專利名稱：高壓及超高壓輸電線路鐵塔抗風加固改造方法
技術領域：
本發明屬于輸電線路設備技術領域，具體涉及一種高壓及超高壓輸電線路鐵塔抗風加固改造方法。
背景技術：
作為大型復雜生命線系統的重要組成部分，輸電系統的安全性問題直接影響國家的生產建設和人民的生活秩序。輸電線路的破壞將導致供電系統的癱瘓、并有可能引發火災等次生災害，造成嚴重的經濟損失。輸電塔線體系具有結構高柔、導地線跨距大、非線性強等特點，是一種風敏感結構體系。強風暴是對輸電線路威脅最大的一種自然災害，因強風暴而導致的輸電線路的破壞事故時有發生。從上個世紀90年代起，500kV輸電線路逐漸成為我國電網主干線路，隨著線路檔距及塔高的增長，高壓輸電線路的累計倒塔次數和倒塔基數也呈上升趨勢。1989年到2005年期間，我國500kV以上輸電塔發生風致破壞越為43 基，造成嚴重經濟損失。日本、澳大利亞等國家也時有風致輸電塔破壞的報道。輸電塔主要承受導線、地線及塔本身的自重和最大風荷載，因此在直線型自立式輸電塔設計中，風荷載起控制作用。為了保持結構整體性能及分配剪力和抗扭，輸電塔設計中都要設置一定間距的橫隔面。盡管設計計算時橫隔面的內力較小，但保持結構整體性作用較大。在龍卷風作用下，橫隔面內的桿件有可能因承受過大的內力而發生失穩。在受到和輸電塔成一定角度的風作用及抗扭計算中，橫隔面性能以得到發揮。在我國的架空送電線路桿塔結構設計技術規定(DLT 51M-2002)中，設置橫隔面的要求以構造要求的形式提出。橫隔面主要設在塔身坡度變更的斷面處、直接受扭力的斷面處和塔頂及塔腿頂部斷面處。在塔身坡度不變段內，橫隔面設置的間距距不大于5倍平均寬度(寬面)，也不宜大于4個主材分段。可看出按照現有規程所設計的輸電鐵塔普遍存在塔身橫隔面設置較少的問題。這種情況下， 鐵塔結構下部的局部振型非常嚴重，在風的動力作用下，如果激起局部振型，很有可能造成結構的動力失穩破壞；靜力計算也表明，在沒有橫隔面的塔段上，斜撐有非常大的面外變形發生，這與輸電塔風致倒塌的現場調查結果一致。對高壓及超高壓輸電線路鐵塔抗風加固改造是一個目前迫切要解決的問題，本發明基于大量的風災破壞調查、試驗及計算分析提出了一種非常有效的高壓及超高壓輸電線路鐵塔抗風加固改造方法。

發明內容
本發明的目的在于提供一種施工簡便、造價經濟的對高壓及超高壓輸電線路鐵塔抗風加固改造方法。本發明提出的用于高壓及超高壓輸電線路鐵塔抗風荷載的加固改造方法，對高壓及超高壓輸電線路鐵塔的抗風性能進行評估，根據評估結果在塔身2中下部的適當位置增設新橫隔面3，以增強輸電鐵塔的整體剛度；此外，針對不同的塔形，對輸電鐵塔的塔頭4和橫擔5處薄弱桿件進行加固改造；具體步驟為
(1)對高壓及超高壓輸電線路鐵塔的抗風性能評估，是按照現有的結構分析方法，采用
3合適的有限元軟件，分析輸電鐵塔的剛度狀況，根據結果判斷原有規范要求的橫隔面1的位置是否合理，并按照設計規程對結構位移的限制要求發現結構薄弱點，找出需要加固的部位；
一般在位于塔身2的四個一級斜撐6的交點7的水平面處增設新橫隔面3，，新橫隔面3 自身必須是一個幾何不變體，以達到整體傳遞水平剪力、合理化分配剪力的效果，幾何不變體的設計可參考現有規程，其形式如附圖3所示(應具體說明何種體，附圖不能說明問題)， 橫隔面構件截面根據已有桿件的截面進行標準化設計。由于新橫隔面3有較大的面內剛度，可以將塔身2四個面的一級斜撐6互相約束形成一個整體，避免一級斜撐節點7發生大的平面外變形；與此同時，一級斜撐6在新橫隔面3的面外方向也起到斜撐橫隔面的作用， 避免橫隔面在面外發生過大的面外變形以及豎向振動。新橫隔面3和一級斜撐6之間在兩個相互接近正交的平面中相互約束，彼此斜撐，形成了一個共同承受力的整體；在塔身2增設新橫隔面3之前，需要拆除原有的二級斜撐8，這將使得一級斜撐的交點7和塔身主材11 之間的橫隔面主構件12的長度較原設計變大，容易發生失穩。因此需要增設一些新的二級斜撐9，這些二級斜撐和原有的二級斜撐8的方向不同，新的二級斜撐9 一端斜撐在橫隔面側邊四分點10上，另外一端和二級斜撐9或塔身主材11相連接，如附圖2和4所示。(2)對于直接承擔導地線荷載的塔頭4和橫擔5，位于塔頭4和橫擔5上的桿件截面較小，且構件底面的既有斜撐14多為單向的，很容易發生強度破壞，產生大變形。因此需要對桿件增大截面尺寸或在塔頭和橫擔上的既有斜撐14上增加新的斜撐15，所述新的斜撐15與既有斜撐14為雙向交叉排列，安裝過程中，新的斜撐與原有構件交點處需要打螺栓孔16和螺栓進行固定。通過結構分析以及試驗對比發現適當增加新橫隔面3后，輸電塔結構的整體性能會得到極大提高，該塔段斜撐的面外位移會得到大幅度的降低，減少了面外失穩的可能性。橫隔面的存在使得輸電鐵塔抗風性能得到顯著加強。本發明提出的兩項加固措施，全面保障了高壓及超高壓輸電線路鐵塔的整體剛度、抗剪性能和局部強度，使得輸電鐵塔能夠承受強風暴引起的動荷載而不至于失去承載力。本發明思路簡單清楚，施工方便，效果顯著，而且造價較為經濟，可廣泛用于高壓及超高壓輸電線路鐵塔的抗風改造加固工程中。


圖1輸電鐵塔的整體結構圖。圖2塔身下段未加固前結構圖。圖3橫隔面的結構圖。其中，圖(a)和(b)為內部加交叉斜撐的橫隔面，圖(C)和 (d)為邊緣加小斜撐的橫隔面。圖4拆除原有二級斜撐并增設橫隔面主構件的塔身下段示意圖。圖5增設新的二級斜撐后塔身下段示意圖。圖6改造前的橫擔底面示意圖。圖7增加交叉斜撐后的橫擔底面示意圖。圖中標號1為規范要求的橫隔面，2為塔身，3為新橫隔面，4為塔頭，5為橫擔，6 為塔身的一級斜撐，7為一級斜撐的交點，8為原有的二級斜撐，9為新的二級斜撐，10為橫隔面側邊四分點，11為塔身主材，12為橫隔面的主構件，13為橫隔面的次構件，14為塔頭及橫擔部位的既有斜撐，15為新增斜撐，16為交叉點新螺栓孔。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施例子對本發明做進一步詳細說明。實施例1 對于容易遭受強風暴地區的高壓及超高壓輸電線路鐵塔，首先通過一定的結構分析方法確定增設橫隔面的位置。對于如附圖2所示的塔身下部結構，計算表明兩個橫隔面之間的塔身坡度一致，按規程設置的橫隔面數目比較少，從而造成塔身下半段缺乏有效的面外斜撐，是一個薄弱點。通過在一級斜撐交點7的水平面處增設兩個新橫隔面3，可以有效抑制局部振型過早出現，并且明顯減小一級斜撐的平面外變形。這兩個橫隔面結構選取如附圖3中的形式，由于橫隔面中各桿件的受力均較小，主要是為了加強結構整體性，因此對角鋼尺寸的選擇不需要進行計算，只需要滿足構造要求和設計規程中對于桿件長細比的控制要求。根據高壓及超高壓輸電線路鐵塔的圖紙，得到一級斜撐交點7處塔身水平截面的尺寸大小，選取合理的橫隔面的形式。同時，考慮到橫隔面的施工要求，原有的二級斜撐8 需要進行拆除，拆除后的塔如附圖4所示，可以看出拆除原有的二級斜撐以后，新的橫隔面的主構件12的長度過長，容易失穩，因此需要增加一些新的二級斜撐9在如附圖5所示的位置，這些桿件一端固定在橫隔面側邊的四分點10上，另一端和一級斜撐或主材相連接， 從而使得新的橫隔面和一級斜撐協同作用，并且減小各類桿件的計算長度。新二級斜撐的截面選取原則同新設的橫隔面一致，由長細比控制，只需要滿足構造要求。選好橫隔面結構形式和所有新增構件的截面尺寸后，即可交由加工廠下料制作。所有的連接均采用螺栓單邊連接，于加工廠打好螺孔，在施工現場只需要進行拼裝，易于現場施工，簡單易行。橫隔面的現場裝配時需要嚴格遵守施工順序，并且需要滿足一定的氣象條件。由于拆除原有二級斜撐會使主材和一級斜撐的計算長度增加，相應的屈曲荷載減小，因此該工作必須在小風(三級風)情況下進行，并且只能對塔身四個面逐個面進行操作；拆除原有二級斜撐后，開始安裝橫隔面的主構件；之后安裝新的二級斜撐，新二級斜撐與其他構件的連接位置可以借用拆除原有斜撐所留下的螺孔；待塔身四個面的構件改造安裝完畢后，再進行橫隔面內次構件的安裝施工。所有螺栓連接的施工質量需要符合現有施工驗收規程中的規定。在塔身有兩個或兩個以上一級斜撐的交點位置需要增設橫隔面時，必須自上而下依次施工，不可對兩個位置同時施工。該塔的橫擔底面只有單向斜撐，使得兩側的受壓主構件長細比過大，因此增加斜撐15使之改造為雙向交叉斜撐，新的斜撐截面應該跟既有單向斜撐一致，并且在工廠制作時打好螺栓孔。在現場安裝順序應該為，從橫擔內側開始，先打好用于固定一個斜撐的螺栓孔，然后安裝該斜撐，再進行下一個斜撐的打孔和安裝，依次往橫擔外側端部進行。
權利要求
1. 一種高壓及超高壓輸電線路鐵塔抗風加固改造方法，其特征在于對高壓及超高壓輸電線路鐵塔的抗風性能進行評估，根據評估結果在塔身O)中下部的適當位置增設新橫隔面(3)，以增強輸電鐵塔的整體剛度；針對不同的塔形，對輸電鐵塔的塔頭(4)和橫擔(5) 處薄弱桿件進行加固改造；具體步驟為(1)對高壓及超高壓輸電線路鐵塔的抗風性能評估，是按照現有的結構分析方法，采用合適的有限元軟件，分析輸電鐵塔的剛度狀況，根據結果判斷原有規范要求的橫隔面1的位置是否合理，并按照設計規程對結構位移的限制要求發現結構薄弱點，找出需要加固的部位；在位于塔身( 的四個一級斜撐(6)的交點(7)的水平面處增設新橫隔面C3)，由于新橫隔面C3)有較大的面內剛度，將塔身O)四個面的一級斜撐(6)互相約束形成一個整體， 避免一級斜撐節點(7)發生大的平面外變形；同時，一級斜撐(6)在新橫隔面C3)的面外方向起到斜撐橫隔面的作用，避免橫隔面(1)在面外發生過大的面外變形以及豎向振動；新橫隔面C3)和一級斜撐(6)之間在兩個相互接近正交的平面中相互約束，彼此斜撐，形成一個共同承受力的整體；在塔身( 增設新橫隔面C3)之前，需拆除原有的二級斜撐(8)，增設新的二級斜撐(9)，新的二級斜撐(9)和原有的二級斜撐(8)的方向不同，新的二級斜撐 (9) 一端斜撐在橫隔面側邊四分點(10)上，另外一端和二級斜撐(9)或塔身主材(11)相連接；避免了由于一級斜撐的交點⑵和塔身主材(11)之間的橫隔面主構件(12)的長度較原設計變大，發生失穩現象；(2)對于直接承擔導地線荷載的塔頭⑷和橫擔(5)，位于塔頭(4)和橫擔(5)上的桿件截面較小，且構件底面的既有斜撐(14)多為單向的，通過對桿件增大截面尺寸或在塔頭和橫擔上的既有斜撐(14)上增加新的斜撐(15)，所述新的斜撐(1 與既有斜撐(14)為雙向交叉排列，安裝過程中，新的斜撐(1 與既有斜撐(14)交點處通過螺栓孔(16)和螺栓進行固定。
全文摘要
本發明屬于輸電線路設備技術領域，具體涉及一種高壓及超高壓輸電線路鐵塔抗風加固改造方法，包括在輸電塔塔身范圍內適當位置增加橫隔面以提高高壓及超高壓輸電線路鐵塔剛度和穩定性，以及根據不同的塔形在輸電塔局部薄弱部位采取增大桿件截面的方法提高局部承載力；考慮到現場施工時輸電塔結構的安全，本發明同時提出了加固時的具體施工方法。本發明具有設計施工簡便，用鋼量小且效果顯著，可廣泛用于高壓及超高壓輸電線路鐵塔的抗風加固改造中，以達到提高輸電塔整體剛度、減少因局部桿件屈曲失穩而引起的整體破壞。
文檔編號E04G23/00GK102535874SQ201210006929
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者朱瑞元, 林韓, 翁蘭溪, 謝強, 鄭瑞忠, 陳強 申請人:同濟大學, 福建省電力有限公司