可改善應力分布的輸電線路桿塔結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可改善應力分布的輸電線路桿塔結構，本實用新型輸電線路桿塔結構適用于酒杯型輸電線路桿塔，包括塔窗，所述的塔窗左側的上塔臂內(nèi)側和下塔臂內(nèi)側以及右側的上塔臂內(nèi)側和下塔臂內(nèi)側間均設有改善應力分布的結構件，所述的結構件固定在上塔臂內(nèi)側和下塔臂內(nèi)側的角鋼上。本實用新型改善了酒杯型桿塔塔窗上應力分布，使得酒杯型桿塔塔窗角鋼上應力分布趨于均勻，減小了覆冰情況下出現(xiàn)桿塔倒塌的可能性，提高桿塔抗冰災能力。
【專利說明】可改善應力分布的輸電線路桿塔結構
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于輸電線路防冰災減冰災領域，尤其涉及一種可改善應力分布的輸電線路桿塔結構。
【背景技術】
[0002]輸電線路是電力系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分，承擔著電能傳輸?shù)闹厝?。然而，冬季時桿塔及導線、地線覆冰的出現(xiàn)，以及由此產(chǎn)生的倒塔事故，對輸電線路安全穩(wěn)定運行構成了威脅，所以輸電線路防冰災方面需要進行大量的研究。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2008年華中地區(qū)發(fā)生的輸電線路冰災中，90 %是由桿塔結構破壞引起的，因此桿塔是輸電線路防災中需要重點關注的對象。目前，輸電線路防冰災工作主要從以下兩個方面進行:一是對輸電線路進行實時監(jiān)測，以提供防冰災預警信息；二是改進桿塔本體結構。
[0003]輸電線路的實時檢測采用輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)進行，主要包括視頻監(jiān)測系統(tǒng)、覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)、桿塔傾斜在線監(jiān)測系統(tǒng)及桿塔不平衡張力在線監(jiān)測系統(tǒng)。上述四種監(jiān)測系統(tǒng)可針對輸電線路導線、地線及桿塔整體運行工況進行監(jiān)測，并提出防冰災預警信息，但是對輸電線路本身的抗冰災能力沒有提升作用。
[0004]桿塔本體結構的改進是通過改進桿塔結構形狀或增加一些鋼構連接來提高桿塔整體的抗冰災能力。目前設計輸電線路時，由于設計量比較大，所以一般均是直接采用桿塔庫中的桿塔結構，因此桿塔結構形式統(tǒng)一，缺乏一些針對性的設計。而且，對于一些大檔距和大高差情況下的桿塔，桿塔角鋼的應力往往集中分布在桿塔塔窗的上、下曲臂上，這種集中應力會導致該區(qū)域角鋼在覆冰情況下很快達到屈服極限，從而產(chǎn)生桿塔倒塌的危險性。
實用新型內(nèi)容
[0005]針對現(xiàn)有酒杯型桿塔在大檔距和大高差情況下，應力往往集中分布于塔窗上曲臂和下曲臂的問題，本實用新型提供了一種可改善應力分布的輸電線路桿塔結構，該桿塔結構可提聞桿塔的抗冰災能力。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型采用如下的技術方案:
[0007]可改善應力分布的輸電線路桿塔結構，適用于酒杯型輸電線路桿塔，包括塔窗，所述的塔窗左側的上塔臂內(nèi)側和下塔臂內(nèi)側以及右側的上塔臂內(nèi)側和下塔臂內(nèi)側間均設有改善應力分布的結構件，所述的結構件固定在上塔臂內(nèi)側和下塔臂內(nèi)側的主材角鋼上。
[0008]上述結構件為屈服強度為Q345的角鋼構件。
[0009]上述結構件為對角線設有交叉角鋼的矩形框體角鋼構件。
[0010]所述的結構件包括兩平行的豎向角鋼、兩平行的橫向角鋼、一斜向長角鋼和兩斜向短角鋼；上塔臂內(nèi)側的角鋼包括第一角鋼(2)和第二角鋼(4)，下塔臂內(nèi)側的角鋼包括第三角鋼⑶和第四角鋼(5)，第一角鋼(2)和第三角鋼(3)相連，第二角鋼⑷和第四角鋼
(5)相連；兩豎向角鋼兩端分別固定于上塔臂內(nèi)側和下塔臂內(nèi)側的四條角鋼上，兩橫向角鋼兩端也分別固定于塔窗上塔臂內(nèi)側和下塔臂內(nèi)側的四條角鋼上，豎向角鋼和橫向角鋼形成矩形框體；斜向長角鋼兩端分別固定于第一角鋼⑵和第四角鋼(5)上，且構成所述的矩陣框體的對角線；兩斜向短角鋼中的第一斜向短角鋼的兩端分別固定于第三角鋼(3)和斜向長角鋼的中心范圍，第二斜向短角鋼的兩端分別固定于第二角鋼(4)和斜向長角鋼的中心范圍內(nèi)。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下特點和有益效果:
[0012]1、改善了酒杯型桿塔塔窗上應力分布，使得酒杯型桿塔塔窗上角鋼應力分布趨于均勻，減小了覆冰情況下出現(xiàn)桿塔倒塌的可能性，提高桿塔抗冰災能力。
[0013]2、適用于500kV輸電線路單回酒杯型直線桿塔。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為常規(guī)酒杯型桿塔塔窗整體結構示意圖；
[0015]圖2為常規(guī)酒杯型桿塔塔窗右側塔臂局部結構示意圖；
[0016]圖3為塔窗上塔臂和下塔臂內(nèi)側角鋼上螺孔位置示意圖；
[0017]圖4為塔窗上塔臂和下塔臂內(nèi)側角鋼上固定豎向角鋼后的結構示意圖；
[0018]圖5為塔窗上塔臂和下塔臂內(nèi)側角鋼上固定橫向角鋼后的結構示意圖；
[0019]圖6為塔窗上塔臂和下塔臂內(nèi)側角鋼上固定斜向角鋼后的結構示意圖；
[0020]圖7為本實用新型酒杯型桿塔塔窗整體結構示意圖；
[0021]圖8為本實用新型塔窗右側塔臂局部結構示意圖；
[0022]圖9為【具體實施方式】中所采用的Q345角鋼結構示意圖；
[0023]圖10為仿真對比試驗中對桿塔施加荷載及約束的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合附圖進一步說明本實用新型的一種【具體實施方式】。
[0025]參見圖1?2，該圖為常規(guī)的酒杯型桿塔塔窗結構示意圖，其中，圖1為塔窗整體結構示意圖。圖2為塔窗右側塔臂局部結構示意圖，圖中，I表示塔窗右側上塔臂和下塔臂的交叉線，2、3、4、5分別表示塔窗上塔臂和下塔臂內(nèi)側的四條主材角鋼。由于酒杯型桿塔塔窗結構左右對稱，下面僅以圖2中所示右側為例來說明本實用新型的具體實施過程。
[0026]以塔窗右側上塔臂和下塔臂的交叉線⑴為基準線，分別在角鋼⑵和角鋼(3)上距基準線第一節(jié)點(6) U、L2處各開孔徑3cm、間距5cm的三個螺孔⑶；同樣地，分別在角鋼⑷和角鋼(5)上距基準線第二節(jié)點(7) U、L2處各開孔徑3cm、間距5cm的三個螺孔
(8)，螺孔位置見圖3。通過計算驗證發(fā)現(xiàn)，當L1取值為上塔臂長度的1/5?1/4之間、L2取值為下塔臂長度的1/5?1/4之間，改善應力分布效果較好，且不會降低中相導線與桿塔之間的絕緣距離。
[0027]將兩根屈服強度為Q345的角鋼(9?10)分別豎直固定在角鋼(2)和角鋼(3)以及角鋼(4)和角鋼(5)間，角鋼(9)兩端通過螺絲分別固定于角鋼(2)上最下方螺孔和角鋼(3)上最上方螺孔上，角鋼(10)兩端通過螺絲分別固定于角鋼(4)上最下方螺孔和角鋼
(5)上最上方螺孔上，見圖4。
[0028]將兩根屈服強度為Q345的角鋼(11?12)分別水平固定在角鋼(2)和角鋼(4)以及角鋼⑶和角鋼(5)間，角鋼(11)兩端通過螺絲分別固定于角鋼⑵上的中間螺孔和角鋼(4)上的中間螺孔上，角鋼(12)兩端通過螺絲分別固定于角鋼(3)上的中間螺孔和角鋼(5)上的中間螺孔上，見圖5。
[0029]將一根屈服強度為Q345的角鋼(13)斜向固定在角鋼(2)和角鋼(5)上，角鋼(13)兩端通過螺絲分別固定于角鋼(2)上最上方螺孔和角鋼(5)上最下方螺孔上，見圖6。
[0030]在角鋼(13)中點往兩端5cm處各開一孔徑3cm的螺孔(8)，見圖6。在角鋼(4)上最上方螺孔和角鋼(13)上方螺孔間通過螺絲固定屈服強度為Q345的角鋼(14)，在角鋼
(3)上最下方螺孔和角鋼(13)下方螺孔間通過螺絲固定屈服強度為Q345的角鋼(15)。對桿塔塔窗左側上塔臂和下塔臂間添加相同的結構件，即可獲得本實用新型桿塔塔窗結構，見圖7~8。
[0031]本【具體實施方式】中采用的強度為Q345的角鋼，橫截面為L形，橫截面尺寸為75mmX 5mm，其結構見圖9所示。
[0032]下面通過仿真對比試驗來說明本實用新型的有益效果。
[0033]首先，通過有限元分析工具ANSYS的梁單元BEAM188分別建立常規(guī)酒杯型桿塔結構和本實用新型酒杯型桿塔結構，其中，梁單元的尺寸和材料屬性根據(jù)桿塔實際參數(shù)設置。然后，分別計算常規(guī)酒杯型桿塔和本實用新型酒杯型桿塔在相同不平衡張力下的塔臂應力分布情況。
[0034]將桿塔受到的來自導線和地線的不平衡張力等效為有限元模型中對桿塔對應連接節(jié)點上施加的荷載，對兩種桿塔施加相同荷載。每條導線不平衡張力等效的荷載大小為60000N，方向沿導線走向且與地面向下成30度角；每條地線不平衡張力等效的荷載大小為20000N，方向沿導線走向且與地面向下成20度角。同時塔基部分四個塔腳對桿塔的固定作用等效為有限元模型中桿塔對塔腳最底端四個節(jié)點的位移自由度約束條件。具體的荷載和約束條件施加位置見圖10中箭頭所示。施加了上述約束條件和荷載之后，通過ANSYS分析工具進行有限元力學分析，得到桿塔中各節(jié)點的位移和各單元的應力。由于桿塔由兩種屈服強度的角鋼Q235、Q345組成，單從角鋼單元所受應力大小分析，無法直觀反應桿塔的風險程度。本實用新型定義一個參數(shù):應力百分比，用來表征角鋼單元所受應力與該角鋼單元屈服強度之間的比值，應力百分比接近或者超過I的單元越多，那么桿塔的風險程度就越高。通過分別計算兩種桿塔有限元模型中角鋼單元的應力百分比，可以得到各自應力百分比最大的8個角鋼單元,該8個角鋼單元的應力百分比見表1。
[0035]表1兩種結構角鋼單元應力百分比對比表
[0036]
【權利要求】
1.可改善應力分布的輸電線路桿塔結構，適用于酒杯型輸電線路桿塔，包括塔窗，其特征在于； 塔窗左側的上塔臂內(nèi)側和下塔臂內(nèi)側以及右側的上塔臂內(nèi)側和下塔臂內(nèi)側間均設有改善應力分布的結構件，所述的結構件固定在上塔臂內(nèi)側和下塔臂內(nèi)側的主材角鋼上。
2.如權利要求1所述的輸電線路桿塔結構，其特征在于: 所述的結構件為屈服強度為Q345的角鋼構件。
3.如權利要求1所述的輸電線路桿塔結構，其特征在于: 所述的結構件為對角線設有交叉角鋼的矩形框體角鋼構件。
4.如權利要求3所述的輸電線路桿塔結構，其特征在于: 所述的結構件包括兩平行的豎向角鋼、兩平行的橫向角鋼、一斜向長角鋼和兩斜向短角鋼；上塔臂內(nèi)側的角鋼包括第一角鋼(2)和第二角鋼(4)，下塔臂內(nèi)側的角鋼包括第三角鋼(3)和第四角鋼(5)，第一角鋼(2)和第三角鋼(3)相連，第二角鋼(4)和第四角鋼(5)相連； 兩豎向角鋼兩端分別固定于上塔臂內(nèi)側和下塔臂內(nèi)側的四條角鋼上，兩橫向角鋼兩端也分別固定于塔窗上塔臂內(nèi)側和下塔臂內(nèi)側的四條角鋼上，豎向角鋼和橫向角鋼形成矩形框體； 斜向長角鋼兩端分別固定于第一角鋼(2)和第四角鋼(5)上，且構成所述的矩陣框體的對角線；兩斜向短角鋼中的第一斜向短角鋼的兩端分別固定于第三角鋼(3)和斜向長角鋼的中心范圍內(nèi)，第二斜向短角鋼的兩端分別固定于第二角鋼(4)和斜向長角鋼的中心范圍內(nèi)。
【文檔編號】E04H12/10GK203742239SQ201320879756
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】甘艷, 阮江軍, 劉超, 杜志葉, 胡元潮, 廖才波, 周蠡 申請人:華中電網(wǎng)有限公司, 武漢大學