输电线路角钢塔开断主斜材稳定承载力试验方法

本发明涉及主斜材稳定承载力试验方法，具体涉及一种输电线路角钢塔开断主斜材稳定承载力试验方法。

背景技术：

1、铁塔投资是工程投资的重要组成部分，充分优化铁塔指标是设计工作的重中之重，是其核心竞争力的充分体现，也决定了其在市场的话语权。随着公司市场扩展，输电线路涉外工程日益增多，与海外优秀设计公司直接竞争的的机会也在增加，优化塔材指标已成多次竞争的焦点。

2、国家经济发展和人民日常生活都离不开电力资源的稳定供应，角钢输电塔是电力输送过程中常用的支承结构，其受力性能研究具有重要意义。国内杆塔设计在主材开断时，双包连接时要求连接长度不小于1.5倍被连接构件肢宽，单包连接时要求连接长度不小于2倍被连接构件肢宽；同时要求包钢面积不小于被连接构件面积的1.3倍。这种构造措施比国外杆塔设计要求严格，与之相比时，节点构造螺栓、连接长度都明显偏多偏长。塔身开断节点数量庞大，经统计，500kv单回路直线塔(呼高60m)开断数量约20～28个，双回及特高压铁塔开断数量更多。因此，开断节点构造和开断主斜材的稳定性能噬待研究。目前，国内外学者对未开断单根角钢的稳定承载力进行了大量的试验及理论研究。等边角钢的破坏模式总表现为弯曲、扭转和局部屈曲或为它们之间的组合状态。角钢的剪切中心与截面质心不重合且它们之间的距离随着角钢肢宽的增长而逐渐增大，导致角钢在轴向压缩下出现扭转趋势。chen等研究了单角钢的试验数据，并结合美国设计规范提供了角钢承载力的推荐计算公式。此外，为防止轴向压缩下角钢发生局部屈曲分析了角钢的宽厚比限值。shi等人通过数值模拟研究了轴向压力下钢材强度和宽厚比的关系。随着技术的进步，大规格和高强度角钢在输电塔中的应用越来越普遍。li，z.l.等人针对q460高强度角钢开展了一系列试验。结果表明，当长细比超过60时，轴向压缩试验下角钢的承载力远远大于规范值。随后还提出了一种新的折减系数以考虑局部屈曲对角钢稳定性能的影响。huang，z.l.等人通过试验研究了三种典型端部约束下单角钢的结构行为和承载能力，并评估了国内外几种设计规范的适用性。一些学者对大规格角钢在输电塔中的应用进行了研究，验证了大规格角钢的技术与经济优势。输电角钢塔主材是由多根等边角钢通过开断节点连接而成。江文强等人对开断主材(角钢)的承载性能进行有限元分析，发现开断主材的稳定承载力比单根角钢下降35％，且长细比越小，承载力下降幅度越大。输电塔真型试验也表明输电塔破坏与主材螺栓连接节点有关，可能在达到设计荷载之前就出现开断节点连接的等边角钢出现局部失稳的情况。现有的绝大部分研究都是对单根角钢进行受压试验，对开断主斜材的稳定性能试验研究比较匮乏，且未充分考虑主斜材在输电塔中真实的空间边界条件。同时，国内外相关设计规范都未考虑开断节点的构造对受压角钢稳定承载力的影响。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种输电线路角钢塔开断主斜材稳定承载力试验方法，该方法考虑开断节点的构造对受压角钢稳定承载力的影响。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、输电线路角钢塔开断主斜材稳定承载力试验方法，在该试验方法中，采用了一种试验装置，该试验装置包括平衡框、液压千斤顶和压力传感器；

4、该试验方法包括如下步骤：

5、1)将主斜材安装在平衡框内，以形成自平衡体系，其具体步骤为：

6、1.1)将主斜材竖直设置在平衡框内，主斜材安装时通过激光水准仪几何对中，确保主斜材竖直；所述主斜材且位于开断节点的上部和下部分别固定设置有支撑，所述平衡框内的两侧的箱型梁柱上安装了四个支座，所述支撑的端部与对应的支座用螺栓连接，所述支座上开有条形螺栓孔并在安装时放松螺栓使支撑在加载方向上有足够的移动空间；

7、1.2)液压千斤顶作为加载装置固定在平衡框内的底部，液压千斤顶的缸头竖直向上，所述压力传感器安装在液压千斤顶的缸头的顶部上，主斜材的底部通过下端球铰与压力传感器的顶部连接；

8、1.3)主斜材的顶部通过上端球铰与平衡框内的顶部连接；

9、主斜材安装在平衡框内后，上部的支撑和下部的支撑之间的节间长度为l，所述主斜材的上端延伸出上部支撑的长度为2l/3，所述主斜材的下端延伸出下部支撑的长度为2l/3；

10、2)主斜材加载试验

11、2.1)正式加载前进行预加载，预加载荷载大小为通过规范计算所得的理论稳定承载力的10％；

12、2.2)正式加载采用单调分级加载，控制每级加载的荷载增量和加载速率，到达指定荷载后持荷10s；当荷载开始下降，千斤顶继续加压也无法使压力传感器的读数增加时，则认为主斜材达到其稳定承载力；千斤顶持续加压到压力传感器读数降低到稳定承载力的85％以下时停止加压，为防止主斜材和加载装置脱开，卸压到荷载为20kn时停止；

13、3)测点布置

14、试验测试包括：主斜材的稳定承载力、荷载-轴向位移变化规律、控制截面的荷载-横向位移变化规律和荷载-应变变化规律；

15、试验使用压力传感器，压力传感器放置在千斤顶的缸头顶上，用于测量千斤顶沿主斜材施加的轴向荷载的大小；试验采用静态应变仪，数据采集系统每秒采集两次数据，满足试验的测量精度要求；为保证测量数据的准确性，试验开始前对压力传感器进行标定，标定试验在微机控制电液伺服试验机上进行；

16、试验的位移采用直线式位移计测量，在千斤顶的缸头上设置一个位移计，通过测量千斤顶的缸头移动来得到主斜材的轴向位移；主斜材的控制截面确定为节间段的中部截面和1/4跨截面，在主斜材跨中截面处布置四个位移计，上下1/4跨截面处分别布置两个位移计，测得控制截面的横向位移；

17、在主斜材节间段的中部截面和上端1/4跨截面处，以及两端延伸段的1/3长截面处分别设置四个应变测点，角钢每肢各两个，以获得其轴向应变；为了观察支撑承受的荷载，在每根支撑距主斜材1/4长位置设置两个应变片，每肢各一个；每次试验一共需要二十四个应变片，为保证应变片正常工作，应变片贴好后涂上硅胶防水，并且在数据采集箱上连接温度补偿片。

18、作为本发明的一种优选方案，该试验装置还包括球铰压板ⅰ和球套ⅰ，所述球套ⅰ固定连接在平衡框内的上端箱梁上，所述上端球铰安装在所述球铰压板ⅰ的顶部和球套ⅰ之间并与球套ⅰ的内壁滑动配合，所述球铰压板ⅰ的底部设置有直角三角形内定位块ⅰ、l形外定位块ⅰ和三个固定块ⅰ，所述l形外定位块ⅰ位于直角三角形内定位块ⅰ外，且l形外定位块ⅰ的两直角边与直角三角形内定位块ⅰ的两直角边对应，三个固定块ⅰ均固定在球铰压板ⅰ的底部，三个固定块ⅰ中的一个与直角三角形内定位块ⅰ的斜边对应，三个固定块ⅰ中的另外两个分别与l形外定位块ⅰ的两直角边对应，三个固定块ⅰ上均设置有螺纹孔，所述主斜材的顶端卡在直角三角形内定位块ⅰ和l形外定位块ⅰ之间，三个固定块ⅰ的螺纹孔内旋入长杆螺栓杆ⅰ，其中一个固定块ⅰ上的长杆螺栓杆ⅰ顶在直角三角形内定位块ⅰ的斜面上，另外两个固定块ⅰ上的长杆螺栓杆ⅰ分别顶在l形外定位块ⅰ的两直角面上。

19、作为本发明的一种优选方案，所述直角三角形内定位块ⅰ的斜边以及l形外定位块ⅰ的两直角边靠近球铰压板ⅰ、且靠近对应侧的固定块ⅰ分别固定设置有铁片，所述铁片位于球铰压板ⅰ与对应侧的长杆螺栓杆ⅰ之间。

20、作为本发明的一种优选方案，该试验装置还包括球铰压板ⅱ和球套ⅱ，所述球套ⅱ的底部连接在压力传感器上，所述下端球铰安装在所述球铰压板ⅱ的底部和球套ⅱ的顶部之间并与球套ⅱ的内壁滑动配合，所述球铰压板ⅱ的顶部设置有直角三角形内定位块ⅱ、l形外定位块ⅱ和三个固定块ⅱ，所述l形外定位块ⅱ位于直角三角形内定位块ⅱ外，且l形外定位块ⅱ的两直角边与直角三角形内定位块ⅱ的两直角边对应，三个固定块ⅱ均固定在球铰压板ⅱ的顶部，三个固定块ⅱ中的一个与直角三角形内定位块ⅱ的斜边对应，三个固定块ⅱ中的另外两个分别与l形外定位块ⅱ的两直角边对应，三个固定块ⅱ上均设置有螺纹孔，所述主斜材的底端卡在直角三角形内定位块ⅱ和l形外定位块ⅱ之间，三个固定块ⅱ的螺纹孔内旋入长杆螺栓杆ⅱ，其中一个固定块ⅱ上的长杆螺栓杆ⅱ顶在直角三角形内定位块ⅱ的斜面上，另外两个固定块ⅱ上的长杆螺栓杆ⅱ分别顶在l形外定位块ⅱ的两直角面上。

21、作为本发明的一种优选方案，所述主斜材与支撑之间采用一颗6.8级φ16螺栓连接，所述主斜材的端部开断节点连接采用6.8级φ20螺栓连接；所述支撑的端部与支座用6.8级φ20的螺栓连接。

22、作为本发明的一种优选方案，所述球套ⅰ焊接在平衡框内的上端箱梁上，所述球铰压板ⅰ的两端上设置有可将球铰压板ⅰ悬吊在球套ⅰ下方的尼龙绳ⅰ。

23、作为本发明的一种优选方案，所述球铰压板ⅱ的两端上设置有可将球铰压板ⅱ的位置相对固定在平衡框内的尼龙绳ⅱ。

24、作为本发明的一种优选方案，上端球铰和下端球铰均通过对应端的长杆螺栓杆ⅰ和长杆螺栓杆ⅱ与三角形内定位块ⅰ、l形外定位块ⅰ、直角三角形内定位块ⅱ和l形外定位块ⅱ使主斜材固定，安装前先对准上端球铰和下端球铰的中心，通过调节长杆螺栓杆ⅰ和长杆螺栓杆ⅱ的位置来移动对应侧的l形外定位块ⅰ和l形外定位块ⅱ的位置。

25、作为本发明的一种优选方案，压力传感器在使用前可进行烘烤，以保证压力传感器获取数据的稳定性。

26、作为本发明的一种优选方案，所述平衡框由大刚度的箱型梁柱首尾相连形成。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

28、1)通过本发明输电线路角钢塔开断主斜材稳定承载力试验方法进行试验分析，通过巧妙的装置设计，更好还原了输电塔主斜材真实的空间边界条件，使得试验测得的稳定承载力等试验数据更具有可信度与参考性。明确开断布置形式对主斜材受力的影响，可以填补国内外在开断主斜材稳定性试验研究领域的空白，完善主斜材承载力研究的理论水平。

29、2)通过该试验方法开展了多根开断主斜材轴心受压稳定承载力试验，分析了长细比以及开断节点的构造形式等关键因素对受压角钢稳定承载力的影响规律。优化开断节点构造并提出优化设计，填补开断节点连接的等边角钢稳定承载力试验研究的空白。通过理论及试验研究，确定主斜材开断时的连接长度、包钢率、长细比对开断主斜材稳定承载力的影响。试验有利于输电塔的精细化设计，可以优化铁塔指标，降低工程成本。