输电塔斜材不同节点型式下的受压承载力

为研究节点约束下输电塔斜材受压承载力的计算方法,通过对120根等边角钢的偏心受压承载力试验,分析其最小轴、平行轴布置时的破坏模式、承载力及变形形态,研究不同约束刚度、节点型式对其承载力的影响;结合现行行标公式,针对不同节点连接型式(A、B、C类),提出输电塔斜材受压长细比的计算公式.研究结果表明:长细比小于120时,构件承载力主要受偏心控制,偏心越大,承载力越低;而长细比大于120时,构件承载力主要受约束刚度控制,约束刚度越大,承载力越高;A、C类连接在不同长细比时各具优势,但B类连接的承载力始终低于A、C类连接;国内外规范计算值与试验值均存在较大的偏差,具有一定的局限性,体现在小长细比构件偏心及大长细比构件约束修正不足等方面;所提出长细比修正公式的计算结果与试验结果吻合良好,可用于指导工程设计.

节点约束对单面连接角钢受压承载力影响试验研究

为了研究节点约束对单面连接角钢受压承载力的影响,设计了一种弹簧支座刀口铰,通过试验研究了120根等边角钢的偏心受压稳定承载力。分析了其最小轴、平行轴布置时的破坏模式、承载力及变形形态,研究了不同节点约束、构造形式对其承载力的影响,并与国内规范进行了比较。研究结果表明:最小轴布置时,构件的失效模式为弯曲失稳,旋转轴介于最小轴和平行轴之间;平行轴布置时,构件失效模式为绕与刀口铰平行的主轴的弯曲失稳;构件长细比小于120时,其承载力主要受偏心控制,偏心越大,承载力越低;构件长细比大于120时,其承载力主要受约束刚度控制,约束刚度越大,承载力越高;采用A、C类连接时,在不同长细比下二者各具优势,但采用B类连接时构件的承载力始终低于采用A、C类连接时的承载力;与规范的对比表明,规范GB 50017—2017和DL/T 5486—2020均未考虑节点构造形式对斜材受压承载力的影响,计算结果存在一定的局限性,研究结论对于工程设计具有一定的指导意义。

特高压重冰区地线支架脱冰动力响应安全性研究

为了探究特高压重冰区输电塔地线支架在脱冰动力荷载作用下的安全性,基于脱冰数值计算理论,建立了地线的脱冰数值模型和塔线耦合数值模型,研究了地线在不同工况下的脱冰动力响应和不同地线脱冰情况下铁塔地线支架的承载力安全性。脱冰研究表明:地线脱冰时,高差越大,脱冰产生的上拔力越大;档距越大,纵向不平衡张力越大;覆冰越厚,地线脱冰产生的纵向不平衡张力越大,产生的的上拔力越小。塔线耦合脱冰研究表明:多档模型下,地线脱冰时,悬垂直线塔地线支架正面和底部斜材存在应力比超限情况,现有设计方法偏于不安全;耐张塔地线支架不受脱冰动力响应控制。建议重覆冰区地线支架设计时仅考虑地线脱冰产生的上拔力影响,上拔力取地线最大使用张力的1.0%~5.0%,覆冰越厚,上拔荷载可越小,厚度为20 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm冰区的上拔荷载分别取为最大使用张力的4.0%~5.0%、3.0%~4.0%、2.5%~3.0%、2.0%~2.5%和1.0%~2.0%。

中美两国现行输电线路设计规范风荷载计算参数对比分析

中国输电线路设计规范与美国存在一定的差异,为较好地适应国外电网工程设计,选取美国ASCE 74—2009《输电线路结构荷载导则》与中国GB 50545—2010《110 kV~750 kV架空输电线路设计规范》,针对两者风荷载计算公式中的风压高度变化系数、体型系数、风荷载调整系数及地形影响因子等参数进行了对比分析。结果表明:ASCE 74—2009中的风压高度变化系数小于GB 50545—2010设计值;GB 50545—2010的导、地线体型系数比ASCE导则值大10%~20%;ASCE 74—2009的阵风响应因子与GB 50545—2010中的塔身风荷载调整系数大致相同;当设计风速超过27 m/s时,两者的线条风荷调整系数差距较小;对特殊地形,ASCE 74—2009考虑了地形影响因子,但在实际工程中的应用范围较小;GB 50545—2010与ASCE 74—2009中对杆塔构件和导、地线覆冰时的风荷载计算存在较大差异,ASCE 74—2009通常不考虑覆冰引起的结构挡风面积增加的影响。

新型半V串悬垂塔在1000 kV输电线路工程中的应用研究

本文在借鉴以往悬垂塔挂线方式优缺点的基础上,结合当前支柱绝缘子研究应用水平,提出了半V串的新型悬垂直线塔方案,并对新型悬垂直线塔的串型组装、塔头布置、电气性能、受力性能及经济性等方面进行了分析。新型半V串悬垂塔结合了I串及V串的优点,具有明显的经济效益和社会效益。

角钢塔连接螺栓考虑预紧力的拉剪计算方法研究

角钢塔普通螺栓施工过程中规定了其施工紧固扭矩的下限值,但在抗剪设计时没有考虑施工紧固扭矩所产生的预紧力对其抗剪承载力的影响,计算表明目前的紧固扭矩值会使得设计偏于不安全。结合钢结构基本原理推导了输电塔普通受剪螺栓在预紧力作用下的抗剪剩余承载力比的计算方法,并结合精细化数值模拟论证了预紧力对普通螺栓抗剪承载力的影响。研究表明,预紧力越大,螺栓的抗剪承载力削弱越明显,近似呈二次抛物线关系;最终依据预紧力和抗剪承载力之间的关系,推荐了输电塔普通抗剪螺栓的紧固扭矩值,为工程设计提供了设计依据。

十字形双组合轴压角钢构件填板连接计算方法研究

从材料力学原理出发,基于剪力互等定理和轴压构件的二阶弯曲效应,结合十字形双组合角钢构件受压时的实际破坏形态,推导了十字形双组合角钢构件填板连接的理论计算方法,给出了填板连接的一般设计方法;并结合试验结果论证了传统算法的局限性,确定了不同填板布置形式时填板处十字形截面的剪力不均匀分布系数;理论计算方法考虑了十字形双组合角钢构件不同失稳模式的影响,与试验结果相比,其安全裕度在10%以上,较传统算法具有较大的优越性,能够满足输电塔结构设计的一般要求;最后通过精细化数值分析验证了计算方法的准确性和可靠性,并已将其应用于工程实践中。

导线张力对输电杆塔安全性和经济性的影响研究

针对使用广泛的500 kV架空输电线路,分别研究了在轻、中、重冰区,由断线及不均匀覆冰引起的导线张力对输电杆塔安全性和经济性的影响。研究表明:导线张力增加0~20%,若保持杆塔杆件规格不变,悬垂塔的超限杆件比例为0~51%,耐张塔的超限杆件比例为0~4%;若增大杆塔杆件规格以保证安全,悬垂塔的塔重增加0~28%,耐张塔的塔重增加0~5%;覆冰越厚,由断线引起的导线张力对杆塔影响越小,由不均匀覆冰引起的导线张力对杆塔影响越大;导线张力主要影响悬垂塔横担上、下平面交叉材、塔身主斜材等杆塔杆件。因此,对重要输电线路和输电线路重要区段,推荐重点加强悬垂塔的防串倒及抗冰能力。研究结论对工程实践具有一定的指导意义。

架空输电线路新规范对500 kV角钢塔结构的影响研究

基于架空输电线路新规范DL/T 5551—2018[4]、DL/T 5440—2020[5]及DL/T 5486—2020[6],对白鹤滩水电站送出工程10 mm、15 mm、20 mm(重冰区)及30 mm四种典型冰区的500 kV角钢塔结构进行了对比研究,系统地总结了新规范对500 kV角钢塔结构的影响及其程度,有针对性地提出了采用新规范对500 kV角钢塔结构进行校验加强的重点。研究成果可作为对500 kV架空输电线路角钢塔结构进行新旧规范对比分析的参考,也可作为对已建500 kV架空输电线路采用新规范进行改造加强的借鉴。

《建筑桩基技术规范》中嵌岩桩下压承载力计算方法的讨论

《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)嵌岩桩下压承载力的计算公式依据非扩底桩推导而得。为研究该公式对于扩底桩的适用情况,通过计算分析,受嵌岩段侧阻和端阻综合系数的影响,扩底桩嵌岩段承载力远小于规范公式的计算结果,规范计算结果偏于冒进。通过修正推导过程,得出了同时适用于非扩底桩和扩底桩的计算公式,扩大了原规范公式的适用范围。

环境恶劣地区输电线路设计对策研究

为满足东部发达地区电力供应需求,多个西电东送工程应运而生,但目前正遭遇高烈度地震、重覆冰、无人区等困境,使得输电线路的建设及运行面临极大的困难,远超常规地区。然而,由于西电东送工程横亘中国长达2000 km,以上问题却又无法避免。为解决以上难题,以汶川大地震及2008年大冰灾后国内输电线路的统计数据为基准,对高烈度地震地区、重覆冰地区及无人区的输电线路进行分析研究,制定较为经济合理的设计优化对策和运行维护对策,为环境恶劣区域的输电线路设计提供了技术支撑。

一种新型倾斜式输电铁塔延长腿的设计研究

山区输电线路面临坡度超过40°的陡峭地形时,常规长短腿级差无法满足地形需要,且坡上塔架地基稳定性降低。为解决这类问题,本文提出了输电铁塔延长腿组合模型,对多种延长腿布置方式的杆件内力、塔腿位移进行了比较。选出一种倾斜式新型延长腿,分析其力学性能和经济性,对于陡峭山区输电线路设计具有一定的参考意义。

可控转动复合横担在输电铁塔中的应用研究

复合横担通常布置成完全约束型或自由转动型,前者造价较高,后者则由于横担转动无规律造成运维困难。为消除传统方案的弊端,提出了"V"串可控转动方案,既能完全约束正常运行时的转动,部分约束不均匀覆冰工况下的转动,又能完全释放断线时的张力差,集中了完全约束型和自由转动型的优点,且造价与传统方案相当。通过对传统方案的改进,确定了新型"V"串可控转动方案的结构布置、工作方式和荷载取值原则,为该方案的实施提供简便可行的操作建议。

新型锚杆基础破坏机理及影响因素研究

为克服锚杆基础在山区输电线路中应用的局限,文中提出了一种由自由段和锚固段组成的新型锚杆基础,通过有限元数值方法研究了新型锚杆的应力分布及失效机理,并对黏结强度、锚杆长度、岩石类型及孔杆直径比等因素进行了参数分析。研究结果表明:注浆体与岩石及锚筋与注浆体之间,其黏结应力的分布范围只在锚固段靠近张拉端的有限长度上且应力分布极不均匀;黏结强度是判断锚杆失效界面类型的重要参数指标,对承载力有较大影响;锚固长度存在峰值,破坏面发生在注浆体和岩石界面时,硬岩承载力明显高于软岩承载力;锚孔直径/锚杆直径的最佳比例为4~5倍。

输电塔挂线角钢节点理论计算方法研究

结合特高压工程数据对中冰区和重冰区输电塔典型挂线角钢节点在控制工况作用下的受力特点进行了数值模拟研究。研究结果表明:悬垂塔挂线角钢节点的变形受挂点垂直荷载控制,耐张塔挂点变形受挂点张力荷载控制,挂点螺栓主要受拉控制。根据数值模拟结果,结合传统的多排螺栓节点计算方法,量化了挂线角钢与螺栓群间的刚度差异,从应力-应变层面推导了一套考虑挂线角钢和螺栓相对抗弯刚度比影响的螺栓群理论计算方法,计算方法能够较好地反映挂点螺栓群布置形式和荷载作用形式对螺栓群受力中和轴位置的影响,计算结果与数值模拟结果吻合良好,精度较传统多排螺栓节点计算方法有较大的提高,可以用于指导工程实践,对输电塔结构设计的发展具有重要意义。

输电塔塔脚板式靴板连接计算方法

依据钢结构设计原理和试验研究结论,推导了塔脚板式靴板的条带式悬臂梁计算方法,首次提出了靴板连接的设计方法,并通过数值模拟分析验证了计算假定的有效性;对输电铁塔结构设计中典型塔脚板式靴板连接的受力特性进行了研究,研究表明:下压荷载作用时,螺栓传递给靴板的压力呈一定扩散角扩散给塔脚底板,靴板传递给塔脚底板的压力呈十字条带分布;上拔荷载作用时,地螺对塔脚底板的上拔约束力近似相等,约束力分布在有效约束范围内。并结合实际工程数据进行了对比分析,理论计算方法较传统计算方法更加经济优化,具有一定的优越性,对输电塔基础连接设计具有指导性意义,推动了输电塔结构设计事业的发展。

山区输电线路全过程机械化施工设计方案研究

输电线路全过程机械化施工主要工序包括物料运输、基础施工、组塔施工、架线施工、接地敷设等。受地形及交通影响,山区输电线路推进全过程机械化施工存在一定困难。结合川渝三通道500 kV线路工程特点,对山区全过程机械化施工方案进行研究,并对现场实施情况进行总结。针对主要工序、子工序提出了设计优化措施,为同类地区实施全过程机械化施工提供借鉴参考。

高陡边坡地区输电线路设计对策研究

随着电网建设的快速发展,线路走廊日益紧张,尤其在西南山区,高陡边坡走线越来越普遍。由于铁塔传统的高低腿组合方式级差有限,高陡边坡往往立塔十分困难,塔位基面开方量大,边坡高度较大,施工和运行非常困难,塔位的安全运行亦存在一定的安全隐患。为解决高陡边坡对输电线路设计的不良影响,结合西南地区高陡边坡地区输电线路的设计经验,从铁塔设计、基础设计、环水保设计和运行维护四个方面展开了系统性研究,提出了相应的设计对策。

悬垂塔横担布置形式对铁塔受力性能的影响研究

基于结构力学基本原理研究了悬垂塔不同横担布置形式的受力机制,结合数值模拟分析系统地研究了悬垂塔横担不同布置形式下的受力性能,并通过数值模拟验证了理论推导的可靠性和有效性;研究表明:横担正面轮廓形式采用三角收尖布置较梯形收口布置更优,能减轻横担20%以上的重量,刚度不会明显降低,降幅在4%以内;横担底面采用三角收尖布置时,其重量较梯形收口布置减少10%左右,刚度降幅在2%以内;横担下平面端部开口时,下平面采用根部倒K布置较交叉布置重量减少2%左右,且变形最小。因此工程中推荐悬垂塔横担采用三角收尖布置,优化挂点构造,研究结论对工程实践具有指导性意义。

途径采动影响区特高压直流线路设计对策研究

特高压直流输电具有线路造价低、稳定性好、输送容量大等优点,是我国骨干电网的重要组成部分,但由于其输送距离长,途经各类不良地质区域多,需重点分析各类不良地质对线路的影响。分析了采动影响区对特高压直流线路的影响,结合工程建设经验,从勘察和设计方面提供了一些解决措施和处理方案,以期对后续设计提供参考。