撞击作用下输电杆塔基础稳定性评估的试验装置及方法与流程

本发明涉及输电杆塔基础，尤其涉及一种撞击作用下输电杆塔基础稳定性评估的试验装置及方法。

背景技术：

1、随着我国电网建设的不断推进，输电杆塔遍布地表全域，其中发挥关键支撑作用的输电杆塔基础越来越受到关注。实际中输电杆塔基础会不可避免地遭受撞击作用，特别地，对于架设在农田区域的输电杆塔基础，随着近年来农作播种及收割自动化的普及，农业器械及农作车辆频繁出现于农田区域，由于视野受限及人员操作不当，农业器械及农作车辆撞击输电杆塔基础的事件常有发生。在撞击作用下输电杆塔基础会产生严重的结构损伤，会影响输电杆塔结构的整体稳定性，甚至会发生失稳倒塌的危险事故，造成电网系统的瘫痪以及严重的经济损失。

2、输电杆塔基础作为电力传输系统的骨架基础，在维持杆塔稳定以及传递荷载过程中发挥不可替代的作用。准确评估撞击作用对输电杆塔基础稳定性的影响至关重要，亟须提出一种撞击作用下输电杆塔基础稳定性评估的试验装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的无法准确评估撞击作用对输电杆塔基础稳定性影响程度的缺陷与问题，提供一种能准确评估撞击作用对输电杆塔基础稳定性影响程度的试验装置及方法。

2、为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种撞击作用下输电杆塔基础稳定性评估的试验装置，包括模型箱、输电杆塔基础、撞击机构和撞击调整机构；

3、所述模型箱内设置有土体，所述输电杆塔基础的底部埋设于所述土体中，所述输电杆塔基础的顶部通过地脚螺栓与输电杆塔连接；

4、所述撞击机构包括撞击杆和导向筒，所述导向筒的一端与输送管的一端连通，所述导向筒的另一端开设有开口，所述输送管的另一端与氮气瓶连通，所述输送管上安装有压力表和阀门，所述撞击杆设置在所述导向筒内，所述撞击杆包括冲击弹头、连接杆、可调节支架和橡胶密封壳，所述冲击弹头通过所述连接杆与所述可调节支架连接，所述可调节支架呈c型结构，所述可调节支架的外壁套装有所述橡胶密封壳，所述可调节支架通过调节其张开角度以使所述橡胶密封壳的外壁与所述导向筒的内壁接触；

5、所述撞击调整机构包括导轨、竖向支撑杆和横向支撑杆，所述导轨安装在所述模型箱的侧壁上，所述导向筒的端部滑动铰接在所述导轨上，所述导向筒可沿所述导轨长度方向滑动，所述导向筒的底部与所述竖向支撑杆的顶部铰接，所述竖向支撑杆的底部抵接在所述土体表面，所述竖向支撑杆可沿竖直方向移动，所述导向筒的侧壁与所述横向支撑杆的一端铰接，所述横向支撑杆的另一端与所述模型箱的侧壁铰接，所述横向支撑杆可沿水平方向移动；

6、所述输电杆塔基础侧面设置有用于记录撞击作用下输电杆塔基础倾斜角度的倾角传感器，所述输电杆塔基础角部位置设置有用于记录撞击作用下输电杆塔基础位移值的位移传感器，所述输电杆塔基础与所述输电杆塔连接处设置有用于记录地脚螺栓切向应变值的应变片，所述土体表面设置有用于记录输电杆塔基础受撞击面平均凹坑深度的三维激光扫描仪。

7、所述可调节支架包括对称设置的上弧形板和下弧形板，所述连接杆的端部插装有连接栓，所述上弧形板的一端通过连接弹簧与所述下弧形板的一端连接，所述上弧形板、所述下弧形板的另一端均套装在连接栓上，且所述上弧形板的另一端通过所述连接栓与所述下弧形板的另一端连接，所述上弧形板、所述下弧形板的外壁均与所述橡胶密封壳的内壁贴合。

8、所述导轨内部为中空结构，所述导轨的一侧壁沿所述导轨长度方向开设有一号通槽，所述模型箱的侧壁上开设有与所述一号通槽连通的滑槽，所述输送管依次穿过所述滑槽、所述一号通槽后与所述导向筒连通，所述导轨的另一侧壁沿所述导轨长度方向开设有二号通槽，所述导向筒与所述二号通槽的内壁滑动铰接，所述导轨顶部滑动铰接有与所述二号通槽、所述导轨内腔、所述一号通槽相配合的密封侧盖板，所述密封侧盖板可沿所述导轨长度方向滑动。

9、所述竖向支撑杆包括杆体和底座，所述底座的顶部开设有安装孔，所述底座的底部抵接在所述土体表面，所述杆体的一端与所述安装孔螺纹连接，且该端与所述安装孔的底部之间连接有支撑弹簧，所述杆体的另一端与所述导向筒的底部铰接。

10、所述横向支撑杆包括内杆和外杆，所述内杆的一端与v型连杆连接，所述v型连杆与所述导向筒侧壁铰接，所述内杆的另一端滑动插装在所述外杆中，且所述内杆通过卡扣与所述外杆连接，所述外杆与所述模型箱侧壁铰接。

11、所述应变片张贴于所述地脚螺栓的侧表面。

12、所述冲击弹头为方形冲击弹头、锥形冲击弹头或者半圆形冲击弹头。

13、所述模型箱的制造材料为透明亚克力板。

14、一种撞击作用下输电杆塔基础稳定性评估的试验方法，所述试验方法应用于上述所述的试验装置，所述试验方法包括以下步骤：

15、制定正交试验方案，正交试验方案的试验因素包括不同撞击物、不同撞击速度、不同撞击角度和不同撞击位置，其中，不同撞击物通过更换不同规格的冲击弹头实现；不同撞击速度通过选定不同等级的氮气压力实现；不同撞击角度通过调整竖向支撑杆的高度实现；不同撞击位置通过水平移动导向筒实现；

16、将可调节支架调整为闭合状态，以使可调节支架外侧的橡胶密封壳与导向筒的内壁不接触，开启阀门后氮气压力推动撞击杆射出导向筒，以实现冲击弹头瞬时撞击输电杆塔基础，此时，倾角传感器记录输电杆塔基础的倾斜角度，位移传感器记录输电杆塔基础的位移值，应变片记录地脚螺栓的切向应变值，三维激光扫描仪记录输电杆塔基础受撞击面的平均凹坑深度，通过记录的输电杆塔基础的倾斜角度、输电杆塔基础的位移值、地脚螺栓的切向应变值、输电杆塔基础受撞击面的平均凹坑深度计算撞击作用下输电杆塔基础的稳定性系数，当稳定性系数小于设定阈值时，判定输电杆塔基础处于危险状态；

17、将可调节支架调整为张开状态，以使可调节支架外侧的橡胶密封壳与导向筒的内壁紧密接触，开启阀门后氮气压力持续作用于撞击杆，以实现冲击弹头持续撞击输电杆塔基础，记录此时输电杆塔基础的倾斜角度、输电杆塔基础的位移值、地脚螺栓的切向应变值、输电杆塔基础受撞击面的平均凹坑深度，并与冲击弹头瞬时撞击输电杆塔基础时的各项数据值进行对比，计算各项数据的增加量，从而计算稳定性系数的降低程度。

18、所述稳定性系数的计算公式为：

19、

20、式中，θ为输电杆塔基础的倾斜角度，a为倾斜角度的权重系数；δ为输电杆塔基础的位移值，b为位移值的权重系数；φ为地脚螺栓的切向应变值，c为切向应变值的权重系数；η为输电杆塔基础受撞击面的平均凹坑深度，d为平均凹坑深度的权重系数。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、1、本发明一种撞击作用下输电杆塔基础稳定性评估的试验装置及方法中，试验装置可以很好地模拟不同撞击物、不同撞击速度、不同撞击角度和不同撞击位置多种情况，采用倾角传感器、位移传感器、应变片和三维激光扫描仪可以综合全面的监测撞击作用下输电杆塔基础的受损状态，并根据输电杆塔基础的倾斜角度、输电杆塔基础的位移值、地脚螺栓的切向应变值和输电杆塔基础受撞击面的平均凹坑深度四个指标计算撞击作用下输电杆塔基础的稳定性系数，准确评估撞击作用对输电杆塔基础稳定性的影响程度，对评估撞击作用下输电杆塔基础的受损程度和稳定性有重要指导意义。因此，本发明能准确评估撞击作用对输电杆塔基础稳定性的影响程度。

23、2、本发明一种撞击作用下输电杆塔基础稳定性评估的试验装置及方法中，可以对可调节支架状态进行调整，当可调节支架为闭合状态时，打开阀门后冲击压力会推动撞击杆射出导向筒，即撞击杆瞬间撞击输电杆塔基础；当可调节支架为张开状态时，处于可调节支架外侧的橡胶密封壳与导向筒内壁紧密接触进而形成密闭空间，打开阀门后冲击压力会持续存在于密闭空间中，进而撞击杆持续撞击输电杆塔基础，不仅可以真实反映实际存在的撞击场景，而且可以对比瞬时撞击和持续撞击对输电杆塔基础稳定性的差异，更加全面了解撞击作用下输电杆塔基础的损伤机理。因此，本发明不仅使得试验更加贴近真实撞击场景，而且能更加全面了解撞击作用下输电杆塔基础的损失机理。

24、3、本发明一种撞击作用下输电杆塔基础稳定性评估的试验装置及方法中，当可调节支架需要调整为张开状态时，松开连接栓，调整上弧形板和下弧形板的位置，进而调整可调节支架的张开角度，调整后拧紧连接栓以使上弧形板和下弧形板固定连接；上弧形板通过连接弹簧与下弧形板连接，使得上弧形板和下弧形板之间的相对位置稳定。因此，本发明操作简便、装置稳定可靠。

25、4、本发明一种撞击作用下输电杆塔基础稳定性评估的试验装置及方法中，导轨内部为中空结构，输送管依次穿过模型箱侧壁的滑槽、导轨一侧壁的一号通槽后与导向筒连通，导向筒与导轨另一侧壁的二号通槽的内壁滑动铰接，不仅使得输送管和导向筒的安装与拆卸简便，而且安装可靠性高；导轨顶部滑动铰接有密封侧盖板，试验时，旋转密封侧盖板以对导轨和模型箱侧壁进行密封，使得氮气集中于导向筒内，从而提高试验准确性；当调整导向筒位置时，将密封侧盖板沿导轨长度方向滑动，使得操作简便。因此，本发明安装与拆卸简便、安装可靠性高、试验准确性高、操作简便。

26、5、本发明一种撞击作用下输电杆塔基础稳定性评估的试验装置及方法中，竖向支撑杆包括杆体和底座，底座的顶部开设有安装孔，杆体的一端与安装孔螺纹连接，且该端与安装孔的底部之间连接有支撑弹簧，调整撞击角度时，通过旋转杆体实现其竖向伸缩，进而调整竖向支撑杆高度；采用支撑弹簧以提高杆体与底座的连接可靠性；横向支撑杆包括内杆和外杆，调整撞击位置时，控制内杆沿外杆长度方向移动，最后拧紧卡扣固定内杆位置，不仅调整方便，而且调整可靠性高；内杆通过v型连杆与导向筒侧壁铰接，使得连接更为可靠。因此，本发明操作简便、可靠性高。

27、6、本发明一种撞击作用下输电杆塔基础稳定性评估的试验装置及方法中，应变片张贴于地脚螺栓的侧表面，以更为准确地反映输电杆塔基础与输电杆塔连接位置的变形破坏特征；冲击弹头为方形冲击弹头、锥形冲击弹头或者半圆形冲击弹头，冲击弹头具有不同的形状规格，以使试验更为全面；模型箱的制造材料为透明亚克力板，使得试验装置可以直观反映撞击作用下输电杆塔基础以及输电杆塔基础与输电杆塔连接位置的变形破坏特征，具有良好的可视化效果。因此，本发明试验准确度高、试验效果好、试验可视化效果好。