[发明专利]高压及超高压输电线路铁塔抗风加固改造方法

说明书

技术领域

本发明属于输电线路设备技术领域，具体涉及一种高压及超高压输电线路铁塔抗风加固改造方法。

背景技术

作为大型复杂生命线系统的重要组成部分，输电系统的安全性问题直接影响国家的生产建设和人民的生活秩序。输电线路的破坏将导致供电系统的瘫痪、并有可能引发火灾等次生灾害，造成严重的经济损失。输电塔线体系具有结构高柔、导地线跨距大、非线性强等特点，是一种风敏感结构体系。强风暴是对输电线路威胁最大的一种自然灾害，因强风暴而导致的输电线路的破坏事故时有发生。从上个世纪90年代起，500kV输电线路逐渐成为我国电网主干线路，随着线路档距及塔高的增长，高压输电线路的累计倒塔次数和倒塔基数也呈上升趋势。1989年到2005年期间，我国500kV以上输电塔发生风致破坏越为43基，造成严重经济损失。日本、澳大利亚等国家也时有风致输电塔破坏的报道。输电塔主要承受导线、地线及塔本身的自重和最大风荷载，因此在直线型自立式输电塔设计中，风荷载起控制作用。为了保持结构整体性能及分配剪力和抗扭，输电塔设计中都要设置一定间距的横隔面。尽管设计计算时横隔面的内力较小，但保持结构整体性作用较大。在龙卷风作用下，横隔面内的杆件有可能因承受过大的内力而发生失稳。在受到和输电塔成一定角度的风作用及抗扭计算中，横隔面性能可以得到发挥。在我国的架空送电线路杆塔结构设计技术规定（DLT 5154-2002）中，设置横隔面的要求以构造要求的形式提出。横隔面主要设在塔身坡度变更的断面处、直接受扭力的断面处和塔顶及塔腿顶部断面处。在塔身坡度不变段内，横隔面设置的间距距不大于5倍平均宽度(宽面)，也不宜大于4个主材分段。可看出按照现有规程所设计的输电铁塔普遍存在塔身横隔面设置较少的问题。这种情况下，铁塔结构下部的局部振型非常严重，在风的动力作用下，如果激起局部振型，很有可能造成结构的动力失稳破坏；静力计算也表明，在没有横隔面的塔段上，斜撑有非常大的面外变形发生，这与输电塔风致倒塌的现场调查结果一致。对高压及超高压输电线路铁塔抗风加固改造是一个目前迫切要解决的问题，本发明基于大量的风灾破坏调查、试验及计算分析提出了一种非常有效的高压及超高压输电线路铁塔抗风加固改造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种施工简便、造价经济的对高压及超高压输电线路铁塔抗风加固改造方法。

本发明提出的用于高压及超高压输电线路铁塔抗风荷载的加固改造方法，对高压及超高压输电线路铁塔的抗风性能进行评估，根据评估结果在塔身2中下部的适当位置增设新横隔面3，以增强输电铁塔的整体刚度；此外，针对不同的塔形，对输电铁塔的塔头4和横担5处薄弱杆件进行加固改造；具体步骤为：

(1)对高压及超高压输电线路铁塔的抗风性能评估，是按照现有的结构分析方法，采用合适的有限元软件，分析输电铁塔的刚度状况，根据结果判断原有规范要求的横隔面1的位置是否合理，并按照设计规程对结构位移的限制要求发现结构薄弱点，找出需要加固的部位；

一般在位于塔身2的四个一级斜撑6的交点7的水平面处增设新横隔面3，，新横隔面3自身必须是一个几何不变体，以达到整体传递水平剪力、合理化分配剪力的效果，几何不变体的设计可参考现有规程，其形式如附图3所示(应具体说明何种体，附图不能说明问题)，横隔面构件截面根据已有杆件的截面进行标准化设计。由于新横隔面3有较大的面内刚度，可以将塔身2四个面的一级斜撑6互相约束形成一个整体，避免一级斜撑节点7发生大的平面外变形；与此同时，一级斜撑6在新横隔面3的面外方向也起到斜撑横隔面的作用，避免横隔面在面外发生过大的面外变形以及竖向振动。新横隔面3和一级斜撑6之间在两个相互接近正交的平面中相互约束，彼此斜撑，形成了一个共同承受力的整体；在塔身2增设新横隔面3之前，需要拆除原有的二级斜撑8，这将使得一级斜撑的交点7和塔身主材11之间的横隔面主构件12的长度较原设计变大，容易发生失稳。因此需要增设一些新的二级斜撑9，这些二级斜撑和原有的二级斜撑8的方向不同，新的二级斜撑9一端斜撑在横隔面侧边四分点10上，另外一端和二级斜撑9或塔身主材11相连接，如附图2和4所示。

(2)对于直接承担导地线荷载的塔头4和横担5，位于塔头4和横担5上的杆件截面较小，且构件底面的既有斜撑14多为单向的，很容易发生强度破坏，产生大变形。因此需要对杆件增大截面尺寸或在塔头和横担上的既有斜撑14上增加新的斜撑15，所述新的斜撑15与既有斜撑14为双向交叉排列，安装过程中，新的斜撑与原有构件交点处需要打螺栓孔16和螺栓进行固定。