可改善應(yīng)力分布的同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種可改善應(yīng)力分布的同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)，包括下橫擔(dān)和塔身，下橫擔(dān)兩側(cè)與其下側(cè)塔身的對(duì)應(yīng)側(cè)間均設(shè)有改善應(yīng)力分布的結(jié)構(gòu)件，所述的結(jié)構(gòu)件固定在下橫擔(dān)下側(cè)和下橫擔(dān)下側(cè)塔身的主材角鋼上。本實(shí)用新型改善了下橫擔(dān)及其附近塔身上應(yīng)力分布集中的問題，使得桿塔下橫擔(dān)及其附近塔身應(yīng)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，可提高桿塔抗冰災(zāi)能力，適用于500kV輸電線路同塔雙回直線桿塔。
【專利說明】可改善應(yīng)力分布的同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型屬于輸電線路防冰災(zāi)減冰災(zāi)領(lǐng)域，尤其涉及一種可改善應(yīng)力分布的同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[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(dān)著電能傳輸?shù)闹厝?。然而，冬季時(shí)桿塔及導(dǎo)線、地線覆冰的出現(xiàn)，以及由此產(chǎn)生的倒塔事故，對(duì)輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了威脅，所以輸電線路防冰災(zāi)方面需要進(jìn)行大量的研究。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2008年華中地區(qū)發(fā)生的輸電線路冰災(zāi)中，90 %是由桿塔結(jié)構(gòu)破壞引起的，因此桿塔是輸電線路防災(zāi)中需要重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。目前，輸電線路防冰災(zāi)工作主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行:一是對(duì)輸電線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以提供防冰災(zāi)預(yù)警信息；二是改進(jìn)桿塔本體結(jié)構(gòu)。
[0003]輸電線路的實(shí)時(shí)檢測(cè)采用輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行，主要包括視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、覆冰在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、桿塔傾斜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及桿塔不平衡張力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。上述四種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可針對(duì)輸電線路導(dǎo)線、地線及桿塔整體運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并提出防冰災(zāi)預(yù)警信息，但是對(duì)輸電線路本身的抗冰災(zāi)能力沒有提升作用。
[0004]桿塔本體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)是通過改進(jìn)桿塔部分結(jié)構(gòu)形狀或增加一些鋼構(gòu)連接來提高桿塔整體的抗冰災(zāi)能力。目前設(shè)計(jì)輸電線路時(shí)，由于設(shè)計(jì)量比較大，所以一般均是直接采用桿塔庫中的桿塔結(jié)構(gòu)，因此桿塔結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)一，缺乏一些針對(duì)性的設(shè)計(jì)。而且，對(duì)于一些大檔距和大高差情況下的同塔雙回直線桿塔，桿塔角鋼的應(yīng)力分布往往集中在下橫擔(dān)及附近塔身上，這種的集中應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域角鋼在覆冰情況下很快達(dá)到屈服極限，從而產(chǎn)生桿塔倒塌的危險(xiǎn)性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對(duì)現(xiàn)有同塔雙回直線桿塔在大檔距和大高差情況下、應(yīng)力往往集中分布于下橫擔(dān)及其附近塔身的問題，本實(shí)用新型提供了一種可改善應(yīng)力分布的同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)，該桿塔結(jié)構(gòu)可提高桿塔的抗冰災(zāi)能力。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案:
[0007]可改善應(yīng)力分布的同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)，包括下橫擔(dān)和塔身，下橫擔(dān)兩側(cè)與其下側(cè)塔身的對(duì)應(yīng)側(cè)間均設(shè)有改善應(yīng)力分布的結(jié)構(gòu)件，所述的結(jié)構(gòu)件固定在下橫擔(dān)下側(cè)和下橫擔(dān)下側(cè)塔身的主材角鋼上。
[0008]上述結(jié)構(gòu)件為屈服強(qiáng)度為Q345的角鋼構(gòu)件。
[0009]上述結(jié)構(gòu)件由兩平行角鋼及設(shè)置在平行角鋼對(duì)角位置的對(duì)角角鋼構(gòu)成。
[0010]所述的結(jié)構(gòu)件包括兩平行角鋼、一對(duì)角長角鋼和兩對(duì)角短角鋼；下橫擔(dān)一側(cè)下方的主材角鋼包括第一角鋼(3)和第二角鋼(4)，下橫擔(dān)下側(cè)塔身同側(cè)的主材角鋼包括第三角鋼(5)和第四角鋼(6)，第一角鋼(3)和第四角鋼(6)相連，第二角鋼⑷和第三角鋼(5)相連；第一平行角鋼兩端分別固定于第一角鋼(3)和第四角鋼(6)上，第二平行角鋼兩端分別固定于第二角鋼(4)和第三角鋼(5)上；對(duì)角長角鋼兩端分別固定于第一角鋼(3)和第三角鋼(5)上，且構(gòu)成兩平行角鋼的對(duì)角；兩對(duì)角短角鋼中的第一對(duì)角短角鋼兩端分別固定于第二角鋼(4)和對(duì)角長角鋼中心范圍，第二對(duì)角短角鋼兩端分別固定于第四角鋼(6)和對(duì)角長角鋼中心范圍。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)和有益效果:
[0012]1、在同塔雙回直線桿塔下橫擔(dān)及其下側(cè)塔身間設(shè)置用來改善應(yīng)力分布的結(jié)構(gòu)件，改善了下橫擔(dān)及其附近塔身上應(yīng)力分布集中的問題，使得桿塔下橫擔(dān)及其附近塔身應(yīng)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，可提高桿塔抗冰災(zāi)能力。
[0013]2、適用于500kV輸電線路同塔雙回直線桿塔。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為常規(guī)同塔雙回直線桿塔下橫擔(dān)正視圖；
[0015]圖2為規(guī)同塔雙回直線桿塔下橫擔(dān)側(cè)視圖；
[0016]圖3為下橫擔(dān)和下橫擔(dān)下側(cè)塔身的主材角鋼上的螺孔位置示意圖；
[0017]圖4為下橫擔(dān)和下側(cè)塔身的主材角鋼上固定平行角鋼后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5為平行角鋼上的螺孔位置示意圖；
[0019]圖6為平行角鋼對(duì)角間固定對(duì)角角鋼后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖7為本實(shí)用新型同塔雙回直線桿塔整體結(jié)構(gòu)正視；
[0021]圖8為本實(shí)用新型同塔雙回直線桿塔右側(cè)下橫擔(dān)及下側(cè)塔身局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖9為【具體實(shí)施方式】中所采用的Q345角鋼結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖10為仿真對(duì)比試驗(yàn)中對(duì)桿塔施加荷載及約束的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的一種【具體實(shí)施方式】。
[0025]參見圖1?2，該圖為常規(guī)同塔雙回直線桿塔下橫擔(dān)結(jié)構(gòu)的正視圖和側(cè)視圖，I表示下橫擔(dān)，2為下橫擔(dān)和下橫擔(dān)下側(cè)塔身的交界線，3和4為下橫擔(dān)下側(cè)兩條主材角鋼，5和6為下橫擔(dān)下側(cè)塔身右側(cè)兩條主材角鋼。由于常規(guī)同塔雙回直線桿塔左右對(duì)稱，下面僅以圖2中所示桿塔右側(cè)為例來說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施過程。
[0026]以下橫擔(dān)和下橫擔(dān)下側(cè)塔身的交界線(2)為基準(zhǔn)線，分別在角鋼(3)和角鋼(6)上距基準(zhǔn)線第一節(jié)點(diǎn)(7) LpL2處各開孔徑3cm的螺孔(9);同樣地，分別在角鋼(4)和角鋼
(5)上距基準(zhǔn)線第二節(jié)點(diǎn)(S)LpL2處各開孔徑3cm的螺孔(9)，螺孔位置見圖3?；鶞?zhǔn)線第一節(jié)點(diǎn)(7)和第二節(jié)點(diǎn)(8)為下橫擔(dān)下側(cè)主材角鋼和下橫擔(dān)下側(cè)塔身側(cè)邊主材角鋼的連接處。通過計(jì)算驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，當(dāng)L1取值為單側(cè)橫擔(dān)長度的1/4?1/3、且L2取值為單側(cè)橫擔(dān)長度的1/3?1/2時(shí)，改善應(yīng)力分布效果較好，且不會(huì)降低該下橫擔(dān)處懸掛的導(dǎo)線與桿塔之間的絕緣距離。
[0027]將兩根屈服強(qiáng)度為Q345的角鋼(10?11)分別固定在角鋼(3)和角鋼(6)以及角鋼⑷和角鋼(5)間，角鋼(10)兩端通過螺絲分別固定于角鋼(3)和角鋼(6)的螺孔上，角鋼(11)兩端通過螺絲分別固定于角鋼⑷和角鋼(5)的螺孔上，角鋼(10)和角鋼(11)相平行，見圖4。在角鋼(10?11)兩端距離螺絲向內(nèi)5cm處各開一孔徑3cm的螺孔(9)，螺孔位置見圖5。
[0028]在角鋼(10)上端螺孔和角鋼(11)下端螺孔間通過螺絲固定屈服強(qiáng)度為Q345的對(duì)角長角鋼(12),在對(duì)角角鋼(12)中點(diǎn)往兩側(cè)5cm處各開一孔徑3cm的螺孔(9)，見圖6。在角鋼(12)上方螺孔和角鋼(11)上端螺孔間通過螺絲固定屈服強(qiáng)度為Q345的對(duì)角短角鋼(13)，在角鋼(12)下方螺孔和角鋼(10)下端螺孔間通過螺絲固定屈服強(qiáng)度為Q345的對(duì)角短角鋼(14)，見圖8。對(duì)桿塔左側(cè)下橫擔(dān)和下橫擔(dān)下側(cè)塔身間添加相同的結(jié)構(gòu)件(15)，即可獲得本實(shí)用新型桿塔結(jié)構(gòu)，見圖7。[0029]本【具體實(shí)施方式】中采用的強(qiáng)度為Q345的角鋼，橫截面為L形，橫截面尺寸為180mmX 14mm,其結(jié)構(gòu)見圖9所不。
[0030]下面通過仿真對(duì)比試驗(yàn)來說明本實(shí)用新型的有益效果。
[0031]首先，通過有限元分析工具ANSYS的梁單元BEAM188分別建立常規(guī)同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)和本實(shí)用新型同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)，其中，梁單元的尺寸和材料屬性根據(jù)桿塔實(shí)際參數(shù)設(shè)置。然后，分別計(jì)算常規(guī)同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)和本實(shí)用新型同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)在相同不平衡張力下的塔臂應(yīng)力分布情況。
[0032]將桿塔受到的來自導(dǎo)線和地線的不平衡張力等效為有限元模型中對(duì)桿塔對(duì)應(yīng)連接節(jié)點(diǎn)上施加的荷載，對(duì)兩種桿塔結(jié)構(gòu)施加相同荷載。每條導(dǎo)線不平衡張力等效的荷載大小為40000N，方向沿導(dǎo)線走向且與地面向下成20度角；每條地線不平衡張力等效的荷載大小為10000N，方向沿導(dǎo)線走向且與地面向下成10度角。同時(shí)塔基部分四個(gè)塔腳對(duì)桿塔的固定作用等效為有限元模型中桿塔對(duì)塔腳最底端四個(gè)節(jié)點(diǎn)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，其中箭頭I~6所指為導(dǎo)線荷載施加的位置，箭頭7~8所指為地線荷載施加的位置，箭頭9~12所指為塔腳約束位移自由度的位置。
[0033]施加了上述約束條件和荷載之后，通過ANSYS分析工具進(jìn)行有限元力學(xué)分析，得到桿塔中各節(jié)點(diǎn)的位移和各單元的應(yīng)力。由于桿塔由兩種屈服強(qiáng)度的角鋼Q235、Q345組成，單從角鋼單元所受應(yīng)力大小分析，無法直觀反應(yīng)桿塔的風(fēng)險(xiǎn)程度。本實(shí)用新型定義一個(gè)參數(shù):應(yīng)力百分比，用來表征角鋼單元所受應(yīng)力與該角鋼單元屈服強(qiáng)度之間的比值，應(yīng)力百分比接近或者超過I的單元越多，那么桿塔的風(fēng)險(xiǎn)程度就越高。通過分別計(jì)算兩種桿塔有限元模型中角鋼單元的應(yīng)力百分比，可以得到各自應(yīng)力百分比最大的8個(gè)角鋼單元，該8個(gè)角鋼單元的應(yīng)力百分比見表1。
[0034]分析表1可以發(fā)現(xiàn)，常規(guī)桿塔應(yīng)力百分比最大的前2個(gè)角鋼單元，其應(yīng)力百分比要比其余角鋼單元大很多，表明應(yīng)力分布比較集中；而本實(shí)用新型桿塔應(yīng)力百分比最大的8個(gè)角鋼單元，其應(yīng)力百分比值都差不多，且均較常規(guī)桿塔的角鋼單元有所減小，表明應(yīng)力分布比較均勻。由此可見，本實(shí)用新型桿塔結(jié)構(gòu)能明顯改善下橫擔(dān)角鋼上的應(yīng)力集中問題。
[0035]表1兩種結(jié)構(gòu)角鋼單元應(yīng)力百分比對(duì)比表
[0036]
【權(quán)利要求】
1.可改善應(yīng)力分布的同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)，包括下橫擔(dān)和塔身，其特征在于: 下橫擔(dān)兩側(cè)與其下側(cè)塔身的對(duì)應(yīng)側(cè)間均設(shè)有改善應(yīng)力分布的結(jié)構(gòu)件，所述的結(jié)構(gòu)件固定在下橫擔(dān)下側(cè)和下橫擔(dān)下側(cè)塔身的主材角鋼上。
2.如權(quán)利要求1所述的同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述的結(jié)構(gòu)件為屈服強(qiáng)度為Q345的角鋼構(gòu)件。
3.如權(quán)利要求1所述的同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述的結(jié)構(gòu)件由兩平行角鋼及設(shè)置在平行角鋼對(duì)角位置的對(duì)角角鋼構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的同塔雙回直線桿塔結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述的結(jié)構(gòu)件包括兩平行角鋼、一對(duì)角長角鋼和兩對(duì)角短角鋼；下橫擔(dān)一側(cè)下方的主材角鋼包括第一角鋼(3)和第二角鋼(4)，下橫擔(dān)下側(cè)塔身同側(cè)的主材角鋼包括第三角鋼(5)和第四角鋼(6)，第一角鋼(3)和第四角鋼(6)相連，第二角鋼(4)和第三角鋼(5)相連； 第一平行角鋼兩端分別固定于第一角鋼(3)和第四角鋼(6)上，第二平行角鋼兩端分別固定于第二角鋼(4)和第三角鋼(5)上；對(duì)角長角鋼兩端分別固定于第一角鋼(3)和第三角鋼(5)上，且構(gòu)成兩平行角鋼的對(duì)角； 兩對(duì)角短角鋼中的第一對(duì)角短角鋼兩端分別固定于第二角鋼(4)和對(duì)角長角鋼中心范圍，第二對(duì)角短角鋼兩端分別固定于第四角鋼(6)和對(duì)角長角鋼中心范圍。
【文檔編號(hào)】E04H12/10GK203742240SQ201320879793
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】阮江軍, 劉超, 甘艷, 杜志葉, 胡元潮, 周蠡 申請(qǐng)人:武漢大學(xué), 華中電網(wǎng)有限公司