摘要： 某KV輸電線路在基礎設施安裝過程中出現塔腿角鋼開裂和失效。 採用巨集觀檢查、化學成分分析、力學效能試驗、金相檢驗、斷裂分析、有限元分析等方法，分析了塔腿角鋼開裂的原因。 結果表明：塔腿角鋼螺栓孔沖孔工藝不當，螺栓孔邊緣形成裂紋較多，螺栓孔邊緣裂紋擴大，導致塔架安裝過程中異常預偏載荷引起的過載應力作用下角鋼開裂失效; 最後，提出了相應的防控措施。 關鍵詞：傳輸線;塔腿;角度;裂化;螺栓孔;沖孔裂紋;中圖分類號： TM 文獻符號程式碼： B 貨號： 架空輸電線路是電力系統中重要的生命線工程，具有鐵塔高度大、跨度大、環境複雜多變等特點，其安全可靠直接關係到電網的安全穩定執行。 整線導體採用JL G A型鋼芯鋁絞線（ACSR），地線採用B（GJ型鍍鋅鋼絞線與芯光纖復合架空地線（OPGW）光纜。 在N號塔導軌和地線架設過程中，D塔支腿發生角鋼開裂破壞。 N號塔為B型JG型角塔，角鋼背面在D型腿左腿塔腳上方cm處橫向開裂。 腿角鋼採用Q B鋼，規格為mm mm，長度為mm線路所在區域的最高溫度和最低溫度 最大風速為ms為了查明塔架角鋼腿開裂的原因，防止同類開裂失效的再次發生，筆者對其進行了檢查分析。 理化檢驗巨集觀檢驗開裂角鋼位於N角塔的D塔腿與塔腳的連線部分，塔腿位於角塔的最外拐點，是整個塔承受最大拉應力和彎曲應力的部位。 裂紋位於角鋼最上面的兩個螺栓孔與保護帽上方的鋼板螺栓連線之間，除主裂紋外，每個螺栓孔內都有多個撕裂狀裂紋，部分區域的鍍鋅層已脫落，如圖所示。 
進行幾何尺寸檢查，測量裂開腿角度的大小。 結果表明：角鋼邊寬為mm，實測最小邊厚為mm，滿足設計圖紙和YB T的技術要求。 化學成分分析：取裂解塔腿角鋼試樣進行化學成分分析，結果見表由此可見，塔腿角鋼各元素含量均符合GB T對QB鋼成分的技術要求。 
金相測試是通過從破裂塔腿的角鋼中取樣進行微觀組織分析和非金屬夾雜物檢查來進行的。 結果表明：角鋼基體顯微組織為等軸均勻分布的鐵素體珠光體，未發現明顯偏析帶，C類夾雜物含量梯度，未發現其他異常組織，如圖a）和圖b所示。螺栓孔的表層覆蓋著厚度約為m的鍍鋅層，在螺栓孔邊緣的鍍鋅層下方有約mm深的裂紋，裂紋中分布有鋅，表明這些裂紋是在鍍鋅前的沖壓工藝階段形成的， 如圖c）和圖d所示。
以開裂塔腿角鋼取樣進行室溫拉伸和低溫衝擊試驗，進行力學效能試驗，結果見表可以看出，角鋼在室溫下的拉伸效能優異，低溫衝擊韌性優異，角鋼材料具有良好的強度和韌性組合。 
斷裂分析：裂解塔腿角鋼斷口的巨集觀形貌如圖1所示。 斷裂上的人字形分布明顯，從人字形分布和方向上看，裂紋起源於左側的螺栓孔，並通過該螺栓孔延伸到角鋼的另一側，整個斷裂分布基本垂直於角鋼的長度方向，垂直於表面。 同時，斷裂整體表現為脆性斷裂，無明顯塑性變形，為平坦法向斷裂，邊緣受拉面積很小
角鋼斷口經除鏽和超聲波清洗處理後，通過掃瞄電子顯微鏡（SEM）觀察角鋼斷口的微觀形貌特徵[可以看出，斷裂始於螺栓孔的內緣，初始斷裂區起源於沖孔時形成的裂紋缺陷， 並且有比較明顯的淚液形態，如圖A所示）。裂隙擴充套件帶呈現舌狀解理斷裂形態，並伴有較多次生裂紋，如圖b所示。斷裂整體呈現明顯的一次性脆性斷裂形貌特徵。 
有限元分析採用有限元法對塔架角鋼腿的應力狀態進行有限元分析[如圖所示]。 可以看出，當塔腿承受拉彎應力並達到一定程度時，最大應力首先出現在連線塔腿和塔腳的螺栓孔最上層的內螺栓孔（即初始斷裂螺栓孔），應力水平可達其他區域的近十倍， 與實際塔腿角鋼開裂失效情況相吻合。如果螺栓孔邊緣有沖孔形成的裂紋缺陷，螺栓孔的應力集中會更加明顯，當應力達到一定程度並超過材料的屈服強度時，裂紋就會擴充套件，造成塔腿角鋼嚴重開裂。 
低溫衝擊試驗綜合分析結果表明，塔腿角鋼在該條件下的衝擊吸收能量為J，遠高於標準要求的J，塔的開裂時間以月為單位，塔所在區域的最低溫度約為1， 可以排除角鋼因低溫脆性而開裂的可能性[ 從受力角度看，開裂的D塔腿角鋼位於整個角塔的最外拐點處，是整個塔承受拉應力和彎曲應力最大的部位。 另外，角塔在安裝時應按設計要求進行預偏轉，使鐵塔在受力前向反向力方向傾斜，保證在受力後不向其受力方向傾斜，即轉角內側過度傾斜，鐵塔撓度超標， 避免鐵塔外拐點處的塔腿支承[ 本鐵塔在安裝過程中沒有按設計要求進行預跑偏處理，所以在傳導、地線架設張拉過程中，在拉力的作用下，鐵塔會過度向拐角的內側傾斜， 導致撓度超標，導致支腿因過載而承受拉應力。在與塔腳相連的螺栓孔邊緣存在微裂紋的情況下，可以形成很大的應力集中，並為斷裂提供裂紋源。 此外，塔架所用角鋼雖然是強度等級較低的Q B低合金鋼，但角鋼斷裂的解理特徵非常明顯，說明材料的脆性較大。 為了提高防腐效能，塔內使用的角鋼已經過熱浸鍍鋅處理，如果鍍鋅前的酸洗工藝不當，很有可能在螺栓孔處積聚過量的氫氣，沖孔階段積累的高應力大大提高了角鋼的氫脆敏感性， 而高應力與過量氫氣的相互作用極易引起角鋼的脆性開裂。塔腿角鋼螺栓孔沖孔工藝不當，導致螺栓孔邊緣出現裂紋缺陷，在裂縫處形成較大的應力集中的結論與建議同時，鍍鋅前酸洗工藝不當也會導致螺栓孔處積聚過量的氫氣，高應力大大提高了鋼的氫脆敏感性在塔架安裝過程中，未按設計要求進行預偏置安裝，在導向和地線架設張拉過程中受拉力作用，使塔架過度向拐角內側傾斜，造成D塔腿軸承過載的拉應力， 使螺栓孔處的裂紋擴充套件，使塔腿角鋼開裂。為保證輸電鐵塔鐵塔材料質量，應加強基礎設施建設階段的質量控制，嚴格控制和優化鐵塔材料的加工工藝。 此外，在塔架安裝過程中，也應嚴格按照設計要求和規範進行安裝，以免塔架承受過大的負荷。 參考文獻：[ 何迪， 張宇， 郭創新， 等. 考慮疲勞損失的架空輸電線路風雨荷載破壞概率模型[J] 電力建設， 王大海， 吳海洋， 梁樹國 輸電線路風荷載規範方法理論分析與計算對比[J] 中國電機工程學報， 熊偉紅， 劉憲山， 李正亮， 等。KV輸電線路基礎沉降塔可靠性分析[J] 中華人民共和國工業和資訊化部電力建設 鐵塔用熱軋角鋼： YB t S] 北京： 冶金工業出版社， 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局 低合金高強度結構鋼： GB t S] 北京： 中國標準出版社， 常建偉， 李鳳輝， 徐德祿， 等.輸電鐵塔主要材料低溫破壞分析[J] 電力建設， 張濤， 高雲鵬， 田峰， 等.電站蒸汽給水幫浦不鏽鋼主軸斷裂失效分析[J] 理化試驗（物理分束）， 張濤， 陳志軍， 王文浩， 等.某超臨界電站鍋爐風機葉片斷裂 原因分析[J] Physicochemical Tests （Physics Volume）， Elkamariy， Raphael W， Chateauneuf a 可靠性研究與模擬魯瓦西查爾斯德戴高樂機場漸進式坍塌[J] 工程失效分析案例， 張淑瑞， 王國華， 王春，等 混凝土水下爆炸破壞模式數值模擬[J] 工程失效分析， 徐賀軍 韌性檢測中的一些關鍵問題金屬材料的脆性轉變溫度[J] 理化試驗（物理分冊），張武 角塔基礎預偏斜分析與處理[J] 福建電力電工，文章**—材料與試驗網.