輸電線路鐵塔輔助材研究

于學玉

(四川電力設計咨詢有限責任公司，四川成都610016)

1 理論分析

輸電線路鐵塔設計中，經(jīng)常通過增加輔助材支撐，減少受壓構件自由長度，以提高其承載能力。

以壓桿兩分為例，中間輔助材支撐相當于一個彈性支座，如果它的彈簧剛度很弱，則所起的作用不大，不能把主材承載能力提高很多。因此，必須對輔助材所應具有的剛度做出分析，使之能起剛性支座的作用。當支撐剛度足夠而桿屈曲時，桿軸線呈一個全波，如圖1(a)中虛線所示。在計算中取圖1(b)的簡圖，設彈簧支座有無窮小的壓縮量d，桿件在彈性支座處的反彎點相當于一個鉸。對此取矩，可得

因此

圖1 單支撐點變形

當在壓桿三分點加兩個輔助材支撐時，屈曲時呈三個半波，計算簡圖有兩種不同的可能圖形，即兩個彈簧向同一方向壓縮(圖2b)和向相反方向壓縮(圖2c)。仍設彈簧剛度為k，并有無限小的壓縮量d，計算得這兩種情況分別為

顯然，輔助材剛度應至少達到式(4)所給的值，否則不可能實現(xiàn)把壓桿計算長度由3L減少到L的目的。

圖2 雙支撐點變形

依次推算，當把壓桿分成長度為L的N個等段，則彈簧剛度應至少為

畫成曲線如圖3，可以看出理想壓桿輔助材所需剛度隨主材分段數(shù)增加而增大，當N無限增大時，kL/N趨近于4。

圖3 支撐所需剛度與主材分段的關系

2 試驗分析

輸電線路鐵塔主材，雖然不是理想壓桿，但其輔助材受力規(guī)律應與理想壓桿類似。為進一步摸清輸電線路鐵塔輔助材受力規(guī)律，選用220 kV雙回路直線塔SZ801進行了真型試驗。

鐵塔輔助材應變片編號如圖4所示，應變測量采用數(shù)據(jù)采集儀。雙回路直線塔SZ801通過了12個工況的設計荷載測試，其中最后一個工況(控制鐵塔主材)超載至120%，鐵塔未破壞。

圖4 SZ801鐵塔輔助材應變片布置

最后一個工況(控制鐵塔主材)，從0%到120%逐級加載過程中，鐵塔輔助材各應變片的應變值(uε)列表如下。

表1 鐵塔輔助材應變值

續(xù)表1

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)可計算出各輔助材在主材支撐點處的合力最大值，以及該支撐力與鐵塔主材內力的比值，如表2。

表2 鐵塔輔助材與主材的力

由表2可以看出，輔助材支撐力與鐵塔主材內力的比值，在二分、三分、四分、七分情況下最大值分別為0.0072、0.0081、0.0114、0.0183。可見輔助材支撐力與鐵塔主材內力的比值，隨主材分段數(shù)增加而增大，與前面論述的輔助材剛度隨主材分段數(shù)增加而增大吻合。

《架空送電線路桿塔結構設計技術規(guī)定》(以下簡稱《規(guī)定》)中規(guī)定鐵塔輔助材的承載能力一般不低于所支撐主力內力的2%。通過表2可以看出，鐵塔主材三分及以下時，輔助材支撐力不足主力內力的1%，只有當主材七分時，輔助材支撐力才接近《規(guī)定》中的數(shù)值。因此當鐵塔主材三分及以下時，輔助材內力按照《規(guī)定》計算是偏于保守的，建議按照主力內力的1.5%計算，鐵塔主材四分及以上按照《規(guī)定》計算是合理的。

3 結論及建議

(1)理想壓桿輔助材所需剛度隨主材分段數(shù)增加而增大。

(2)鐵塔輔助材支撐力與塔身主材內力的比值，隨主材分段數(shù)增加而增大。

(3)鐵塔輔助材內力按照《架空送電線路桿塔結構設計技術規(guī)定》計算是偏于保守的，建議主材三分及以下時按照主力內力的1.5%計算，主材四分及以上按照主力內力的2%計算。