2 箱式变电站箱体钢底架强度计算(2)

箱式变电站箱体钢底架强度计算
苏州爱信输配电设备公司肖云骧蒋剑刚倪敏
摘要：箱体的钢底架是整个箱式变电站承重载体，其强度直接影响箱式变电站在起吊、装卸过程受力变形后完好程度，故在设计、施工中备受关注。

对于非金属GRC 脆质材料箱体更显重要。

关于箱式变电站、起吊受力分析及底架变形量挠度，计算方法供讨论参考。

关键词：起吊受力、挠度、实例计算
预装式箱式变电站，从生产制造企业，到箱变使用场所，都有一个运输过程，也就是说箱式变电站要经过整体起吊、装卸和运输过程。

而箱变箱体的强度重点体现在保证运输、起吊、装卸过程中箱体不发生变形，损坏。

而箱体是箱变的承重载体，箱体底座钢架的刚度，是保证箱变起吊过程中，受力不发生破坏性变形关键部件。

其受力后的变形大小将影响到箱变的整体强度，所以箱体的钢制底座的机械强度、刚度是极其重要的。

现就其底架的起吊受力及受力的变形进行分析计算，供参考。

1箱式变电站在搬运起吊的受力状况
经对箱式变电站在装卸起吊过程的受力情形见图1分析，认为与门式起重机或锅炉筒体，其支撑点向中间移动相似，其自重为均布载荷作用于箱体底架上。

门式大梁和建筑中的一些梁在工程中按材料力学观点均简化为简支梁。

简支梁作为受弯杆件，在梁受力弯曲后的轴线是一条曲线，称挠曲线。

轴线的纵向挠曲位移称挠度。

箱式变电站在起吊时，钢底架要受自重载荷G作用，还要受起重时行车起吊速度V所产生的惯性力Q影响。

以及起重操作中的“点动”形成的冲击动载荷P d的影响，见图2。

这时钢底架会产生纵向弯曲、变形，其变形程度由挠度f大小来衡量。

2箱体钢底架受力弯曲所产生挠度f 计算
（1）箱体钢底架所受的力，由图1a 示，当箱变以提升速度V 向上起吊时： ①底架所受力平衡方程
R –G –Q = 0 R 合力 R = G + Q a 加速度 Q = ma = g
G
.a g 重力加速度
a = t
V V 01
m 质量
V 0 起始速度 V 1 最终速度 t
时间
②底架在箱变起吊“点动”操作时，见图2，产生冲击载荷P a P d = G .K d K d 动荷系数 K d =1+
l
G g A
E V
(2)
V
吊车速度 E 钢索弹性模数 A
钢索截面积
G 箱变重
l钢索长度
③底架上所受的均布载荷q
由图1b知，底架的载荷为均布载荷q
q1 = R/L = G+Q/L 箱变自重G与惯性力Q形成的均布载荷
q2 = P d /L = G . K d /L 箱变自重与纵向冲击力作用形成的均布载荷（2）底架受力后产生的最大挠度f
max
f
max =λ2
4
24
5(
384
-
EI
l q
） q q1或q2
E 底架槽钢弹性模数
I 底架槽钢惯性矩
λ =
l
m｛见图1b｝
3实例计算
现以一台外型尺寸5200×2500×2500（墙高）m/m箱式变电站为例，箱体材料为GRC复合材料制造，底架采用14a槽钢焊接而成，底架见图3。

图3
（1）箱变重量G，由箱体重量及配置电器重量组成。

箱体重量 = a ×b ×k 经验估算公式 = 5.2×2.5×550kg /m 2 a 箱体外型长（m ） =7150 kg b
箱体外型宽（m ）
K 500～550kg/ m 2 (墙板厚7cm) 箱内配置电器重量
变压器 400KVA 1台 2500kg 高压柜 350kg/台 3台 1050kg 低压柜 400kg/台 4台 1600kg 箱变重量G = 12300kg = 120540N （2）惯性力Q Q = ma =
g
G
.a 吊车速度V= 8m/min = 0.133 m/s a =
t
V V 0
1
- V 0= 0 V 1= 0.133 m/s
=
1
133.0- t = 1～3 s = 0.1333 Q =
8
.9120540
×0.1333 =1639.59N （3）纵向冲击载荷P d
P d = G .K d 起重吊具钢索φ16mm 长3.2m 4根 K d =1+
l
G g A
E V
(2)
V= 8m/min = 0.133 m/s
=1+08627.0 E = 200×109P a
=1+0.2937 A = 91.7mm 2×4=91.7×10-6 m 2×4 =1.3 g = 9.8 m/S 2 P d =1.3G=156702 N G = 120540 N l = 3.2m ×4
（4）箱变在受力后底架产生最大挠度f max f max =
λ2
4
245(384-EI
l
q ） q 1=23478.77N/m
=
10
102
.38
9
4
338420038430135-⨯⨯⨯⨯⨯⎥⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢
⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛2.312
245 q 2=30135N/m 取最大q= q 2 = 3.22×10-3 m l = 3.2m = 3.22 mm E = 200×109P a
I 底架由约6根（长度方向）14a
槽钢及角钢焊接而成
查表I x =564cm 4 纵向受力 I Y =53.2cm
I = 564 cm 4×6 = 3384 cm 4 =3384×10-8 m 4 λ = 2
.31
4 结束语：
当箱式变电站产生最大挠度时，其底架中点的最大应力
σ =
W
M max
其M max =
8
2
l
q （1－4λ2
） q= 120540 N/m
= 94117.6 N/m l= 3.2 m λ=
2
.31 W 为14a 槽钢截面系数Wx=80.5cm 3×6(根)
σ
=
6
105.80/6.941173
6⨯⨯-m m
N = 194.86×106 N/m 2 = 194.86 Mpa
其变形所产生的最大σ≤σp
≈200 Mpa （A 3钢比例极限）故不发生永久变形。

A 3 钢的σp
≈200Mpa 即：σ≤σp
不发生永久变形
箱变箱体钢底架的强度，我公司采用上述方式进行初步核算，并在底架上仔细选择起重位置，选择较合理的l及m尺寸，力求保持起重时均衡。

下表为我公司推荐的非金属GRC箱体底架采用的槽钢，供参考。