专利名称：高压及超高压输电线路铁塔抗风加固改造方法
技术领域：
本发明属于输电线路设备技术领域，具体涉及一种高压及超高压输电线路铁塔抗风加固改造方法。
背景技术：
作为大型复杂生命线系统的重要组成部分，输电系统的安全性问题直接影响国家的生产建设和人民的生活秩序。输电线路的破坏将导致供电系统的瘫痪、并有可能引发火灾等次生灾害，造成严重的经济损失。输电塔线体系具有结构高柔、导地线跨距大、非线性强等特点，是一种风敏感结构体系。强风暴是对输电线路威胁最大的一种自然灾害，因强风暴而导致的输电线路的破坏事故时有发生。从上个世纪90年代起，500kV输电线路逐渐成为我国电网主干线路，随着线路档距及塔高的增长，高压输电线路的累计倒塔次数和倒塔基数也呈上升趋势。1989年到2005年期间，我国500kV以上输电塔发生风致破坏越为43 基，造成严重经济损失。日本、澳大利亚等国家也时有风致输电塔破坏的报道。输电塔主要承受导线、地线及塔本身的自重和最大风荷载，因此在直线型自立式输电塔设计中，风荷载起控制作用。为了保持结构整体性能及分配剪力和抗扭，输电塔设计中都要设置一定间距的横隔面。尽管设计计算时横隔面的内力较小，但保持结构整体性作用较大。在龙卷风作用下，横隔面内的杆件有可能因承受过大的内力而发生失稳。在受到和输电塔成一定角度的风作用及抗扭计算中，横隔面性能以得到发挥。在我国的架空送电线路杆塔结构设计技术规定(DLT 51M-2002)中，设置横隔面的要求以构造要求的形式提出。横隔面主要设在塔身坡度变更的断面处、直接受扭力的断面处和塔顶及塔腿顶部断面处。在塔身坡度不变段内，横隔面设置的间距距不大于5倍平均宽度(宽面)，也不宜大于4个主材分段。可看出按照现有规程所设计的输电铁塔普遍存在塔身横隔面设置较少的问题。这种情况下， 铁塔结构下部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，在没有横隔面的塔段上，斜撑有非常大的面外变形发生，这与输电塔风致倒塌的现场调查结果一致。对高压及超高压输电线路铁塔抗风加固改造是一个目前迫切要解决的问题，本发明基于大量的风灾破坏调查、试验及计算分析提出了一种非常有效的高压及超高压输电线路铁塔抗风加固改造方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种施工简便、造价经济的对高压及超高压输电线路铁塔抗风加固改造方法。本发明提出的用于高压及超高压输电线路铁塔抗风荷载的加固改造方法，对高压及超高压输电线路铁塔的抗风性能进行评估，根据评估结果在塔身2中下部的适当位置增设新横隔面3，以增强输电铁塔的整体刚度；此外，针对不同的塔形，对输电铁塔的塔头4和横担5处薄弱杆件进行加固改造；具体步骤为
(1)对高压及超高压输电线路铁塔的抗风性能评估，是按照现有的结构分析方法，采用
3合适的有限元软件，分析输电铁塔的刚度状况，根据结果判断原有规范要求的横隔面1的位置是否合理，并按照设计规程对结构位移的限制要求发现结构薄弱点，找出需要加固的部位；
一般在位于塔身2的四个一级斜撑6的交点7的水平面处增设新横隔面3，，新横隔面3 自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规程，其形式如附图3所示(应具体说明何种体，附图不能说明问题)， 横隔面构件截面根据已有杆件的截面进行标准化设计。由于新横隔面3有较大的面内刚度，可以将塔身2四个面的一级斜撑6互相约束形成一个整体，避免一级斜撑节点7发生大的平面外变形；与此同时，一级斜撑6在新横隔面3的面外方向也起到斜撑横隔面的作用， 避免横隔面在面外发生过大的面外变形以及竖向振动。新横隔面3和一级斜撑6之间在两个相互接近正交的平面中相互约束，彼此斜撑，形成了一个共同承受力的整体；在塔身2增设新横隔面3之前，需要拆除原有的二级斜撑8，这将使得一级斜撑的交点7和塔身主材11 之间的横隔面主构件12的长度较原设计变大，容易发生失稳。因此需要增设一些新的二级斜撑9，这些二级斜撑和原有的二级斜撑8的方向不同，新的二级斜撑9 一端斜撑在横隔面侧边四分点10上，另外一端和二级斜撑9或塔身主材11相连接，如附图2和4所示。(2)对于直接承担导地线荷载的塔头4和横担5，位于塔头4和横担5上的杆件截面较小，且构件底面的既有斜撑14多为单向的，很容易发生强度破坏，产生大变形。因此需要对杆件增大截面尺寸或在塔头和横担上的既有斜撑14上增加新的斜撑15，所述新的斜撑15与既有斜撑14为双向交叉排列，安装过程中，新的斜撑与原有构件交点处需要打螺栓孔16和螺栓进行固定。通过结构分析以及试验对比发现适当增加新横隔面3后，输电塔结构的整体性能会得到极大提高，该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。横隔面的存在使得输电铁塔抗风性能得到显著加强。本发明提出的两项加固措施，全面保障了高压及超高压输电线路铁塔的整体刚度、抗剪性能和局部强度，使得输电铁塔能够承受强风暴引起的动荷载而不至于失去承载力。本发明思路简单清楚，施工方便，效果显著，而且造价较为经济，可广泛用于高压及超高压输电线路铁塔的抗风改造加固工程中。
图1输电铁塔的整体结构图。图2塔身下段未加固前结构图。图3横隔面的结构图。其中，图(a)和(b)为内部加交叉斜撑的横隔面，图(C)和 (d)为边缘加小斜撑的横隔面。图4拆除原有二级斜撑并增设横隔面主构件的塔身下段示意图。图5增设新的二级斜撑后塔身下段示意图。图6改造前的横担底面示意图。图7增加交叉斜撑后的横担底面示意图。图中标号1为规范要求的横隔面，2为塔身，3为新横隔面，4为塔头，5为横担，6 为塔身的一级斜撑，7为一级斜撑的交点，8为原有的二级斜撑，9为新的二级斜撑，10为横隔面侧边四分点，11为塔身主材，12为横隔面的主构件，13为横隔面的次构件，14为塔头及横担部位的既有斜撑，15为新增斜撑，16为交叉点新螺栓孔。
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。实施例1 对于容易遭受强风暴地区的高压及超高压输电线路铁塔，首先通过一定的结构分析方法确定增设横隔面的位置。对于如附图2所示的塔身下部结构，计算表明两个横隔面之间的塔身坡度一致，按规程设置的横隔面数目比较少，从而造成塔身下半段缺乏有效的面外斜撑，是一个薄弱点。通过在一级斜撑交点7的水平面处增设两个新横隔面3，可以有效抑制局部振型过早出现，并且明显减小一级斜撑的平面外变形。这两个横隔面结构选取如附图3中的形式，由于横隔面中各杆件的受力均较小，主要是为了加强结构整体性，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。根据高压及超高压输电线路铁塔的图纸，得到一级斜撑交点7处塔身水平截面的尺寸大小，选取合理的横隔面的形式。同时，考虑到横隔面的施工要求，原有的二级斜撑8 需要进行拆除，拆除后的塔如附图4所示，可以看出拆除原有的二级斜撑以后，新的横隔面的主构件12的长度过长，容易失稳，因此需要增加一些新的二级斜撑9在如附图5所示的位置，这些杆件一端固定在横隔面侧边的四分点10上，另一端和一级斜撑或主材相连接， 从而使得新的横隔面和一级斜撑协同作用，并且减小各类杆件的计算长度。新二级斜撑的截面选取原则同新设的横隔面一致，由长细比控制，只需要满足构造要求。选好横隔面结构形式和所有新增构件的截面尺寸后，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。横隔面的现场装配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，相应的屈曲荷载减小，因此该工作必须在小风(三级风)情况下进行，并且只能对塔身四个面逐个面进行操作；拆除原有二级斜撑后，开始安装横隔面的主构件；之后安装新的二级斜撑，新二级斜撑与其他构件的连接位置可以借用拆除原有斜撑所留下的螺孔；待塔身四个面的构件改造安装完毕后，再进行横隔面内次构件的安装施工。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。在塔身有两个或两个以上一级斜撑的交点位置需要增设横隔面时，必须自上而下依次施工，不可对两个位置同时施工。该塔的横担底面只有单向斜撑，使得两侧的受压主构件长细比过大，因此增加斜撑15使之改造为双向交叉斜撑，新的斜撑截面应该跟既有单向斜撑一致，并且在工厂制作时打好螺栓孔。在现场安装顺序应该为，从横担内侧开始，先打好用于固定一个斜撑的螺栓孔，然后安装该斜撑，再进行下一个斜撑的打孔和安装，依次往横担外侧端部进行。
权利要求
1. 一种高压及超高压输电线路铁塔抗风加固改造方法，其特征在于对高压及超高压输电线路铁塔的抗风性能进行评估，根据评估结果在塔身O)中下部的适当位置增设新横隔面(3)，以增强输电铁塔的整体刚度；针对不同的塔形，对输电铁塔的塔头(4)和横担(5) 处薄弱杆件进行加固改造；具体步骤为(1)对高压及超高压输电线路铁塔的抗风性能评估，是按照现有的结构分析方法，采用合适的有限元软件，分析输电铁塔的刚度状况，根据结果判断原有规范要求的横隔面1的位置是否合理，并按照设计规程对结构位移的限制要求发现结构薄弱点，找出需要加固的部位；在位于塔身( 的四个一级斜撑(6)的交点(7)的水平面处增设新横隔面C3)，由于新横隔面C3)有较大的面内刚度，将塔身O)四个面的一级斜撑(6)互相约束形成一个整体， 避免一级斜撑节点(7)发生大的平面外变形；同时，一级斜撑(6)在新横隔面C3)的面外方向起到斜撑横隔面的作用，避免横隔面(1)在面外发生过大的面外变形以及竖向振动；新横隔面C3)和一级斜撑(6)之间在两个相互接近正交的平面中相互约束，彼此斜撑，形成一个共同承受力的整体；在塔身( 增设新横隔面C3)之前，需拆除原有的二级斜撑(8)，增设新的二级斜撑(9)，新的二级斜撑(9)和原有的二级斜撑(8)的方向不同，新的二级斜撑 (9) 一端斜撑在横隔面侧边四分点(10)上，另外一端和二级斜撑(9)或塔身主材(11)相连接；避免了由于一级斜撑的交点⑵和塔身主材(11)之间的横隔面主构件(12)的长度较原设计变大，发生失稳现象；(2)对于直接承担导地线荷载的塔头⑷和横担(5)，位于塔头(4)和横担(5)上的杆件截面较小，且构件底面的既有斜撑(14)多为单向的，通过对杆件增大截面尺寸或在塔头和横担上的既有斜撑(14)上增加新的斜撑(15)，所述新的斜撑(1 与既有斜撑(14)为双向交叉排列，安装过程中，新的斜撑(1 与既有斜撑(14)交点处通过螺栓孔(16)和螺栓进行固定。
全文摘要
本发明属于输电线路设备技术领域，具体涉及一种高压及超高压输电线路铁塔抗风加固改造方法，包括在输电塔塔身范围内适当位置增加横隔面以提高高压及超高压输电线路铁塔刚度和稳定性，以及根据不同的塔形在输电塔局部薄弱部位采取增大杆件截面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具体施工方法。本发明具有设计施工简便，用钢量小且效果显著，可广泛用于高压及超高压输电线路铁塔的抗风加固改造中，以达到提高输电塔整体刚度、减少因局部杆件屈曲失稳而引起的整体破坏。
文档编号E04G23/00GK102535874SQ201210006929
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者朱瑞元, 林韩, 翁兰溪, 谢强, 郑瑞忠, 陈强 申请人:同济大学, 福建省电力有限公司