可改善应力分布的同塔双回直线杆塔结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可改善应力分布的同塔双回直线杆塔结构，包括下横担和塔身，下横担两侧与其下侧塔身的对应侧间均设有改善应力分布的结构件，所述的结构件固定在下横担下侧和下横担下侧塔身的主材角钢上。本实用新型改善了下横担及其附近塔身上应力分布集中的问题，使得杆塔下横担及其附近塔身应力分布趋于均匀，减小了覆冰情况下出现杆塔倒塌的可能性，可提高杆塔抗冰灾能力，适用于500kV输电线路同塔双回直线杆塔。
【专利说明】可改善应力分布的同塔双回直线杆塔结构
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型属于输电线路防冰灾减冰灾领域，尤其涉及一种可改善应力分布的同塔双回直线杆塔结构。
【背景技术】
[0002]输电线路是电力系统中不可或缺的重要组成部分，承担着电能传输的重任。然而，冬季时杆塔及导线、地线覆冰的出现，以及由此产生的倒塔事故，对输电线路安全稳定运行构成了威胁，所以输电线路防冰灾方面需要进行大量的研究。统计数据显示，2008年华中地区发生的输电线路冰灾中，90 %是由杆塔结构破坏引起的，因此杆塔是输电线路防灾中需要重点关注的对象。目前，输电线路防冰灾工作主要从以下两个方面进行:一是对输电线路进行实时监测，以提供防冰灾预警信息；二是改进杆塔本体结构。
[0003]输电线路的实时检测采用输电线路在线监测系统进行，主要包括视频监测系统、覆冰在线监测系统、杆塔倾斜在线监测系统及杆塔不平衡张力在线监测系统。上述四种监测系统可针对输电线路导线、地线及杆塔整体运行工况进行监测，并提出防冰灾预警信息，但是对输电线路本身的抗冰灾能力没有提升作用。
[0004]杆塔本体结构的改进是通过改进杆塔部分结构形状或增加一些钢构连接来提高杆塔整体的抗冰灾能力。目前设计输电线路时，由于设计量比较大，所以一般均是直接采用杆塔库中的杆塔结构，因此杆塔结构形式统一，缺乏一些针对性的设计。而且，对于一些大档距和大高差情况下的同塔双回直线杆塔，杆塔角钢的应力分布往往集中在下横担及附近塔身上，这种的集中应力会导致该区域角钢在覆冰情况下很快达到屈服极限，从而产生杆塔倒塌的危险性。
实用新型内容
[0005]针对现有同塔双回直线杆塔在大档距和大高差情况下、应力往往集中分布于下横担及其附近塔身的问题，本实用新型提供了一种可改善应力分布的同塔双回直线杆塔结构，该杆塔结构可提高杆塔的抗冰灾能力。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案:
[0007]可改善应力分布的同塔双回直线杆塔结构，包括下横担和塔身，下横担两侧与其下侧塔身的对应侧间均设有改善应力分布的结构件，所述的结构件固定在下横担下侧和下横担下侧塔身的主材角钢上。
[0008]上述结构件为屈服强度为Q345的角钢构件。
[0009]上述结构件由两平行角钢及设置在平行角钢对角位置的对角角钢构成。
[0010]所述的结构件包括两平行角钢、一对角长角钢和两对角短角钢；下横担一侧下方的主材角钢包括第一角钢(3)和第二角钢(4)，下横担下侧塔身同侧的主材角钢包括第三角钢(5)和第四角钢(6)，第一角钢(3)和第四角钢(6)相连，第二角钢⑷和第三角钢(5)相连；第一平行角钢两端分别固定于第一角钢(3)和第四角钢(6)上，第二平行角钢两端分别固定于第二角钢(4)和第三角钢(5)上；对角长角钢两端分别固定于第一角钢(3)和第三角钢(5)上，且构成两平行角钢的对角；两对角短角钢中的第一对角短角钢两端分别固定于第二角钢(4)和对角长角钢中心范围，第二对角短角钢两端分别固定于第四角钢(6)和对角长角钢中心范围。
[0011]与现有技术相比，本实用新型具有以下特点和有益效果:
[0012]1、在同塔双回直线杆塔下横担及其下侧塔身间设置用来改善应力分布的结构件，改善了下横担及其附近塔身上应力分布集中的问题，使得杆塔下横担及其附近塔身应力分布趋于均匀，减小了覆冰情况下出现杆塔倒塌的可能性，可提高杆塔抗冰灾能力。
[0013]2、适用于500kV输电线路同塔双回直线杆塔。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为常规同塔双回直线杆塔下横担正视图；
[0015]图2为规同塔双回直线杆塔下横担侧视图；
[0016]图3为下横担和下横担下侧塔身的主材角钢上的螺孔位置示意图；
[0017]图4为下横担和下侧塔身的主材角钢上固定平行角钢后的结构示意图；
[0018]图5为平行角钢上的螺孔位置示意图；
[0019]图6为平行角钢对角间固定对角角钢后的结构示意图；
[0020]图7为本实用新型同塔双回直线杆塔整体结构正视；
[0021]图8为本实用新型同塔双回直线杆塔右侧下横担及下侧塔身局部结构示意图；
[0022]图9为【具体实施方式】中所采用的Q345角钢结构示意图；
[0023]图10为仿真对比试验中对杆塔施加荷载及约束的示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合附图进一步说明本实用新型的一种【具体实施方式】。
[0025]参见图1?2，该图为常规同塔双回直线杆塔下横担结构的正视图和侧视图，I表示下横担，2为下横担和下横担下侧塔身的交界线，3和4为下横担下侧两条主材角钢，5和6为下横担下侧塔身右侧两条主材角钢。由于常规同塔双回直线杆塔左右对称，下面仅以图2中所示杆塔右侧为例来说明本实用新型的具体实施过程。
[0026]以下横担和下横担下侧塔身的交界线(2)为基准线，分别在角钢(3)和角钢(6)上距基准线第一节点(7) LpL2处各开孔径3cm的螺孔(9);同样地，分别在角钢(4)和角钢
(5)上距基准线第二节点(S)LpL2处各开孔径3cm的螺孔(9)，螺孔位置见图3。基准线第一节点(7)和第二节点(8)为下横担下侧主材角钢和下横担下侧塔身侧边主材角钢的连接处。通过计算验证发现，当L1取值为单侧横担长度的1/4?1/3、且L2取值为单侧横担长度的1/3?1/2时，改善应力分布效果较好，且不会降低该下横担处悬挂的导线与杆塔之间的绝缘距离。
[0027]将两根屈服强度为Q345的角钢(10?11)分别固定在角钢(3)和角钢(6)以及角钢⑷和角钢(5)间，角钢(10)两端通过螺丝分别固定于角钢(3)和角钢(6)的螺孔上，角钢(11)两端通过螺丝分别固定于角钢⑷和角钢(5)的螺孔上，角钢(10)和角钢(11)相平行，见图4。在角钢(10?11)两端距离螺丝向内5cm处各开一孔径3cm的螺孔(9)，螺孔位置见图5。
[0028]在角钢(10)上端螺孔和角钢(11)下端螺孔间通过螺丝固定屈服强度为Q345的对角长角钢(12),在对角角钢(12)中点往两侧5cm处各开一孔径3cm的螺孔(9)，见图6。在角钢(12)上方螺孔和角钢(11)上端螺孔间通过螺丝固定屈服强度为Q345的对角短角钢(13)，在角钢(12)下方螺孔和角钢(10)下端螺孔间通过螺丝固定屈服强度为Q345的对角短角钢(14)，见图8。对杆塔左侧下横担和下横担下侧塔身间添加相同的结构件(15)，即可获得本实用新型杆塔结构，见图7。[0029]本【具体实施方式】中采用的强度为Q345的角钢，横截面为L形，横截面尺寸为180mmX 14mm,其结构见图9所不。
[0030]下面通过仿真对比试验来说明本实用新型的有益效果。
[0031]首先，通过有限元分析工具ANSYS的梁单元BEAM188分别建立常规同塔双回直线杆塔结构和本实用新型同塔双回直线杆塔结构，其中，梁单元的尺寸和材料属性根据杆塔实际参数设置。然后，分别计算常规同塔双回直线杆塔结构和本实用新型同塔双回直线杆塔结构在相同不平衡张力下的塔臂应力分布情况。
[0032]将杆塔受到的来自导线和地线的不平衡张力等效为有限元模型中对杆塔对应连接节点上施加的荷载，对两种杆塔结构施加相同荷载。每条导线不平衡张力等效的荷载大小为40000N，方向沿导线走向且与地面向下成20度角；每条地线不平衡张力等效的荷载大小为10000N，方向沿导线走向且与地面向下成10度角。同时塔基部分四个塔脚对杆塔的固定作用等效为有限元模型中杆塔对塔脚最底端四个节点的位移自由度约束条件。具体的荷载和约束条件施加位置见图10中箭头所示，其中箭头I~6所指为导线荷载施加的位置，箭头7~8所指为地线荷载施加的位置，箭头9~12所指为塔脚约束位移自由度的位置。
[0033]施加了上述约束条件和荷载之后，通过ANSYS分析工具进行有限元力学分析，得到杆塔中各节点的位移和各单元的应力。由于杆塔由两种屈服强度的角钢Q235、Q345组成，单从角钢单元所受应力大小分析，无法直观反应杆塔的风险程度。本实用新型定义一个参数:应力百分比，用来表征角钢单元所受应力与该角钢单元屈服强度之间的比值，应力百分比接近或者超过I的单元越多，那么杆塔的风险程度就越高。通过分别计算两种杆塔有限元模型中角钢单元的应力百分比，可以得到各自应力百分比最大的8个角钢单元，该8个角钢单元的应力百分比见表1。
[0034]分析表1可以发现，常规杆塔应力百分比最大的前2个角钢单元，其应力百分比要比其余角钢单元大很多，表明应力分布比较集中；而本实用新型杆塔应力百分比最大的8个角钢单元，其应力百分比值都差不多，且均较常规杆塔的角钢单元有所减小，表明应力分布比较均匀。由此可见，本实用新型杆塔结构能明显改善下横担角钢上的应力集中问题。
[0035]表1两种结构角钢单元应力百分比对比表
[0036]
【权利要求】
1.可改善应力分布的同塔双回直线杆塔结构，包括下横担和塔身，其特征在于: 下横担两侧与其下侧塔身的对应侧间均设有改善应力分布的结构件，所述的结构件固定在下横担下侧和下横担下侧塔身的主材角钢上。
2.如权利要求1所述的同塔双回直线杆塔结构，其特征在于: 所述的结构件为屈服强度为Q345的角钢构件。
3.如权利要求1所述的同塔双回直线杆塔结构，其特征在于: 所述的结构件由两平行角钢及设置在平行角钢对角位置的对角角钢构成。
4.如权利要求3所述的同塔双回直线杆塔结构，其特征在于: 所述的结构件包括两平行角钢、一对角长角钢和两对角短角钢；下横担一侧下方的主材角钢包括第一角钢(3)和第二角钢(4)，下横担下侧塔身同侧的主材角钢包括第三角钢(5)和第四角钢(6)，第一角钢(3)和第四角钢(6)相连，第二角钢(4)和第三角钢(5)相连； 第一平行角钢两端分别固定于第一角钢(3)和第四角钢(6)上，第二平行角钢两端分别固定于第二角钢(4)和第三角钢(5)上；对角长角钢两端分别固定于第一角钢(3)和第三角钢(5)上，且构成两平行角钢的对角； 两对角短角钢中的第一对角短角钢两端分别固定于第二角钢(4)和对角长角钢中心范围，第二对角短角钢两端分别固定于第四角钢(6)和对角长角钢中心范围。
【文档编号】E04H12/10GK203742240SQ201320879793
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】阮江军, 刘超, 甘艳, 杜志叶, 胡元潮, 周蠡 申请人:武汉大学, 华中电网有限公司