专利名称：既有输电塔抗冰加固改造方法
技术领域：
本发明属于输电设备技术领域，具体涉及一种电力系统重要结构-输电铁塔抵抗
冰荷载的输电塔加固改造及施工方法。
背景技术：
2008年1月10日开始，中国南方大部分地区遭受了五十年一遇的暴雪冻雨凝冻 天气。恶劣天气对灾区电力、通讯、公路、铁路以及城市生命线设施造成了极大程度的破坏， 对人民群众的正常生产生活造成了极大的不便，给国家带来了巨大的经济和财产损失。在 本次冰雪灾害当中，电力系统受灾最为严重，大量输电塔遭受严重破坏，影响最为巨大，并 且间接的影响了其他一些行业，如铁路运输和城市供水。从历史上看，1954年至2006年11 月，中国发生35千伏及以上电压等级规模较大并造成一定后果的电网覆冰灾害案例有86 例之多。根据现有输电线路杆塔设计规程所设计的高压输电铁塔普遍存在塔身横隔面设置 较少这一问题。这种情况下，铁塔结构的局部振型非常严重，在风的动力作用下，如果激起 局部振型，很有可能造成结构的动力失稳破坏。静力计算也表明，没有横隔面的塔段的斜撑 有非常大的面外变形发生。在冰灾中输电塔的大量破坏充分说明了既有输电塔在结构设计 方面的不足，对既有输电塔进行抗冰加固改造是一个目前迫切要解决的问题。而对于这一 问题，由于国外此类事故非常少见，对其加固方法目前还是一个空白。本发明基于大量的试 验及计算分析提出了一种非常有效的用于既有输电铁塔的抗冰加固改造方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种施工方便、快速有效、造价低廉的对既有输电铁塔的 抗冰加固改造及施工方法。 本发明提出的用于既有输电塔的抗冰加固和施工方法，其步骤包括对现有铁塔的 抗冰性能进行评价，根据评价在塔身中下部支撑的适当位置增设横隔面，以增强输电铁塔 的整体刚度；此外，还针对不同的塔形，对输电铁塔的塔头和横担处薄弱易失稳杆件进行加 固。 既有输电铁塔的抗冰性能安全性评价，是按照一定规范和方法(有现成的方法)， 计算出输电铁塔的刚度状况，根据计算，首先要评价其横隔面设置是否合理，整体性是否满 足要求。 对于横隔面设置过少的铁塔结构，需要对其进行加固改造设计，主要通过增设横
隔面来进行。横膈面的增设位置位于塔身节段的四个一级支撑交点的平面位置处，增设的 横隔面本身必须是一个几何不变体以达到整体传递水平剪力、合理化分配剪力的效果。几
何不变体的设计可参考现有相关规范。横隔面的选取可以根据需要设置横隔面处已有杆 件的截面大小进行标准化设计，其形式如附图3所示。由于横隔面本身几何不变，它可以 将塔身四个平面的一级支撑互相约束形成一个整体，避免一级支撑节点发生大的平面外变 形；于此同时，支撑在横隔面的面外方向也起到支撑横隔面的作用，避免横隔面在面外发生
3过大的面外变形以及竖向振动。横膈面和一级支撑之间在两个相互接近正交的平面中相互 约束，彼此支撑，形成了一个共同承受力的整体。 为了满足整体刚度要求，在塔身增设了横膈面以后，由于拆除了横隔面附件的原 先小支撑，使得一级支撑的交点和塔身主材之间的横膈面构件的长度过大，长细(径)比过 大，容易发生失稳。因此需要增设一些小的斜撑，这些斜撑和原先斜撑的方向不同。这些小 的斜撑一端支撑在横膈面的四分点上，另外一端和斜撑或主材相连接(如附图2)。
通过大量的计算分析以及试验发现适当增加横隔面后，结构的整体性能会得到 极大提高，塔身斜撑部位的局部振型消失，塔段斜撑的面外位移会得到大幅度的降低，减少 了面外失稳的可能性。增设横隔面这种改造加固方法对于增强输电铁塔抗冰性能是非常有 效的。 横隔面的存在使得输电铁塔中下部分塔身抗冰性能得到很大幅度的加强。对于直 接承担地线和导线荷载的塔头和横担，根据塔形的不同，在冰载荷下塔头和横担处某些杆 件由于受力较大，容易发生失稳破坏。因此需要对这些杆件采取增设斜撑或增大杆件截面 尺寸等加固措施。 本发明提出的两项加固措施，全面保障了输电塔整体从塔头到塔身的整体刚度、 抗扭性能和局部强度，使得输电铁塔能够承受较大的覆冰荷载而不至于失去承载力。本发 明设计独特，施工简单，效果显著，可广泛用于既有输电铁塔的抗冰改造加固工程中。
图l输电铁塔的结构图。
图2横隔设置位置图示。 图3横隔面形式示意图。其中，(a)为田字形，(b)为田字形加斜撑，(c)为双层方
框形加双层间的斜撑。 图4未增设小撑时铁塔示意图。 图5增设小撑后铁塔示意图。 图中标号1，2为需要加固的截面，3为与横截面相邻的小斜撑，4为加小斜撑的位 置，5为横截面构件，6为塔头，7为横担，8为塔身。
具体实施例方式
下面结合附图与具体实施例子对本发明做进一步详细说明。 对于易受覆冰影响的地区需要加固改造的输电铁塔，首先对其进行结构分析确定 要在何位置增加横隔面。对于如附图2所示的塔身结构，计算分析表明在1、2点即两个一级 支撑交叉处的平面位置处增加横隔面可以抑制局部振型并且明显减小支撑的平面外变形。 对这两个位置横隔面的选取，根据横隔面尺寸的大小，选取如附图3中的形式。由于横隔面 中各杆件的受力均较小，横隔面的存在主要是为了控制结构整体性，因此对角钢尺寸的选 择不需要进行计算，只需要满足构造要求和设计规程中对于杆件长细比的控制要求。
根据现有铁塔的图纸，得到截面1、2的尺寸大小。根据截面1、2的尺寸，选取合理 的横隔面的形式。同时，考虑到横隔面的施工要求，与横隔面相邻的小的斜撑(如附图2中 3)需要进行拆除，拆除后的塔如图4所示，由图4可以看出拆除小撑以后横隔面构件5的长度过长，容易失稳，因此需要增加一些小斜撑如附图5中4所示的位置，一端支撑在横膈 面的四分点上，另外一端和斜撑或主材相连接，这样可以使得横隔面和斜撑共同协调作用， 整体性更强，并且减小斜撑的计算长度。小的斜撑的截面选取原则同横隔面情况，由长细 (径)比控制，只需要满足构造要求。选择好横隔面和改造后的小斜撑的构件截面尺寸后即 可交由加工厂下料制作。所有的连接均采用螺栓单边连接，于加工厂打好螺孔，在施工现场 只需要进行拼装，易于现场施工，简单易行。 横隔面现场施工时需要严格遵守施工顺序，并且需要满足一定的气象条件。由于 拆除原有二级斜撑会使主材和一级斜撑的计算长度增加、屈曲荷载减小，因此该工作必须 在小风情况下进行(三级风以下)并且同时只能对塔身四个面逐个面进行操作；拆除原有 二级斜撑后，开始安装横隔面贯通塔身一面的构件(如附图4中构件5);之后安装改造后 的二级斜撑，二级斜撑与塔身的连接位置可以借用已拆除的斜撑所留下的螺孔；待塔身四 个面的构件改造安装完毕后，再进行横隔面其他构件的安装施工。所有螺栓连接的施工质 量需要符合现有施工验收规程中的规定。在同一面有两个或两个以上一级支撑的位置需要 进行横隔面加固改造时，必须自上而下依次施工，不可对两个位置同时施工。
权利要求
一种既有输电塔的抗冰加固改造方法，其特征在于具体步骤如下对现有铁塔的抗冰性能进行评价，根据评价在塔身中下部支撑的适当位置增设横隔面，以增强输电塔的整体刚度；此外，还针对不同的塔形，对输电铁塔的塔头和横担处薄弱易失稳杆件进行加固；其中所述增设的横隔面位于塔身节段四个一级支撑交点的平面位置处，该横截面本身是一个几何不变体，该横隔面将塔身四个面的一级支撑相互约束形成一个整体。
2. 根据权利要求1所述的既有输电塔的抗冰加固改造方法，其特征在于增加了所述横 隔面后，还需要增设一些小斜撑，这些小斜撑的一端支撑在所述横隔面的四分点处，另一端 支撑在一级斜撑或主材上。
3. 根据权利要求1所述的既有输电塔的抗冰加固改造方法，其特征在于对塔头和横担 处薄弱易失稳杆件的加固采用增设斜撑或增大杆件截面尺寸的措施。
4. 根据权利要求1所述的既有输电塔的抗冰加固改造方法，其特征在于施工现场风速 在3级以下，施工过程中杆件安装和拆除需要遵守如下顺序对塔身四个面逐个面进行操作；拆除原有二级斜撑后，开始安装横隔面贯通塔身一面 的构件；之后安装改造后的二级斜撑，二级斜撑与塔身的连接位置可以借用已拆除的斜撑 所留下的螺孔；待塔身四个面的构件改造安装完毕后，再进行横隔面其他构件的安装施工。
全文摘要
本发明属于输电设备技术领域，具体公开了一种既有输电塔的抗冰加固改造方法，包括在输电塔高度范围内适当增加横隔面数以提高既有输电铁塔整体刚度和稳定性，以及根据不同的塔形在输电塔薄弱部位采取增大杆件截面面积的方法提高局部承载力；考虑到现场施工时输电塔结构的安全，本发明同时提出了加固时的施工方法。本发明具有设计施工简便，用钢量小且效果显著，可广泛用于既有输电塔的抗冰加固改造中，以达到提高输电塔刚度、减少寒冷天气中因输电塔的破坏而引起的重大社会损失。
文档编号E04G23/04GK101781937SQ20101012188
公开日2010年7月21日 申请日期2010年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者张勇, 李颖, 谢强, 钱之银 申请人:同济大学;华东电力试验研究院有限公司