引领 | 七招带你解锁万里长江最高跨

繁忙的长江航道上百舸争流

江边两座新的巨型“航标”拔地而起

它正从江堤防护林背后崭露头角

如雨后春笋，直冲云霄。

这就是

江苏凤城~梅里500千伏线路江阴长江大跨越工程

目前北跨塔已经完成了首段“百米冲刺”

正坚定地朝着385米的世界最高

输电铁塔目标前进。

新高度就是新挑战

设计作为基建龙头

必须第一个亮剑

中国能建规划设计集团江苏院输电部的

设计团队与各参建单位通力协作

以科技为支撑，以创新为动力

攻克了一个又一个难题。

万里长江最高跨，科技创新绘蓝图

江苏凤城~梅里500千伏长江大跨越设计科研创新纪实

三维模拟 攻克深厚软土超长灌注桩设计难题

01

# 嫩豆腐里面插筷子#

跨越塔紧邻长江，两岸地质条件差，上部淤泥层厚度就达13米，属于典型深厚软土地区。在这种条件下做基础就好比嫩豆腐里面插筷子。尤其对于大跨越杆塔基础，软弱土层变形控制、超长桩和大体积承台受力机理、基础抗滑移保护措施等均须进行精细化的计算分析。

为评估“筷子”在“豆腐”中的工作状态，设计团队依托有限元方法，离散化“筷子”与“豆腐”组合体，构建三维精细模型，并引入自适应网格技术，开展复杂荷载下软土地基中桩土耦合接触变形分析，获取应力应变分布规律，为基础优化方案提供技术支撑。

 大跨越铁塔基础三维有限元分析模型

填补空白 研究超大规模内外双圈螺栓群受力

02

#曹冲举象#

大跨越主体钢材重达5200吨，而地脚螺栓单重9.88吨左右，相当于一个25千克的小孩要举起3吨重的大象，曹冲当年要有这力气，就不用费事称象了。

设计团队要让曹冲举起大象，就不能囿于传统的单圈地脚螺栓布置。设计团队深入探索，综合考虑环境保护、航道安全、施工风险等多方因素，最终采用内外双圈地脚螺栓连接方案。

现行规范尚无内外双圈地脚螺栓设计方法，怎么办？设计团队小心求索，开展理论分析和计算，同时建立混凝土总应变开裂模型和地脚螺栓接触分析三维模型，借助数值分析手段，最终提出了安全可靠并经济合理的内外地脚螺栓布置方案和基础立柱计算方法及构造措施。

基础承台应力云图

基础承台损伤云图

地脚螺栓应力云图

风洞助力 首创含井筒的整塔抗风结构体系设计方法

03

#任尔东西南北风#

做输电线路设计，可以不会打麻将，但绝对不能不了解东南西北风。

风是高耸结构设计的控制因素，本次跨越塔高度超高，横担超长，涉及多项内容超限设计部分。如何合理开展抗风设计，是设计人员必须攻克的难题。

作为世界上最高的输电跨越塔，其内部自下而上设置了电梯井筒（378米）。设计团队首次在大跨越杆塔设计中采用含井筒的整塔抗风超纤结构体系设计方法。

设计团队分别开展了大跨越塔典型截断模型测力风洞试验、整塔高频天平测力风洞试验和全塔气弹模型风洞试验，重点研究内置电梯井筒对跨越塔整体结构风致响应的影响,获得了输电塔的位移、加速度响应和气动阻尼等，以及不同风向下塔身、横担和井筒的风振系数。

刚度模型

振动模拟

气弹模型

通过试验和模拟获得的风荷载的关键参数，将助力跨越塔经受“东西南北风”的考验。

巧用钢材 首创内配环状钢骨-钢管混凝土组合构件型式

04

#螺蛳壳里做道场#

在基建工程中，钢和混凝土是一对形影不离的好兄弟，跨越塔塔腿主材最大压力超过1万吨，传统钢管只有钢单兵作战，在抗压承载能力上表现欠缺。混凝土的加入可以极大提高组合截面的承载能力，达到“1+1>2”的效果。在混凝土中配置钢骨，可进一步提高对核心混凝土的约束效果。

钢和混凝土你中有我，我中有你，有骨气，更硬气，便诞生了内配环状钢骨-钢管混凝土组合构件型式。该组合结构以环状钢片、整体环向板以及管内纵向加劲肋而组成的环状钢骨为内配加劲件，在有限空间内将钢和混凝土的材料性能发挥到极致，称得上是螺丝壳里做道场。

经过细致的理论分析、大量的数值模拟和全面的试验研究，设计团队较为系统全面的掌握了内配环状钢骨-钢管混凝土组合构件的受力机理和控制性条件，提出了适用于工程设计的计算参考标准。

组合构件加载试验

摒弃传统焊接方案 开展铸钢节点研究

05

# 钢铁之花#

关节是人体中最精巧的骨骼机构，也是人体中最重要的部位之一。跨越塔横担与塔身连接节点就如同这关节一样，是重要性程度最高，受力最复杂，设计难度最大的部位。

关节棒才是真的棒！设计团队细致研究了横担与塔身连接节点杆件交汇密集、几何形式复杂、传力集中受力复杂、焊接加工工艺难度高、后处理难度大等特点，首次提出采用整体铸造设计方案，通过有限元法开展计算分析、构造优化以及铸造工艺推演。优雅的姿态，柔美的线条，横担与塔身连接铸造节点仿佛一朵钢铁之花，充满了工业之美。

有限元仿真

试验检验真知！设计团队与高校、加工厂家组成联合攻关团队，开展1：1试制件加工和1:2试验件承载力试验，开展本体件取样、附铸件取样材性试验，这期间也多次邀请相关领域专家评审把关，为新型铸钢节点的工程应用提供了坚实的保障。

铸钢节点试验加载装置

理论试验双创新 解决导线疲劳与应力控制难题

06

# 上下求“索”#

大跨越跨距和高差角大，高强度铝合金与G6A高强度钢芯绞制，铝合金部应力容易超过疲劳极限，必须精确控制导线悬挂点张力。

为解决高强度铝合金各层股线应力分配难以精确计算的难题，设计团队开展了基于光传感技术的铝部应力试验以及多批次导线疲劳试验，兼顾安全与经济的最优平均运行张力比。

首次提出基于修正简支梁理论的特大型大跨越导线张力弧垂计算方法，与有限元仿真方法进行对照计算，实现了大跨越导线张力、弧垂、悬挂点空间受力的精确计算，通过理论研究加试验验证，设计降低了导线运行应力，有效控制了塔高。

仿真加试验 攻克超大悬垂角线夹设计难题

07

#巧手强腕#

如果将跨越塔比作长江两岸拔河的巨人，那么金具就好比巨人的手臂。设计师们设计了灵活而强壮的六联55吨的悬垂串和耐张串，定制了大曲率半径导线悬垂线夹，给了钢铁巨人一双巧手强腕。

悬垂串三维模型

跨越塔的导线出口下倾角接近30°，OPGW光缆的悬垂线夹既要有足够强的握力，又不能压坏柔弱的光纤保护管。设计团队对预绞式及船体式悬垂线夹进行了大量有限元仿真分析和真型试验，确保了刚柔并济的效果。

左：仿真分析                               右：真型试验

跨塔高千尺，手可摘星辰

特大型大跨越设计成套关键技术研究的各项工作正在有序推进过程中，目前已申报发明专利9项，完成论文5篇，相关成果经过专家评审，已经在凤城-梅里大跨越工程跨越塔应用。设计团队后续将扎实推进，认真总结，积累经验，争取将大跨越工程科技含量提升到新的高度，为大国重器打造科技创新的钢筋铁骨。

待大跨越竣工之时，乘着电梯直达塔顶，当你伫立在塔顶平台，感受着385米高度的“东西南北风”，一览长江经济带最富活力地段的欣欣向荣，一定热血沸腾，心潮澎湃。

编辑：中国能建规划设计集团党群部

供稿：中国能建规划设计集团江苏院、部分图片来源网络

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