本实用新型涉及输电设备技术领域和钢结构领域，特别是一种用于钢桁架塔抢修、替换和维护工作中的防屈曲替换装置。
背景技术：
近年来，为适应我国经济的高速增长，我国电网规模越来越大，电压等级越来越高，电网结构越来越复杂。同时，国家的社会经济发展对电网的要求越来越高，在经济发达地区，特别是在如珠江三角洲等地区，线路需在工业区、居民密集区或夹在两条已建线路中间走线，架设输电线路走廊异常紧张，输电线路走廊与土地资源的矛盾非常突出。如何确保电网的安全稳定运行，确保电网向全社会安全可靠供电，是关乎国计民生和国家安全的重大问题。
输电塔是一种格构式高耸结构，是输电线路的重要组成部分，具有高，柔及阻尼小等特点，当前，大部分输电塔基本由角钢(或圆钢)组成，其依靠自身的强度和刚度抵抗外荷载。一方面，目前电力传输距离都很长，有的都采取高压传输，为了避免高压存在的安全隐患，也为了城市建设，一般高压的输电塔的高度都是三十米以上。在外荷载作用下，输电塔局部的构件容易出现一些局部的变形，长期以为，构件容易出现大变形而导致强度和失稳破坏；另一方面，输电铁塔主要采用镀锌钢结构，长期暴露在风吹日晒的环境中，特别是镀锌钢结构输电塔在沿海地区和工业污染，输电塔本身存在很大损耗，构件容易出现腐蚀的现象，使用寿命将大大缩短。所以，工作人员需要定期对输电塔进行抢修和维护工作，但当结构中某些构件出现变形时，目前抢修和维护工作基本仅限于对原结构的局部的补强和喷涂防腐蚀材料等。例如当输电塔中竖向承载的某一塔柱出现了一定的变形，如果放任不管，则将会导致输电塔的整体失稳倒塌的发生，如果采用一般的补强，则会使结构的刚度分配出现不均衡，结构的安全需要进行重新计算和评估，否则，输电塔应进行拆除重建。相对某一些构件不满足承载力挥着变形要求而要重新建造，替换这些不符合要求的构件则相对更加经济。然而，常规的替换工作需要大量的设备，且存在较大的安全风险。
技术实现要素：
针对现有钢桁架塔抢修和维护工作中所存在的上述问题，本实用新型提供了一种用于钢桁架塔抢修、替换和维护工作中的防屈曲替换装置，可以提供安全可靠的钢桁架塔局部构件替换装置，从而保证钢桁架塔抢修、替换和维护工作中的施工安全，大大增加钢桁架塔的使用寿命，可以大大节省各项成本。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于钢桁架塔抢修、替换和维护工作中的防屈曲替换装置，所述防屈曲替换装置包括防屈曲过度杆件、连接接头和连接构件，所述防屈曲过度杆件包括核心构件、连接套管、套筒、防屈曲夹层和碳纤维材料层，两根核心构件通过连接套管连接，每根核心构件外套装所述套筒，所述核心构件与套筒内壁之间为防屈曲夹层，所述连接套管外设置碳纤维材料层；
所述连接接头包括加劲板、节点板上替换构件螺栓孔、连接加劲板和连接接头端部，所述加劲板和连接加劲板均固定在节点板上，两个加劲板之间通过所述连接加劲板连接，所述节点板上设置节点板上替换构件螺栓孔，所述连接接头端部上设置连接接头端部螺栓孔；
所述连接接头设置与输电塔的各个节点板上，所述防屈曲过度杆件的两端分别与节点板上的连接接头通过连接构件连接。
进一步，在节点板上设置与输电塔主体构件相适应的节点板上替换构件螺栓孔；连接加劲板过焊接方式连接在节点板上；为保证连接加劲板的平面内、外的稳定性，通过焊接方式将加劲板连接在节点板和连接加劲板上；再将连接接头部焊接在连接加劲板上；连接接头端部螺栓孔按受力计算设置在连接接头部上形成所述连接接头。
再进一步，在核心构件和连接套管上分别设置第一核心构件上螺栓孔、第二核心构件上螺栓孔、连接套管上的螺栓孔；两个核心构件与连接管套之间通过连接构件进行连接；在核心构件外侧设置套筒，横断面上，核心构件位于套筒包含范围的正中部。
本实用新型的技术构思是：用于钢桁架塔抢修、替换和维护工作中的防屈曲替换装置，“替换”和“防屈曲替换装置”含义在于可以通过本实用新型的装置安全地替换输电塔中的有缺陷的构件，从而保证结构的安全；在某个项目中或者标准化图纸中，同一种类型的输电塔会有多个，针对每种类型的的输电塔设计并制作出若干防屈曲过度杆件(这些防屈曲过度杆件也可以进行复合式拼装成新的防屈曲过度杆件)，防屈曲过度杆件通过输电塔节点板上的过度接头进行连接，在拆除需要替换的构件，安装上新的构件，再拆下防屈曲过度杆件，从而达到替换的要求。从而保证钢桁架塔抢修、替换和维护工作中的施工安全，大大增加钢桁架塔的使用寿命，可以大大节省各项成本。
相对现有技术，本实用新型具有以下有益技术效果：
(1)本实用新型采用防屈曲过度杆件作为输电塔中有缺陷杆件替换工作的支撑构件，防屈曲过度杆件长度可以设置得较长，可以充分利用芯材的强度，相对纯钢构件大大缩小了构件的截面，过度接头也可以设置的相对较小，从而不影响输电塔外立面的美观；防屈曲过度杆件可以重复利用，并可以进行组合使用，使用在所用同类型的输电塔中，具有较好的性价比。
(2)本实用新型采用新构件替换原有的有缺陷构件，可以保证输电塔中构件在微小缺陷(局部屈曲、局部锈蚀等)后，大变形、大削弱前就会被替换，确保输电塔在外荷载的作用下有余某些承重构件失稳或者断裂而发生失稳倒塌的情况，大大增加钢桁架塔的使用寿命，可以大大节省各项成本。
(3)本实用新型采用先支撑后拆换的工序，可以大大保证替换工作的安全性，将施工人员的生命安全危险和结构倒塌的危险降到最低。
(4)本实用新型的施工中无需大量的设备，工艺简单，施工方便，工期短，人力投入少，施工效率高，成本低廉，如能大量运用在现在的铁塔建设和铁塔维护、抢修中和替换中，将会带来巨大的经济效益。
附图说明
图1为本实用新型输电塔需要替换的典型部位示意图。
图2本实用新型防屈曲过度杆件爆炸图。
图3本实用新型过渡接头连接示意图。
图4本实用新型防屈曲过度杆件安装合成图。
图5本实用新型横向受力构件的替换示意图。
图6本实用新型竖向受力构件的替换示意图。
图7本实用新型输电塔中受力构件替换步骤简图。
图1～图7中，1为防屈曲过度杆件；11为核心构件；12为连接套管；13为套筒；14为防屈曲夹层；15为第一核心构件上螺栓孔；16为第二核心构件上螺栓孔；17为连接套管上的螺栓孔；18为碳纤维材料层；19为连接构件；2为连接接头；21为加劲板；22为节点板上替换构件螺栓孔；23为连接加劲板；24为连接接头端部；241为连接接头端部螺栓孔；25为节点板；3为连接构件；4为输电塔；41为竖向受力构件；42为横向受力构件；43为连接构件；44为节点部位。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
实施例1
参照图1～图7，一种用于钢桁架塔抢修、替换和维护工作中的防屈曲替换装置，所述防屈曲替换装置包括防屈曲过度杆件、连接接头和连接构件，所述防屈曲过度杆件包括核心构件、连接套管、套筒、防屈曲夹层和碳纤维材料层，两根核心构件通过连接套管连接，每根核心构件外套装所述套筒，所述核心构件与套筒内壁之间为防屈曲夹层，所述连接套管外设置碳纤维材料层；
所述连接接头包括加劲板、节点板上替换构件螺栓孔、连接加劲板和连接接头端部，所述加劲板和连接加劲板均固定在节点板上，两个加劲板之间通过所述连接加劲板连接，所述节点板上设置节点板上替换构件螺栓孔，所述连接接头端部上设置连接接头端部螺栓孔；
所述连接接头设置与输电塔的各个节点板上，所述防屈曲过度杆件的两端分别与节点板上的连接接头通过连接构件连接。
进一步，在节点板上设置与输电塔主体构件相适应的节点板上替换构件螺栓孔；连接加劲板过焊接方式连接在节点板上；为保证连接加劲板的平面内、外的稳定性，通过焊接方式将加劲板连接在节点板和连接加劲板上；再将连接接头部焊接在连接加劲板上；连接接头端部螺栓孔按受力计算设置在连接接头部上形成所述连接接头。
再进一步，在核心构件和连接套管上分别设置第一核心构件上螺栓孔、第二核心构件上螺栓孔、连接套管上的螺栓孔；两个核心构件与连接管套之间通过连接构件进行连接；在核心构件外侧设置套筒，横断面上，核心构件位于套筒包含范围的正中部。
在输电塔设计时，将输电塔中节点位置的节点板全设计成连接接头2的形式，连接接头2包括加劲板21、节点板上替换构件螺栓孔22、连接加劲板23，连接接头部24和连接接头端部螺栓孔241。在节点板25上设置与输电塔主体构件相适应的节点板上替换构件螺栓孔22；连接加劲板23过焊接方式连接在节点板25上；为保证连接加劲板23的平面内、外的稳定性，通过焊接方式将加劲板21连接在节点板25和连接加劲板23上；再将连接接头部24焊接在连接加劲板23上；连接接头端部螺栓孔241按受力计算设置在连接接头部24上，形成连接接头2。
在输电塔运营中，某根构件需要进行替换，首先根据该根构件的受力情况，设计防屈曲过度杆件1，屈曲过度杆件1包括核心构件11、连接套管12、套筒13、防屈曲夹层14、第一核心构件上螺栓孔15、第二核心构件上螺栓孔16、连接套管上的螺栓孔17、碳纤维材料18、连接构件19。其中，在核心构件11和连接套管12上分别设置第一核心构件上螺栓孔15、第二核心构件上螺栓孔16、连接套管上的螺栓孔17；核心构件11之间设置连接管套12，通过连接构件19进行连接；在核心构件11外侧设置套筒13，横断面上，核心构件11位于套筒13包含范围的正中部，在核心构件11和套筒13之间设置防屈曲夹层14，再通过碳纤维材料18将分段的构件进行连接，形成防屈曲过度杆件1。
在输电塔某构件替换过程中，先将防屈曲过度杆件1通过连接构件3，与输电塔需要替换构件两端的连接接头2的连接接头部24连接；再将需要替换的构件拆下，再拆除需要替换的构件，置换新的构件，最后将屈曲过度杆件1拆下，置换完成。
如图2至图5所示，一种用于钢桁架塔抢修、替换和维护工作中的防屈曲替换装置，包括防屈曲过度杆件1、连接接头2和连接构件3，防屈曲过度杆件1包括核心构件11、连接套管12、套筒13、防屈曲夹层14、第一核心构件上螺栓孔15、第二核心构件上螺栓孔16、连接套管上的螺栓孔17、碳纤维材料18、连接构件19；连接接头2包括加劲板21，节点板上替换构件螺栓孔22，连接加劲板23，连接接头端部24，连接接头端部螺栓孔241，节点板25。
所述连接接头设置与输电塔的各个节点板上，所述防屈曲过度杆件的两端分别于节点板上的连接接头通过连接构件连接。
优先的，所述核心构件优先采用牌号Q420以上的钢材，或采用强度超过Q420的高分子材料；
优先的，所述核心构件可采用圆管形式、方管形式，实心钢材等形式，规格一致；
优先的，所述核心构件长度总长度规格为1m，2m，5m，10m，也可制作成其它长度形式；
优先的，所述核心构件的两端需要开螺栓孔，表面需要进行喷砂处理，使其表面粗糙度达到Sa2.5级，螺栓孔数目和直径按设计包络值设置；
优先的，所述螺栓采用高强度螺栓，螺栓个数和直径按设计包络值设置；
所述外围装置包括套管和防屈曲夹层，外围装置之间通过碳纤维材料进行连接；
优先的，所述套筒可以采用市场上有的各类规格的钢管或金属管，钢管或金属管可以是圆形、正方形、矩形钢管等，或采用两块由金属板进行90°弯曲后形成的两个板臂相互垂直折板的进行焊接而成；
优先的，所述套筒总长度比核心构件的总长度短200mm；
优先的，所述套管采用市场上有的各类规格的钢管或金属管；
所述防屈曲夹层可以采用高分子材料或者混凝土材料；
优先采用聚氨酯材料，聚氨酯层通过将液态多元醇、异氰酸酯通过按比例灌注于钢管腔体内进行化学反应而形成的；
优先的，将液态多元醇、异氰酸酯、直径20-200μm的玻璃或陶瓷微珠按体积比为1∶1∶1.5进行调配；
所述过度接头设置在输电塔各个主要节点处；
优先的，在过度接头上开有螺栓孔，螺栓孔数目和直径按设计包络值设置；
优先的，在过度接头优先采用与芯材同样的材料；
所述连接构件可以选用销轴栓钉或者高强螺栓，销轴栓钉或螺栓的个数与直径按计算包络值确定。
如图1所示，X市有同种输电塔420座，输电塔4主要包括竖向受力构件41，横向受力构件42，连接构件43和节点部位44，在输电塔建造初期在节点部位44采用新型的节点板样式——连接接头2(如图3所示)，其中加劲板21，连接加劲板23可以保证连接接头端部24在短时间受力时不出现较大的位移，使连接接头具有很好的稳定性，连接接头端部24为在替换竖向受力构件41或横向受力构件42时，固定防屈曲过度杆件1的接头，可以保证在短时间内将结构传至该部分竖向受力构件41或横向受力构件42的作用全部转给防屈曲过度杆件1，从而进行部分竖向受力构件41或横向受力构件42的替换工作。连接接头端部24为圆管，圆管直径由设计计算的包络内力确定(输电塔4中各根构件最大内力)，连接接头端部24上的连接接头端部螺栓孔241的数目和孔径也由设计计算的包络内力确定。连接接头2需要进行较输电塔4较高一级的防火和防腐处理。其中，横向受力构件42采用L80x6，Q345钢材；节点板25为-12X200X600，Q345钢材；加劲板23采用-10X200X300，Q345钢材，焊接与节点板25上；加劲板21根据实际情况采用切角形式，Q345钢材，并焊接于节点板25和加劲板23上；连接接头端部24采用长度为100mm，直径为150mm，壁厚为10mm的无缝钢管，Q420钢材；一侧连接接头端部螺栓孔241直径为17mm，上下各四个孔。
经过多年后，X市某一输电塔4在环境影响下，输电塔4的A部的横向受力构件42出现了不均匀锈蚀，需要进行替换。项目工作人员调阅输电塔4的设计资料，针对输电塔4的A部的横向受力构件42设计防屈过度杆件1(如图2所示)，通过防屈曲过度杆件1可以实现利用较小的截面实现较大跨度输电塔4有缺陷部分的替换。防屈曲过度杆件1包括核心构件11、连接套管12、套筒13、防屈曲夹层14、第一核心构件上螺栓孔15、第二核心构件上螺栓孔16、连接套管上的螺栓孔17、碳纤维材料18、连接构件19。其中A部的横向受力构件42两端节点的长度为5000mm，核心构件11采用长度为2500mm，直径为160mm，壁厚为9mm的无缝钢管，Q420钢材；核心构件11上开第一核心构件上螺栓孔15、第二核心构件上螺栓孔16，直径为17mm；两根核心构件11采用连接套管12和连接件19进行连接，连接套管12采用直径为170mm，壁厚为9mm的无缝钢管，Q420钢材，连接件19采用销轴形式，直径为16mm；套筒13采用变长为200mm、厚度为6mm的方管，防屈曲夹层14采用聚氨酯材料，套筒13和防屈曲夹层14长度为2400mm；核心构件11通过连接构件19连接成整体，再在其外侧设置套筒13和防屈曲夹层14，在通过碳纤维材料18进行包裹接缝，形成防屈曲过度杆件1。
如图4所示，将屈曲过度杆件1通过连接构件3(采用10.9级M16)，连接于A部的横向受力构件42两端的连击接头2上，再拆除横向受力构件42，置换新的横向受力构件42，最后将屈曲过度杆件1拆下，置换完成。
实施例2
如图2至图4以及图6所示，一种用于钢桁架塔抢修、替换和维护工作中的防屈曲替换装置，包括防屈曲过度杆件1、连接接头2和连接构件3，防屈曲过度杆件1包括核心构件11、连接套管12、套筒13、防屈曲夹层14、第一核心构件上螺栓孔15、第二核心构件上螺栓孔16、连接套管上的螺栓孔17、碳纤维材料18、连接构件19；连接接头2包括加劲板21，节点板上替换构件螺栓孔22，连接加劲板23，连接接头端部24，连接接头端部螺栓孔241，节点板25。
如图1所示，Y市有同种输电塔3000座，输电塔4主要包括竖向受力构件41，横向受力构件42，连接构件43和节点部位44，在输电塔建造初期在节点部位44采用新型的节点板样式——连接接头2(如图3所示)，其中加劲板21，连接加劲板23可以保证连接接头端部24在短时间受力时不出现较大的位移，使连接接头具有很好的稳定性，连接接头端部24为在替换竖向受力构件41或横向受力构件42时，固定防屈曲过度杆件1的接头，可以保证在短时间内将结构传至该部分竖向受力构件41或横向受力构件42的作用全部转给防屈曲过度杆件1，从而进行部分竖向受力构件41或横向受力构件42的替换工作。连接接头端部24为圆管，圆管直径由设计计算的包络内力确定(输电塔4中各根构件最大内力)，连接接头端部24上的连接接头端部螺栓孔241的数目和孔径也由设计计算的包络内力确定。连接接头2需要进行较输电塔4较高一级的防火和防腐处理。其中，横向受力构件42采用L120x10，Q345钢材；节点板25为-20X300X700，Q345钢材；加劲板23采用-16X300X400，Q345钢材，焊接与节点板25上；加劲板21根据实际情况采用切角形式，Q345钢材，并焊接于节点板25和加劲板23上；连接接头端部24采用长度为120mm，直径为200mm，壁厚为12mm的无缝钢管，Q420钢材；一侧连接接头端部螺栓孔241直径为21mm，上下各四个孔。
进过多年后，X市某一输电塔4在环境影响下，输电塔4的B部的竖向受力构件41出现了不均匀锈蚀，需要进行替换。项目工作人员调阅输电塔4的设计资料，针对输电塔4的B部的竖向受力构件41设计防屈过度杆件1(如图2所示)，通过防屈曲过度杆件1可以实现利用较小的截面实现较大跨度输电塔4有缺陷部分的替换。防屈曲过度杆件1包括核心构件11、连接套管12、套筒13、防屈曲夹层14、第一核心构件上螺栓孔15、第二核心构件上螺栓孔16、连接套管上的螺栓孔17、碳纤维材料18、连接构件19。其中A部的横向受力构件42两端节点的长度为7220mm，核心构件11采用长度为3600mm，直径为220mm，壁厚为12mm的无缝钢管，Q420钢材；核心构件11上开第一核心构件上螺栓孔15、第二核心构件上螺栓孔16，直径为21mm；两根核心构件11采用连接套管12和连接件19进行连接，连接套管12采用直径为240mm，壁厚为12mm的无缝钢管，Q420钢材，连接件19采用销轴形式，直径为20mm；套筒13采用变长为300mm、厚度为6mm的方管，防屈曲夹层14采用聚氨酯材料，套筒13和防屈曲夹层14长度为1700mm；核心构件11通过连接构件19连接成整体，再在其外侧设置套筒13和防屈曲夹层14，在通过碳纤维材料18进行包裹接缝，形成防屈曲过度杆件1。
如图4所示，将屈曲过度杆件1通过连接构件3(采用10.9级M20)，连接于B部的竖向受力构件41两端的连击接头2上，再拆除竖向受力构件41，置换新的竖向受力构件41，最后将屈曲过度杆件1拆下，置换完成。
如图7所示，一种用于钢桁架塔抢修、替换和维护工作中的防屈曲替换方法，包括以下步骤：
(1)在输电塔建造初期在节点部位采用新型的节点板样式——连接接头(如图3所示)，连接接头端部上的螺栓孔的数目和孔径也由设计计算的包络内力确定。
(2)项目工作人员调阅输电塔的设计资料，针对输电塔需要替换的构件设计防屈过度杆件(如图2所示)。
(3)工程根据防屈曲过度杆件的设计图示进行加工制作，并运往现场；
(4)将屈曲过度杆件通过连接构件连接于需要替换构件两端的连接接头上，再拆除需要替换的构件，置换新的构件，最后将屈曲过度杆件拆下，置换完成。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。
熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，对于本实用新型做出的该进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。