不同螺栓等级下共享铁塔挂载连接件承载性能研究

为研究螺栓等级对挂载连接件承载性能的影响,选取了4.8级普通螺栓(KL-4.8)与8.8级摩擦型高强螺栓(KL-8.8)连接的挂载连接件进行静力试验研究。采用ABAQUS有限元分析软件对其受力性能进行模拟,使用可靠的数值模型系统分析螺栓等级和螺栓直径对连接件承载性能的影响。结果表明:在水平荷载作用下,两种不同螺栓等级连接的挂载连接件节点处均未出现滑移;两种连接件的破坏模式基本一致,左右两侧方钢管底部及右侧方钢管顶部均出现断裂;KL-8.8的整体刚度、极限承载能力以及变形能力均高于KL-4.8;当采用4.8级普通螺栓连接且承载力低于74.13 kN时,螺栓直径不宜小于18 mm,否则螺栓杆会发生剪切变形;当采用8.8级和10.9级高强螺栓连接时,双板件连接处节点偏于刚性连接,挂载连接件的整体刚度和极限荷载主要取决于方刚管、挂载铁杆等其他部件;挂载连接件在承载过程中通过双板件与主材之间的摩擦力和螺栓抗剪来抵抗外载,实际工程中应根据挂载重量合理选择螺栓参数。

输电铁塔装配式基础抗剪键连接的剪切性能

预制构件连接方法及其界面剪切性能影响整个输电铁塔装配式基础的受力和变形.针对螺栓连接易松动、变形大之类的问题,提出采用高强灌浆料灌注成形的十字形抗剪键作为输电铁塔装配式基础连接方案.采用室内剪切试验和数值模拟,研究该抗剪键连接的剪切性能,并与常用的螺栓连接进行对比分析.结果表明:十字形抗剪键剪切破坏模式为剪断型脆性破坏,破坏形态表现为以抗剪键为中心向外略有扩展成菱形.和螺栓连接相比,抗剪键连接的剪切强度略低,但剪切刚度显著提高.浇筑过程中灌浆料外溢对界面抗剪强度有提高作用.抗剪键的抗剪性能与灌浆料强度正相关,但提高灌浆料强度对抗剪性能提升并不明显.抗剪键深度对抗剪性能有影响,但在抗剪键深度超过20 mm后,抗剪键的抗剪性能不再提高.根据剪切试验和数值模拟结果,建议十字形抗剪键设计为长200 mm、宽20 mm、深20 mm.

共享铁塔单/双挂载连接件承载性能研究

为研究挂载数量对挂载连接件承载能力和刚度的影响,设计了单挂载与双挂载两种挂载连接件。通过单调拟静力试验研究挂载连接件的承载能力、刚度及其破坏模式,采用有限元软件分析了螺栓直径、钢管宽度、双板件厚度、抗滑移系数和螺栓预紧力对单/双挂载连接件承载力和刚度的影响。结果表明:单/双挂载连接件的破坏模式均为钢管底部加劲肋处断裂,双挂载连接件的极限承载力和初始刚度相比于单挂载连接件分别增加了108.48%和104.27%,可通过加强钢管的上下端部提高连接件的承载力;当抗滑移系数小于等于0.1时,单挂载连接件出现滑移破坏,当抗滑移系数小于等于0.15时,双挂载连接件出现滑移破坏,在其他参数下连接件均未出现滑移破坏;相比于螺栓预紧力和抗滑移系数,螺栓直径、钢管宽度和双板件厚度对连接件的承载力和刚度影响更大;推导出的连接件极限承载力和极限位移计算公式可为同类工程设计提供参考。

钢管间距对共享铁塔挂载连接件承载性能影响分析

共享铁塔是指在输电铁塔上加装通信平台,实现电力和通信的资源共享.为满足挂载高度和输电塔杆系分布的需求,可通过具有不同钢管间距的挂载连接件实现通讯设备与输电塔的相互连接.为研究不同钢管间距下挂载连接件的初始刚度、承载性能及破坏机制,设计制作了三个挂载连接件试件,并利用数值模拟建立模型进行了拓展分析.分析结果表明:各部件可整体协同变形,试件最终的破坏模式均为钢管于底部加劲肋或顶部端板处断裂,挂载连接件的变形形态受钢管间距影响较为明显,其塑性承载能力和初始刚度随间距的增大而减小,极限位移则随钢管间距的增大而增大.所提出的挂载连接件屈服荷载及位移的计算公式,可为同类的工程设计提供参考.

GFRP布无损加固输电铁塔角钢受力性能研究

针对现役输电铁塔在覆冰、风荷载、边坡变形等作用下可能存在承载力不足的问题,研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)布无损加固铁塔角钢的受力性能。首先,利用文献中的物理试验对加固钢材数值试验方法进行验证;其次,以铁塔角钢为研究对象,基于验证的数值试验方法建立72组有限元分析模型,探讨长细比、GFRP布粘贴层数、粘贴长度等因素对角钢极限承载力的影响;最后,推导并改进GFRP布角钢复合构件理论承载力计算方法。结果表明:不同长细比对构件极限承载力影响较大,当角钢长细比大于70时,加固后的承载力提升不明显;增加GFRP布粘贴层数,角钢承载力大幅提升,粘贴8层GFRP布的承载力提升率最高达41.03%;柱中GFRP布粘贴长度为75%与粘贴长度为100%的角钢极限承载力相比提升不大,仅为0.27%~2.10%;对推导的GFRP布角钢复合构件理论承载力计算方法引入修正系数后,数值试验与理论计算值相对误差缩小至-2.70%~1.77%,有效提升理论解计算精度。在对现役铁塔加固时,只需对角钢全长的75%粘贴6~8层GFRP布进行加固,且对于长细比λ≤70的角钢加固效果更好。

保持细节特征的输电铁塔三维网格模型轻量化算法

针对输电铁塔三维网格模型简化后出现模型细节特征大量缺失的问题,以QEM算法为基础,提出了一种保持细节特征的输电铁塔三维网格模型轻量化算法。该算法首先确定了输电铁塔三维网格模型中的细节特征定义,然后提出了输电铁塔细节特征提取策略,并且引入细节特征显著因子和顶点近似曲率因子对QEM算法中的简化代价进行优化。实验结果表明,优化后的算法可以有效保留输电铁塔三维网格模型的重要几何特征和细节特征,避免了简化后模型出现大面积的特征缺失问题,并且相较于普通QEM算法,优化后的算法所简化的模型在最大误差、平均误差和均方差上分别至少下降了39.77%、10.64%和64.99%,实现了输电铁塔三维网格模型的高质量轻量化。

铁路隧道爆破对临近特高压铁塔的振动影响研究

为研究隧道爆破开挖对临近既有特高压铁塔的影响,本文采用现场试验和数值模拟相结合的方法,对铁塔塔基的振动速度进行研究,并且详细讨论了爆心距与振动速度峰值的关系。通过数据拟合,得出本工程条件下隧道爆破质点的振动传播规律及衰减公式。结果表明:塔基的振动速度峰值随爆源与塔基距离的接近而增大,在爆心距为0 m时出现最大振速;竖直方向的振速普遍高于水平方向的振速;三座铁塔最大轴应力均出现在塔基处,最大轴应力随铁塔高度的增加而逐渐减小。数值模拟结果与现场试验结果相近,研究可为实际工程提供参考依据。

面向输电线路铁塔组立施工承力系统安全检测的力传感器设计

现阶段,输电线路铁塔组立工艺在承力系统吊装施工过程中,安全措施主要依赖施工人员的施工经验、人工监测以及视频监控等方式,严重缺乏直观可视的保障手段;在针对施工过程受力检测方案中,缺少适配范围广,安装简便,与现有工艺结合性强的设备。为解决上述问题,在铁塔组立吊装过程中,选择抱杆、钢丝绳和卸扣主要承力部件作为检测对象,检测包括抱杆姿态、钢丝绳张力和姿态、卸扣所受拉力和姿态等数据;与传统串联型力传感器相比,该文在不改变钢丝绳外在结构的情况下,依靠绳索端固定的卸扣实现准确的力感知;针对D型卸扣设计可包覆、可拆卸专用的触感单元支架,然后通过受力分析与仿真,得到施力下的力敏感区域,并将应变片贴置于力敏感区域。最后通过仿真与实验,证明该文设计的力传感器能够实现输电线路铁塔组立施工承力检测。

碳纤维加固输电铁塔角钢有效性分析

以输电铁塔受损角钢为研究对象,借鉴国内外碳纤维增强复合材料(CFRP)加固修复技术,提出采用碳纤维布加固铁塔角钢的方法。该方法采用胶黏剂将碳纤维布粘贴至角钢表面进行加固,加固过程中不会对角钢产生二次损伤,且流程简便,实用性强。通过建立组合结构数值分析模型,研究碳纤维布加固厚度、加固层数、铺层角度和加固方式对组合构件加固效果的影响。结果表明:使用碳纤维布加固角钢对长细比较大构件承载力的相对提高程度会增大;当采用四层铺设厚度共为0.668 mm的碳纤维布时,对角钢极限承载力的提升基本可以满足加固需求;碳纤维布各铺层角度沿角钢轴心受压方向均采用0°方向进行铺设时,可以最大化加固效果;结合经济性考虑,对角钢进行中包加固方式效果要优于全包加固效果。

输电铁塔主材内力与基础水平位移关系式的研究

铁塔基础在遭遇地质灾害的情况下会发生垂直和水平位移;相比于水平位移,人们多关注基础垂直位移对塔构件内力的影响,但水平位移对杆件内力影响同样不可忽略,研究输电铁塔基础水平位移与铁塔安全性的关系具有重要意义。为了推导基础水平位移与铁塔主材内力的解析式,运用梁和杆的刚度等效方法和能量法,给出了单腿水平位移作用下四个塔腿承受弯矩的比例关系,推导出主材在第一横格面处的最大弯矩,通过简化模型推导出单腿基础水平位移作用下铁塔各塔腿主材最大轴力表达式,并通过有限元计算对最大轴力表达式进行修正。输电铁塔受上部荷载在主材中主要产生轴向拉(压)应力,而基础水平位移主要产生弯矩应力。本文给出的主材内力与塔腿位移表达式可作为输电线路塔腿基础发生水平位移后铁塔的安全评估的依据。

特高压铁塔组立过程中异形构件吊装方案研究

为给特高压输电铁塔施工组立过程中异形构件吊装方案的制定提供技术支持,以某大跨越单回路酒杯型跨越塔为研究对象,采用结构分析软件Tekla Structure对铁塔的部分异形构件进行建模,计算异形构件的重心位置,提出异形构件的吊装方案。为验证方案的可行性,利用ANSYS软件进行有限元分析。分析结果表明,构件拆分后配重处钢管强度符合要求,吊装方案安全可行,该方案可提升铁塔施工组立的效率,确保施工安全,为特高压输电铁塔异形构件吊装方案的制定提供参考。

输电角钢铁塔试验与有限元分析对比方法研究

目前,国内设计研究人员进行了大量的真型铁塔试验,但这些试验大多侧重于对铁塔整体进行承载能力的验证,而对主要受力构件在试验加载情况下的实测内力与理论计算内力进行对比分析的不多,并且在已有的对比分析文献中,构件的试验结果与有限元分析计算结果出入较大的情况比较多。有鉴于此,本文对铁塔主要受力构件进行了理论计算与试验结果的对比方法研究,分析了不同类型构件应力、应变的分布特点,提出了换算内力对比法,将试验应变实测值换算成试验内力值,与有限元分析的理论计算内力值进行对比,得出了较为满意的结果。这一方法对于提升试验成果应用价值,帮助设计人员深刻认识结构传力途径,进一步优化结构设计具有重要意义。

“双碳”导向共享铁塔塔型研究

电力和通信共享同一铁塔可有效减少碳排放,有助于实现“碳中和、碳达峰”目标。通过深入分析通信设备安装、天线挂高、电力安全距离、电力输送等需求,提出了2种110 kV输电线路共享铁塔技术方案。基于质量、基底力及塔顶位移等指标的分析表明,2种方案均可满足通信及电力运维要求,而采用通信平台上置共享铁塔具有更好的经济性。基于需求能力比指标(DCR)开展结构优化计算,优化后塔型的总重减少了14.4%。

不同空间相关函数对铁塔风振系数的影响

空间相关函数是描述空间两点脉动风荷载在频域上的相关程度,国内外学者基于实测数据给出了几种不同的空间相关函数,我国规范采用了Shiotani相关函数进行风荷载分析计算,由于其未考虑高度的影响,在计算分析高度不是很高的一般输电线路铁塔时有较强的实用性,但是对于大跨越高塔,有低估脉动风振系数的可能性。本文采用不同脉动相关函数对不同高度铁塔进行分析计算,结果表明,随着高度的增加,与考虑高度影响的相关函数相比,Shiotani计算所得风振系数在塔头段偏低3%~11%,全塔加权值偏低3%~5.5%左右,因此在设计大跨越高塔时,建议适当考虑高度对空间相关系数的影响。

500 kV输电铁塔力学失效分析和失效预测研究

针对中国南方地区典型覆冰线路,采用有限元仿真方法建立了500 kV输电铁塔的仿真模型,开展了不均匀覆冰下不同覆冰厚度和不同风速等工况的力学特性分析,统计得到铁塔的薄弱点位置规律。基于薄弱点构件的轴向应力和节点位移,开展输电铁塔力学失效分析,并通过基于BP神经网络的输电铁塔力学失效预测方法研究,实现对输电铁塔最大轴向应力和节点位移的预测。结果表明:相同风速和基本冰厚下,长、短档距侧冰厚值相差越大,薄弱点构件轴向应力和节点位移值越大;随着覆冰厚度的增加,风速对节点位移的影响更大;相同冰风荷载下,长档距侧重覆冰对轴向应力和节点位移的影响要大于短档距侧重覆冰;不均匀覆冰工况下,500 kV输电铁塔的薄弱点位置主要分布在输电铁塔塔头地线支架处、上下曲臂连接处、瓶颈处以及铁塔的塔身处。该预测方法可以实现对其最大轴向应力和节点位移的有效预测,为重冰区输电铁塔的失效预测提供了参考。

浅埋超大直径双圆顶管侧穿高压铁塔桩基预加固方案

以深圳市铁岗-石岩水库水质保障工程2#顶管侧穿王洋Ⅰ线N14高压铁塔为背景,对浅埋超大直径双圆顶管侧穿高压铁塔桩基预加固方案进行系统研究。提出管幕支护、“管幕支护+钻孔灌注咬合桩+旋喷桩”、“管幕支护+微型桩+旋喷桩”3种预加固方案,通过MIDAS/GTS建立数值模型,分析3种方案加固效果。结果表明:方案一加固效果不理想;方案二加固效果明显提升,对桩基沉降最为显著,较方案一降低53%;采用方案三,塔基整体沉降、水平、纵向位移及相邻桩基沉降差较方案二分别减少42%、20%、16%及19%,更能有效控制桩基稳定;加固后,塔基最大沉降为5.49 mm,最大水平位移为3.99 mm,最大纵向位移为2.28 mm,相邻塔基最大差异沉降为0.95 mm,基础最大局部倾斜为0.03%,均满足施工控制标准。方案三加固技术能较好地控制铁塔桩基沉降,保证高压铁塔的安全和正常使用,可为类似工程提供借鉴。

特高压输电线路铁塔制件热镀锌工艺管理

国内电压等级超过1000kV以上的输电线路铁塔,被列为国家电力持续提升高输电容量和远距离输送电的重点发展方向。国家电网对铁塔钢制构件热镀锌镀层提出了技术要求,为满足技术要求,文章在热镀锌工艺上针对Q420C钢材高硅和磷元素对热镀锌质量的影响,采用低温镀锌、在锌液中添加铝、镍稀土合金等措施,在酸洗除锈、溶剂助镀参数、锌液净化等方面均做了一些创新。该工艺能够满足特高压输电线路铁塔及构件的热镀锌质量要求和国家电网DL/T5300及DL/T5236评定规程有关要求。

超高输电铁塔的气动噪声特性研究

超高输电铁塔在保障居民日常生活和工业生产中起到了重要作用,由于极高的高度,其在风荷载作用下产生的气动噪声问题不容忽视。本文针对超高输电铁塔气动噪声扰民的问题,建立了其计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)计算模型,采用标准k-ε湍流方程进行稳态初场的计算,并在此基础上采用大涡模拟方法与声类比方法进行瞬态流场计算及气动噪声计算,分析流场的流动特性及气动噪声特性。结果表明,4根主纵梁以及电梯井的左右两侧具有强烈的压力脉动,是主要的气动噪声源,其最大值出现在电梯井顶端区域;各虚拟测点的总声压级沿高度先增加后减小,总声压级沿高度的变化由风速与输电铁塔自身结构尺度参数共同控制;通过声成像测量方法确定了声源的在塔身中部以上、横担以下的位置,验证了仿真结果的正确性;声压级与风速的峰值出现的时刻基本吻合,输电铁塔风致噪声与风速存在着强相关性。本文的研究结论对于超高输电塔气动噪声特性的研究和输电塔的降噪设计具有指导意义。

厚煤区采动影响下电视信号塔调平纠偏技术应用研究

为解决煤厚变化区域地表移动变形造成广播电视信号铁塔基础沉降、塔身变形甚至失稳倾覆,影响电视信号铁塔正常安全运行、降低煤炭资源采出率的问题,对白坪煤业公司13031工作面地表电视信号铁塔进行了动态保护加固技术,在对地表移动和铁塔变形计算分析和现场监测的基础上,试验应用了铁塔地基精准注浆加固技术和动态调平保护技术,在铁塔基础及周边布置钻孔进行渗透注浆加固,提高地基强度、补偿地基下沉;改造固定铁塔基础为高度可调式基础,当铁塔基础倾斜度接近5 mm/m,及时通过塔基高度调节系统控制四个塔基高度,降低塔基倾斜变形。现场应用结果表明,13031工作面距电视信号铁塔中心-200~+180 m范围,出现塔基倾斜度2次大于4 mm/m,及时采用塔基动态调平装置对四个铁塔基础进行调平,工作面采动影响地表变形活动期铁塔倾斜度均小于许可上限5 mm/m,工作面回采期间广播电视信号铁塔正常安全运行。

基于机器视觉的铁塔钢结构锈蚀检测技术

为了提升铁塔钢结构锈蚀检测的效率和质量,本文提出了一种基于机器视觉的检测方法。首先,分析铁塔钢结构图像锈蚀区域和其他区域的不同,提出直方图检测的原理。其次,通过腐蚀和膨胀运算,提出基于形态学的锈蚀区域检测方法。在试验过程中,将形态学方法和边缘检测方法相结合,对铁塔钢结构的3类锈蚀区域进行有效检测,包括点状锈蚀、带状锈蚀和块状锈蚀。