CN113032878B - 一种可修复铁塔防冰减灾设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可修复铁塔防冰减灾设计方法，它包括：计算铁塔正常使用工况组合下的电气荷载效应；根据电气荷载效应计算出铁塔每一根组成构件内力；确定角钢规格及螺栓规格及个数；根据角钢构件选材截面尺寸对地线支架及导线横担主材角钢进行骨型削弱截面尺寸设计；对骨型削弱截面进行正常使用工况下承载能力复核；对骨型削弱截面处承载能力与节点板连接处螺栓承载能力进行比较，若骨型削弱截面处承载能力小于节点板连接处螺栓承载能力，则设计结束；若不满足，则增加节点板连接处螺栓个数，确保节点板连接处螺栓承载能力大于骨型削弱截面处承载能力；解决了铁搭在冬季因覆冰超载或脱冰跳跃而导致整个铁塔发生倒塌等问题。

Description

一种可修复铁塔防冰减灾设计方法

技术领域

本发明属于输电线路铁塔防冰技术领域；尤其涉及一种可修复铁塔防冰减灾设计方法。

背景技术

输电线路严重覆冰倒塔对电网及社会造成巨大影响。电压等级比较高的线路若发生倒塔事故影响范围巨大，同时因为输电线路走线多在山区，地势险峻，交通不便，山区海拔较高进而导致线路覆冰较重，冬季因覆冰超载或脱冰跳跃而导致整个铁塔发生倒塌，基础发生破坏的现象时有发生，当铁塔整体破坏或基础受损后，需要重新寻找立塔位置，原塔彻底报废，抢修恢复工作开展缓慢，费时费力。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种可修复铁塔防冰减灾设计方法，以解决现有技术的输电线路铁搭在冬季因覆冰超载或脱冰跳跃而导致整个铁塔发生倒塌，基础发生破坏的现象时有发生，当铁塔整体破坏或基础受损后，需要重新寻找立塔位置，原塔彻底报废，抢修恢复工作开展缓慢，费时费力等技术问题。

本发明技术方案：

一种可修复铁塔防冰减灾设计方法，它包括：

步骤1、计算铁塔正常使用工况组合下的电气荷载效应；

步骤2、根据电气荷载效应，按照空间桁架模型及结构力学计算方法计算出铁塔每一根组成构件内力；

步骤3、根据构件内力按照未削弱截面对铁塔每一根构件进行选材及螺栓承载能力计算，确定角钢规格及螺栓规格及个数；

步骤4、根据角钢构件选材截面尺寸对地线支架及导线横担主材角钢进行骨型削弱截面尺寸设计；

步骤5、对地线支架及导线横担主材角钢的骨型削弱截面进行正常使用工况下承载能力复核，若复核结果满足要求，则进行步骤6，若不满足要求，则重复步骤3和步骤4；

步骤6、对地线支架及导线横担主材角钢的骨型削弱截面处承载能力与节点板连接处螺栓承载能力进行比较，若骨型削弱截面处承载能力小于节点板连接处螺栓承载能力，则设计结束；若不满足，则增加节点板连接处螺栓个数，确保节点板连接处螺栓承载能力大于骨型削弱截面处承载能力。

步骤1所述计算铁塔正常使用工况组合下的电气荷载效应的方法为：根据《重冰架空线路设计技术规程》(DL/T 5440-2009)、《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551-2018)中计算原则及计算公式，计算出铁塔正常使用工况组合下的电气荷载效应，所述正常使用工况包括大风工况、正常覆冰工况、不均匀覆冰工况、安装工况和检修工况。

步骤3所述确定角钢规格及螺栓规格及个数的方法为：角钢规格选材及螺栓个数计算按照《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)和《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2018)执行。

步骤4所述进行骨型削弱截面尺寸设计时满足下列公式要求：

a＝(0.5～0.75)bf

b＝(0.65～0.85)bf

c＝(0.10～0.125)bf

r＝(c²+b²)/4c

式中：bf为角钢肢宽、a为节点板端头至骨型削弱段起始点距离、b为骨型削弱段长度、c为骨型削弱段深度、r为骨型削弱段切割半径。

步骤5所述对地线支架及导线横担主材角钢的骨型削弱截面进行正常使用工况下承载能力复核的方法为：对骨型削弱截面按照《钢结构设计标准》(GB50017-2017)和《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2018)要求进行正常使用工况下承载能力复核；承载能力复核时，根据构件内力对骨型削弱截面处进行轴心受拉、轴心受压净截面承载能力验算，削弱截面处承载能力需满足正常使用工况组合使用要求。

骨型削弱截面的加工采用自动切割方式，切割后镀锌防腐。

地线支架下平面受压节点板设置有加劲肋，导线横担下平面受压节点板设置有外贴角钢。

地线支架和导线横担通过节点板与塔身固定连接。

铁塔所有构件采用镀锌工艺防腐。

本发明的有益效果：

本发明与常规的铁塔设计方式相比，本发明提出了一种可修复性的铁塔防冰减灾设计办法，在冬季线路覆冰超载时，随着冰荷载及导地线张力的增大，传递至铁塔上的作用也随之增大，但是由于骨型角钢的使用，在地线支架、导线横担与塔身连接处可形成较薄弱环节，随着荷载作用的增大，骨型削弱处可优先破坏，并通过地线支架、导线横担变形破坏达到耗能目的，能有有效耗散掉线路脱冰而产生的动能，进而避免铁塔整体变形破坏，甚至危害铁塔基础。同时地线支架及导线横担具备易于修复、方便更换的特性，在冬季因覆冰超载而导致铁塔破坏后能够重新加工安装，快速抢修，恢复供电；解决了现有技术的输电线路铁搭在冬季因覆冰超载或脱冰跳跃而导致整个铁塔发生倒塌，基础发生破坏的现象时有发生，当铁塔整体破坏或基础受损后，需要重新寻找立塔位置，原塔彻底报废，抢修恢复工作开展缓慢，费时费力等技术问题。

附图说明

图1为铁塔立面布置图；

1为塔身，2为地线支架，3为导线横担；

图2为地线支架主视图；

4为骨型角钢主材，5为节点板，6为加劲板，8为螺栓，9为骨型切割部位

图3为导线横担主视图；

4为骨型角钢主材，5为节点板，7为外贴角钢，8为螺栓，9为骨型切割部位；

图4为骨型削弱截面切割示意图；

4为骨型角钢主材，5为节点板，a为节点板端头至骨型削弱段起始点距离,c为骨型削弱段长度，c为骨型虚弱段深度，d为骨型削弱段切割半径。

具体实施方式

塔身1，由角钢构件组成，与地线支架、导线横担构成完整铁塔；铁塔塔身为铁塔主体部分，若塔身发生破坏，则难以进行修复，需重新组立新塔。

地线支架2，由角钢构件组成，分为主材、斜材、辅助材料，通过螺栓及节点板与塔身连接；输电电路地线连接于地线支架上，并且通过地线支架将地线荷载传递与塔身。

导线横担3，由角钢构件组成，分为主材、斜材、辅助材料，通过螺栓及节点板与塔身连接。输电电路导线连接于导线横担上，并且通过导线横担将导线荷载传递与塔身。其中地线支架、导线横担为便于拆卸、重新加工组装部分，为铁塔破坏后易于修复部分。

在铁塔设计时，包括步骤如下：

步骤1，根据《重冰架空线路设计技术规程》(DL/T 5440-2009)、《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551-2018)中计算原则及计算公式，计算出铁塔正常使用工况组合下的电气荷载效应，其所述包括大风工况、正常覆冰工况、不均匀覆冰工况、安装工况，检修工况。

步骤2，根据步骤1所得电气荷载效应，按照空间桁架模型及结构力学计算方法计算出铁塔每一根组成构件内力。

步骤3，根据构件内力按照未削弱截面且对铁塔每一根构件进行选材及螺栓承载能力计算，确定角钢规格及螺栓规格及个数。其中构件选材及螺栓个数计算需按照《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)、《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2018)中执行。

步骤4，根据角钢构件选材截面尺寸对地线支架及导线横担主材角钢骨型削弱截面进行尺寸设计。其中，骨型削弱段尺寸设计需满足下列公式要求：

a＝(0.5～0.75)bf

b＝(0.65～0.85)bf

c＝(0.10～0.125)bf

r＝(c²+b²)/4c

式中：bf-角钢肢宽

a-节点板端头至骨型削弱段起始点距离、

b-骨型削弱段长度

c-骨型削弱段深度

r-骨型削弱段切割半径

骨型削弱截面尺寸设计时满足上述公式要求，

节点板端头至骨型削弱段起始点距离的计算目的是为了保证削弱截面破坏点距离节点板有一定的安全距离，确保破坏时不损伤节点板。

骨型削弱段长度的计算目的：确保达到截面削弱效果，同时又满足正常使用工况下受力要求。

骨型削弱段深度计算的目的：确保达到截面削弱效果，同时又满足正常使用工况下受力要求。

骨型削弱段切割半径的计算目的：控制切割弧度尺寸，减小因切割导致应力集中，确保构件刚度变化平缓。

步骤5，对骨型削弱截面按照《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)、《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2018)中要求进行正常使用工况下承载能力复核，若复核结果满足要求，则进行步骤6，若不满足要求，则重复步骤3。其中，承载能力复核需根据构件内力对骨型削弱截面处进行轴心受拉、轴心受压净截面承载能力验算，削弱截面处承载能力需满足正常使用工况组合使用要求。

步骤6，骨型削弱截面处承载能力与节点板连接处螺栓承载能力按照《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)、《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2018)中要求进行比较，若骨型削弱截面处承载能力小于节点板连接处螺栓承载能力，则设计结束。若不满足，则需增加节点板连接处螺栓个数，需确保节点板连接处螺栓承载能力大于骨型削弱截面处承载能力。

铁塔加工制造阶段，需满足下列要求。

1、骨型削弱段加工时应采用自动切割方式，加工应在工厂进行，切割后需镀锌防腐。

2、地线支架下平面受压节点板需设置加劲肋，导线横担下平面受压节点板需设置外贴角钢，用以加强节点板平面外刚度，达到强节点连接的目的，用以确达到因覆冰超载或脱冰跳跃时，破坏截面为骨型削弱处的目的。

3、铁塔所有构件均需采用镀锌工艺进行防腐。

Claims (8)

1.一种可修复铁塔防冰减灾设计方法，它包括：

步骤1、计算铁塔正常使用工况组合下的电气荷载效应；

步骤2、根据电气荷载效应，按照空间桁架模型及结构力学计算方法计算出铁塔每一根组成构件内力；

步骤3、根据构件内力按照未削弱截面对铁塔每一根构件进行选材及螺栓承载能力计算，确定角钢规格及螺栓规格及个数；

步骤4、根据角钢构件选材截面尺寸对地线支架及导线横担主材角钢进行骨型削弱截面尺寸设计；

步骤4所述进行骨型削弱截面尺寸设计时满足下列公式要求：

a=(0.5~0.75)bf

b=(0.65~0.85)bf

c=(0.10~0.125)bf

r=（c²+b²）/4c

式中：bf为角钢肢宽、a为节点板端头至骨型削弱段起始点距离、b为骨型削弱段长度、c为骨型削弱段深度、r为骨型削弱段切割半径；

步骤5、对地线支架及导线横担主材角钢的骨型削弱截面进行正常使用工况下承载能力复核，若复核结果满足要求，则进行步骤6，若不满足要求，则重复步骤3和步骤4；

步骤6、对地线支架及导线横担主材角钢的骨型削弱截面处承载能力与节点板连接处螺栓承载能力进行比较，若骨型削弱截面处承载能力小于节点板连接处螺栓承载能力，则设计结束；若不满足，则增加节点板连接处螺栓个数，确保节点板连接处螺栓承载能力大于骨型削弱截面处承载能力。

2.根据权利要求1所述的一种可修复铁塔防冰减灾设计方法，其特征在于：步骤1所述计算铁塔正常使用工况组合下的电气荷载效应的方法为：根据《重冰架空线路设计技术规程》DL/T 5440-2009、《架空输电线路荷载规范》DL/T 5551-2018中计算原则及计算公式，计算出铁塔正常使用工况组合下的电气荷载效应，所述正常使用工况包括大风工况、正常覆冰工况、不均匀覆冰工况、安装工况和检修工况。

3.根据权利要求1所述的一种可修复铁塔防冰减灾设计方法，其特征在于：步骤3所述确定角钢规格及螺栓规格及个数的方法为：角钢规格选材及螺栓个数计算按照《钢结构设计标准》GB 50017-2017和《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T 5154-2018执行。

4.根据权利要求1所述的一种可修复铁塔防冰减灾设计方法，其特征在于：步骤5所述对地线支架及导线横担主材角钢的骨型削弱截面进行正常使用工况下承载能力复核的方法为：对骨型削弱截面按照《钢结构设计标准》GB 50017-2017和《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T 5154-2018要求进行正常使用工况下承载能力复核；承载能力复核时，根据构件内力对骨型削弱截面处进行轴心受拉和轴心受压净截面承载能力验算，削弱截面处承载能力需满足正常使用工况组合使用要求。

5.根据权利要求1所述的一种可修复铁塔防冰减灾设计方法，其特征在于：骨型削弱截面的加工采用自动切割方式，切割后镀锌防腐。

6.根据权利要求1所述的一种可修复铁塔防冰减灾设计方法，其特征在于：地线支架下平面受压节点板设置有加劲肋，导线横担下平面受压节点板设置有外贴角钢。

7.根据权利要求1所述的一种可修复铁塔防冰减灾设计方法，其特征在于：地线支架和导线横担通过节点板与塔身固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种可修复铁塔防冰减灾设计方法，其特征在于：铁塔所有构件采用镀锌工艺防腐。

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