Brief Introduction to High Tower Structure Design for Large Crossing

This paper is a summary to introduce thehigh tower structure design. These towers areapproximately 100 m high for large rivercrossing projects on 220 kV and 500 kVdesigned by the East China Electric PowerDesign lnstitute (ECEPDI) since 1958.The paper also introduces thecharacteristics, technical and economicparameters of the four typical towersdesigned by ECEPDI such as the concretechimney-type tower, steel tubular tower,guyed tower and compound angle steel tower.

基于主材防屈曲的输电塔新型抗风加固方法研究

输电塔属于高柔结构,风致响应敏感。主材角钢作为输电塔的主要构件,其承载能力特别是受压抗失稳能力是影响输电塔抗风性能的主要因素。以提高主材角钢受压状态下的防屈曲能力为目的,兼顾考虑降低开螺栓孔对原主材的损伤,提出一种新型加固方法。并通过对6个足尺角钢构件进行加载试验,检验该新型方案的加固效果;分析不同加固参数对提升主材性能的影响;采用有限元方法对试验进行数值模拟,确立合理的有限元建模方法,为输电塔整塔加固方案设计提供依据。结果表明:该方案能够大幅提高构件的抗压承载力,并有效改善构件的延性;端部螺栓数目对加固效果影响明显;确定了抱箍间距的合理取值;拼接副主材的应力滞后对加固效果基本没有影响。

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。

输电塔角钢并联加固构件承载力试验研究及理论分析

为满足输电结构持久安全运行,在不破坏原有角钢截面造成截面削弱的前提下,提出了2种基于构件并联的无损加固措施;通过未加固、加固角钢轴压试验和有限元仿真计算,得到了各试件的荷载-位移曲线与荷载-竖向应变曲线,分析了试件的破坏机制与加固机理并基于参数分析明晰了角钢强度、抱箍连接件数量、抱箍连接件长度、构件长细比等因素对承载力的影响;基于弯曲、扭转、弯扭屈曲临界力计算方法提出了基于构件并联的修正承载力计算公式,并验证了修正承载力计算公式的有效性。结果表明:未加固角钢易发生弯扭失稳破坏,加固方案通过增大截面抗弯刚度和改变组合构件的失稳形态,提高了极限承载力并改善了失稳后的刚度与变形性能;有限元模型可有效反映构件破坏形式,主材角钢强度提高能增强承载力但对变形能力无影响,抱箍连接件对加固后性能无明显影响,长细比与加固效率呈正相关;推导的弯扭失稳临界力计算理论便于计算加固构件极限承载力,有利于推广无损并联加固措施。

输电塔角钢构件加固性能试验与有限元对比研究

为研究不同加固方式对输电塔角钢主构件极限承载力的影响,给老旧角钢输电塔加固提供技术支持。提出针对输电塔主材夹具式和穿孔式2种加固形式,分别通过静载试验和参数化有限元模拟,研究不同加固方式、加固位置、连接件间距等参数下加固构件的破坏形态、承载力大小以及加固效果,并分析构件加固机理。研究结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合良好,极限承载力和破坏形态与试验结果相近;加固改变原构件的破坏形态,从整体失稳转变为局部失稳;加固构件两端连接,承载力提高约7%~8%,而增加中间连接后其加固效果比两端连接提升1倍。2种加固方式均能有效提高构件承载力,中间位置增设连接件可使承载力提高更为显著。

输电线路角钢塔加劲肋倾斜角度对塔脚板受力性能的影响研究

现有架空输电线路杆塔结构的规程规范未明确角钢塔塔脚板加劲肋倾斜角度布置要求,通常按习惯和经验设定。依托500 kV交流及±800 kV特高压直流输电线路工程铁塔,通过有限元数值方法研究了单主材四地螺、单主材八地螺和双主材八地螺塔脚板在加劲肋不同倾斜角度下的受力性能。研究结果表明,加劲肋倾斜角度的改变对四地螺塔脚板的影响较小,但是对八地螺塔脚板影响相对较大。所研究成果对架空输电线路角钢塔塔脚板计算和制图都有一定的指导作用。

空间异型双塔斜拉桥设计关键问题研究

北海西村港跨海大桥为38.9+70+238+70+38.9=455.8m双塔混合梁斜拉桥,空间双索面布置。桥塔为四根塔柱的宝石型空间异形混凝土塔。由于桥塔及拉索在顺桥横桥方向均有较大角度变化,对设计和施工提出较高要求。本文主要阐述大倾角斜塔、钢锚箱、主梁等构件设计的关键问题,以资借鉴参考。

输电铁塔用钢及其焊接技术

介绍了输电铁塔用角钢、直缝焊管、带颈法兰的现状及存在问题,讨论了钢管塔焊接主要连接形式以及钢管塔制造中的焊接特点和薄壁管对接焊缝的超声波检测技术。

特高压角钢铁塔无源干扰计算的三维面模型

为更准确地计算特高压输电线路对各类无线台站的无源干扰防护距离,提出建立单基角钢铁塔无源干扰三维面模型的方法。依据输电线路无源干扰的线、面电场积分方程,分析已有铁塔线模型的等效依据和高频段误差增大的原因。为保证铁塔感应电流的连续性,有效体现角钢的局部特征,提出基于三角面元的铁塔有(无)辅材的三维面模型。选择RWG(rao-wilton-gisson)基函数和伽略金检验,采用矩量法计算铁塔面模型无源干扰水平,并与线模型计算结果进行比较。结果表明,随着计算频率的增高,铁塔线模型与面模型的计算结果变化趋势相同,数值差异逐渐增大。如以0.1 dB为偏差允许值,建议在16.7 MHz以上频率采用更能模拟实际情况的特高压铁塔面模型。

输电铁塔用角钢的应用及低温服役性能研究

随着中国超特高压输变电工程的迅速发展，输电铁塔用钢的强度等级与发达国家的差距正逐步缩小。然而，国内由于低温引起的倒塔事件却时有发生，铁塔用钢的低温服役能力问题越来越受到关注。该文阐述了输电铁塔用钢的低温服役能力及应用现状，对中国输电铁塔用角钢Q235、Q345及Q420抽样进行室温拉伸和低温冲击性能测试，研究了-75～25℃温度区间角钢的韧脆转变趋势。结果表明：3种角钢的拉伸性能均达到GB／T1591-2008要求；冲击功均随温度升高而增加，Q235及Q345的冲击韧性较好，分别在一5和一15℃时平均冲击功达到34J；Q420在试验温度区间内一直处于脆断状态，25℃冲击功仍小于30J。

台风风场下角钢塔风振特性风洞试验研究

按照相似准则,设计制作了精细的角钢输电塔气弹模型,基于过境台风气象资料和台风风场模型确定了工程所在地区的风场参数,并进行了B类风场和台风风场的测振对比试验,研究了台风风场作用下角钢塔的风振特性。试验结果表明:两类风场作用下,角钢塔的风振特性基本相似,各风向角下除了塔身整体双向弯曲振动外,还伴随了较明显的塔头扭转振动,导致各工况下横担端部测点的加速度响应约为相近高度塔身的1.56～2.45倍,因此长横担角钢输电塔的风致扭转振动值得注意;相比B类风场,台风风场的高湍流特性导致顺风向风振响应增大明显,为B类风场的1.3～1.6倍,但横风向风振响应增大并不明显,这也说明横风向风振响应主要与结构本身特征湍流相关,与来流的湍流度相关性较弱。

电力铁塔角钢镀锌层在NaCl介质中的腐蚀行为研究

采用Tafel直线外推法、加速腐蚀试验,研究了角钢镀锌层在NaCl溶液中的腐蚀行为,利用SEM和XRD表征角钢镀锌层的腐蚀形貌及腐蚀产物。结果表明:随着NaCl溶液温度和浓度升高,角钢镀锌层腐蚀电流密度增大;加速腐蚀试验的产物可阻碍Cl-腐蚀,使得角钢锌层的腐蚀速率随试验时间的延长而减小;锌层的氧浓差腐蚀为慢腐蚀过程,不易形成"蚀坑",而Zn-Fe构成原电池的腐蚀为快腐蚀,易造成表面的"蚀坑";锌层白色腐蚀产物主要是Zn5(OH8)Cl2.H2O。

输电钢管塔体型系数风洞试验研究

对1 000 kV淮南—上海特高压输电线路钢管塔(SZT2塔)的塔身和横担模型进行了高频测力天平风洞试验,得到了作用在模型上的平均风荷载和体型系数。试验结果表明:15°、75°是对输电钢管塔的最不利风向角;对于输电钢管塔塔身和横担,钢管杆件体型系数分别取为0.80、0.85能满足设计要求。

长横担输电塔风致薄弱部位及加强措施

以沿海地区某220kV长横担角钢输电塔为原型,通过气弹模型风洞试验考察结构的气动失稳趋势及薄弱部位,结合数值分析研究抗风加强措施.塔头部位由于不利的气固耦合效应,在高风速下出现了较明显的弯扭耦合振动现象;塔身下部长斜材在风振激励下,产生局部振动,面外位移增大,易引发构件的压弯破坏.分别采取增强塔头斜材和增设横隔面等措施对原结构进行抗风加强设计.后续试验结果和理论计算均表明:加强横担之间的斜材对减小塔头扭转振动的效果明显;在长斜材节段处增设横隔面可以抑制局部振型的提前出现,有效地降低斜材的压弯应力,从而提高整塔的极限承载能力.

输电铁塔用Q460角钢低温断裂韧性研究

采用三点弯曲试验,研究了输电铁塔用Q460角钢在低温下的断裂韧性。不同钢厂、不同规格Q460角钢的试验结果表明,温度越低,厚度对CTOD值影响越大,且厚度的增加会降低钢材韧性,促使钢结构更容易发生脆断。不同批次的Q460角钢,常规力学性能和断裂韧性有较大差别,且角钢的屈服强度对断裂韧性有一定影响,为此,应控制高强角钢屈服强度的上限。

输电铁塔冷弯角钢构件轴心受压承载力分析及试验研究

输电线路铁塔应用冷弯型钢,可以提高输电铁塔设计水平,降低钢材用量。文章结合输电铁塔的结构特点,选取不同截面、长细比的冷弯角钢构件进行轴心受压承载力试验和有限元分析,得到了输电铁塔用冷弯角钢轴心受压构件的荷载-应变发展规律和极限承载力,并与现行设计规范承载力计算值进行了对比。分析结果表明,现行规范体系不适合我国输电铁塔冷弯型钢轴心受压构件的强度设计。通过对试验和理论分析结果进行拟合,确定了输电铁塔冷弯型钢轴心受压构件稳定系数曲线,提出了输电铁塔冷弯型钢构件承载力计算的修正意见。

1000kV角钢塔地震模拟振动台试验研究

为分析地震作用下1 000 kV特高压角钢输电塔动力反应特点以及导、地线质量对该塔架结构动力反应的影响,开展地震模拟振动台试验。选取4种不同类型的地震动输入,针对单塔及单塔悬挂集中质量进行8度烈度水准下的动力反应测试。试验结果表明:该型输电塔悬挂集中质量块后顺线路方向自振频率降低了2%,横线路方向自振频率降低了17%。对于绝缘子采用V型悬挂方式的杆塔结构,在计算塔动力特性时,垂直线路方向需考虑绝缘子连接方式及导线质量的影响。因该型输电塔结构横担较长,高宽比较小,地震反应有显著空间耦合性,地震作用下结构的扭转反应较易激起。总体而言,导线质量对输电塔抗震是有利的,塔线体系动力分析时考虑导线质量的影响将会更加真实地估计结构杆件内力。

钢管角钢组合塔变坡节点承载力研究

为研究钢管角钢组合塔变坡节点特性，对2个相同尺寸、不同加载方式的变坡节点进行静力足尺试验，对受力性能、承载力和破坏模式的分析研究表明，节点破坏模式均为受压端节点板平面外失稳，说明节点板是薄弱区域。采用有限元软件ABAQUS建立三维实体模型，对影响变坡节点承载力的主要因素进行参数分析，结果表明，在一定范嗣内，节点承载力随节点板厚度的增大而提高，节点板厚度每增加2mm，承载力提高5％-9％，当厚度增加到一定限度。承载力提高30％左右，节点板得到充分利用。

大宽厚比Q420角钢轴压构件稳定性能试验研究

通过对75根大宽厚比Q420高强度等边角钢的轴压试验,研究了该类构件的稳定性能,总结了其失稳变形特征,并将其稳定承载力与我国电力行业标准的设计值进行对比分析。研究表明两端铰接的Q420高强度等边角钢中长柱呈弯扭失稳,短柱呈局部屈曲;轴压柱的稳定设计折减系数的试验值高于规范计算值,并与构件的长细比有直接关系,针对这一关系提出了修正公式。试验结果说明Q420高强度等边角钢的屈曲强度比普通强度角钢提高很多。研究成果为高强度角钢轴压构件的稳定设计提供了前提条件,并为已有设计方法的修正提供了建议和依据,有利于我国Q420高强度角钢在输电铁塔结构中的应用。

角钢塔K形节点弯矩-转角曲线研究

为研究特高压角钢输电塔K形节点的弯矩-转角关系,进行了5个足尺的节点试验。试验结果表明:此类节点通常因连接主角钢和节点板的螺栓被剪断而达到极限弯矩。参数分析表明:在其他条件相同的情况下,螺栓个数对节点的极限弯矩和初始转动刚度影响很大;此类节点的形状系数的分布范围为1.97～2.10,绝大部分集中在2附近。并拟合出以上各参数的计算公式。对比表明,Kishi-Chen幂函数模型能够较准确地反映此类节点的弯矩-转角关系。