值模拟正交试验和方差分析确定主要影响因素并给出布置方案。定主要影响因素并给出布置方案。郭勇郭勇2 2加劲球节加劲球节点极限承点极限承载力确定载力确定有限元计算有限元计算确定加劲确定加劲球节点的球节点的承载裕度承载裕度通过有限元分析计算得到球节点极限通过有限元分析计算得到球节点极限承载力并给出对设计承载力的裕度。承载力并给出对设计承载力的裕度。潘峰潘峰3 3焊接残余焊接残余应力的控应力的控制制热处理热处理有效降低有效降低焊缝处残焊缝处残余应力余应力采用热处理炉对球节点进行高温加热，采用热处理炉对球节点进行高温加热，降低球体内部焊接残余应力并改善焊降低球体内部焊接残余应力并改善焊缝处钢材
15、力学性能。缝处钢材力学性能。叶尹叶尹戴刚平戴刚平4 4焊缝质量焊缝质量检测检测无损检测无损检测焊缝质量焊缝质量等级满足等级满足设计要求设计要求采用超声波、射线、磁粉探伤等多种采用超声波、射线、磁粉探伤等多种无损检测手段，检验焊缝质量等级。无损检测手段，检验焊缝质量等级。应建国应建国按对策表实施 对难点一：正交试验设计试验号纵肋个数纵肋个数纵肋厚度纵肋厚度/mm纵肋宽度纵肋宽度/mm误差列球面最大等效应力纵向加劲肋最大等效应力182016010.350.79281512020.461.00382514030.370.804122012030.420.785121514010.400.816122
16、516020.320.647242014020.280.588241516030.280.599242512010.300.54 对难点一：正交试验结果。因素因素偏差平方和偏差平方和F比比显著性显著性纵肋个数纵肋个数75342.36126.68*纵肋厚度纵肋厚度18026.5030.31*纵肋宽度纵肋宽度8740.7214.70误差列误差列594.751.00按对策表实施 对难点二：设置加劲肋后球节点的极限承载力可以通过有限元模型的弹塑性分析得到，最大等效应力出现在钢管与球体的交界处。按对策表实施 对难点三：采用热处理炉对钢球节点进行高温回火，降低残余应力。按对策表实施 对难点四：根据设计二级
17、焊缝的要求，球体成型后和热处理后分别对球面所有焊缝进行无损检测，其中中央环焊缝在超声波检测的基础上，再用射线进行探伤。钢板拼接焊缝则用磁粉进行检测，并对局部细小气孔进行补焊处理。 按对策表实施效果检查 目标检查目标检查 在设计与加工单位的密切配合下，特大加劲焊接空心球节点顺利制造完成，经第三方（浙江无损检测工程技术公司）检测，球节点各项力学指标均满足设计要求。 目标检查目标检查 第三方检测报告 效果检查 浙江省电力工业局在杭组织专家对浙江省电力工业局在杭组织专家对“ “370m370m高塔特大钢球设高塔特大钢球设计与制作计与制作” ”课题进行了技术鉴定，认为课题成果综合技术达到国际课题进行了技
18、术鉴定，认为课题成果综合技术达到国际先进水平。先进水平。 鉴定意见 效果检查 目标检查目标检查目标检查目标检查 用户使用情况报告效果检查 效益分析效益分析 针对特大钢球节点的设计与加工，QC小组成员已先后发表了论文焊接空心球节点在输电线路大跨越钢管塔中的应用和输电线路钢管塔球节点焊接质量控制要点。特大钢球节点的设计与制作成果还获得了浙江省电力公司科学技术进步 三等奖和中国钢结构协会科学技术进步三等奖。 效果检查 效果检查 效益分析效益分析 效果检查 效益分析效益分析 特大钢球节点的设计和应用在输电线路的设计、加工制造和施工中开创了先例，其中包含的新技术对提升钢结构行业的设计、加工技术水平将产生
19、深远影响，通过舟山大跨越370米高塔的设计、加工和施工，对复杂节点处理积累了宝贵的经验，这种新的节点形式在今后大跨越输电塔复杂节点设计中拥有广泛的应用前景。效果检查 效益分析效益分析 总结 大跨越输电塔复杂节点优化设计的部分成果已被纳入国家电网公司企业标准输电线路钢管塔构造设计规定输电线路钢管塔构造设计规定，目前我院正在设计的乐清湾大跨越工程乐清湾大跨越工程和六横电厂送出跨越工程六横电厂送出跨越工程中都将采用加劲焊接空心球节点这一复杂节点连接形式。 本QC小组将在工程实践过程中继续深化大跨越输电塔复杂节点优化设计成果，通过现场实测和模型试验等手段，争取尽早提出大型空心球节点的简化设计方法，以便于工程师的实际应用，同时形成加劲特大薄壁焊接钢球节点的设计和制造标准。通过解决复杂节点的技术问题，大家增强了工作的自信心和积极性，增强了依靠集体智慧，互相团结协作解决生产实际问题的能力。2011年是国网公司全面实施特高压输电线路建设的关键一年，我们将继续用QC小组的形式，并且科学大胆地使用新技术，更好地为电力生产服务。 总结 谢谢 谢谢!
