輸電塔結構八地腳螺栓塔座板的抗拉承載力試驗與計算方法研究

彭昆　鄧甜

【摘??要】近年來，輸電工程趨向高電壓、大容量、多回路，輸電強增加，輸電塔承受的荷載不斷的增加，對于塔腳的強度要求也在不斷的提升，四地腳螺栓已經無法滿足高強度工程的要求，八地腳螺栓的應用性較強，應用范圍也在不斷的擴大。但八地腳螺栓搭腳板承載力的計算公式不夠完全，不能夠對于八地腳螺栓的抗拉承載力進行精準的計算，對輸電塔建設工程不利。本文主要對于八地腳螺栓的抗壓承載力進行了分析，并提出了八地腳螺栓的搭座板建議公式。通過與實驗結果的比對，發現文章提出的公式和實現結過吻合，能夠實現規范設計和整理。

【關鍵詞】輸電塔;八地腳螺栓;抗拉承載力

近年來隨著電力行業的不斷進步，我國人民生活對于電力的需求不斷的增加，輸電線路逐漸向著大容量、高電壓、多回路方面發展，罪屬于輸電塔結構具有著較高的要求。搭腳板是輸電塔中非常基礎和重要的構件，隨著人們對于輸電塔要求的提升，承載的電荷也在不斷的增加，而傳統的四地腳螺栓對于電荷的承載能力不夠，現階段八地腳螺栓搭座板由于更能適應大荷載而被廣泛的應用。

八地腳螺栓分為兩種，柔性板和剛性板。柔性板相對來說構造較為簡單，焊縫較少，剛性板剛度更強，受力較為均勻，不易產生形變。

由于國外地廣人稀，人口不豐盛，對于電壓等級的要求不高，因此，對于大電量、高電壓、多回路的塔座板應用較少，因此研究較少，在國外文獻中國也難以找到相關的內容。國內相關的研究也是剛剛起步，關于地腳螺栓塔座板在輸電線塔中的應用理論尚不完善。盡管相關學者對八地腳螺栓塔座板的承載力進行了預測，并提出了相關的公式，但仍舊存在問題：首先，研究沒有考慮搭腳板螺栓孔位對八地腳螺栓塔座板承載力具有影響。其次，對于螺栓受力情況在八地腳螺栓搭座板承載力的影響忽略不計。

本文針對這兩點對公式產生了合理的質疑，并從這兩點出發對八地腳螺栓的承載力進行了研究。并提出了八地腳螺栓塔座板的計算公式。

1八地腳螺栓搭座板承載力試驗

1.1實驗目的

取得八地腳螺栓塔座板不同的構型與受力特征，得到實際的抗拉承載力。

1.2實驗的裝置

研究了主要對搭腳板幾何參數進行了變化，考慮變量對于搭腳板承載力的影響，包括：板厚變化，螺栓孔位置變化、加勁板尺寸變化等因素。

實驗裝置包括：實驗樣本、連接裝置、加載裝置以及反力裝置。實驗過程為：通過加載裝置以及反力裝置的共同作用力，對試驗樣品的水平拉力進行測試。

圖1加載裝置示意圖

1.3加載制度

實驗采用過程分級制度，主要分為三個階段：一、實驗前十級，每級取理論極限荷載的百分之五，穩定加載三十秒，并對荷載數和位移數進行記錄。二、在十級以后的每一級別都只需增加極限荷載的百分之三，穩定加載三十秒后，對于荷載書和位移數進行記錄。三、在達到理論極限荷載的百分之八十五以后，可以每次增加20kN的荷載，直到實驗樣本性能發生不穩定，出現試件位移、應變片不能夠自動卸荷的情況。在進行第三段加載實驗之前，為保證時間各部分的接觸良好，要進行預加載。

1.5實驗結果

1.5.1實驗破壞過程分析

輸電塔破壞的過程中分為三個時期。初期，塔座板的變形程度處于彈性階段，其底座與加勁板的形變隨著荷載的增加而增加，若這是荷載減少或不持續增加，不會繼續形變。而在荷載持續增加的過程中，各個測點的應變發展加快，出現了拐點，塔座板發生變形。如果持續增加荷載，將會達到其極限承載力，導致塔座板的徹底損壞。

通過實驗能夠發現，當底板比較薄時，形變較大。讓底板較厚時，形變比較不明顯。

1.5.2承載力確定

試件的破壞過程有規律可循，具有累積性，是漸進式而非脆性破壞的。換言之，塔座板的變形隨著荷載的增加而增加，在這個過程中，材料應變也在不斷地變化，分別經歷了彈性階段、塑料性階段，最后達到極限承載力。在工程中，盡量選擇厚度較大的底板、螺栓孔較為靠近靴板、加勁板適當加長，都有助于提升輸電塔的承載力。

2八地腳螺栓塔座板的承載力的計算方法

2.1分析方法

我們能夠簡化塔座板的承載力計算方式，運用等效梁來進行計算。等效時可以假定為彈性工作狀態，或者彈塑性甚至全塑性狀態，從而通過公式進行承載力的計算。當按照彈性承載力進行計算的過程中，底板的厚度較大時，形變較小，這是比較適用于不希望產生撬力的場合。當按照塑性承載力發展進行計算的過程中，應當把撬力計入，底板比較薄，形變相對較大。

基于彈性分析法具有保守性，而塑性分析法具有可行性，能夠分析并得出利用屈服線法的踏腳板承載力計算公式，主要分為理論和實際兩個方面：在理論上，構件的破壞模式為線性塑性鉸，在幾何協調方程的基礎上，對于構件充分發生塑性屈服極限狀態進行分析，并獲得相應的抗壓承載力。在實際過程中，工程設計中還需要考慮安全儲備的設計。根據現實問題對設計進行合理的更正，例如，將塑性極限彎矩換成彈性極限彎矩。[1]

2.2八地腳螺栓塔座板底板厚度建議公式

八地腳螺栓的厚度建議需要考慮各種因素的影響，包括屈服線轉角：

2.3建議公式、規范和試驗結果

通過對本文得出的建議公式、《架空輸電線電路桿它結構設計技術規定》與實驗結果進行對比，可以看出嗎，運用規范的結構過于保守，并不適用經濟考量，主要原因包括：僅考慮彈性階段、忽略了地板厚度的影響、以及不能夠完全的考量塔座板底座的應力狀態。通過對實際生過的結合我們能夠發現，按照現行的桂規范涉及相對的保守，本文所提出的設計充分的考量了螺栓孔位置、加勁板以及地腳螺栓的承載力，運用了屈服線法，基于塑性分析，彈性設計的思路，以及考慮到了安全儲備因素提出了公式，結合結果來說，具有更好的經濟實用性。

3結論

本文通過對八地腳螺栓塔座板進行抗拉承載力的實驗，得到了八地腳螺栓塔座板抗拉承載力的計算公式。此公式相對于《架空輸電線電路桿它結構設計技術規定》得出的公式具有更好的經濟實用性，能夠為現行八地腳螺栓塔設計提供準確的數字分析和理論基礎，有利于我國的電力建設的發展。

參考文獻：

[1]劉俊卿，袁紅麗，文凡，王學明，薛曉敏.輸電塔結構八地腳螺栓塔座板的抗拉承載力試驗與計算方法研究[J].土木工程學報，2019，52（07）：48-56.

（作者單位：1.中國電建集團江西省電力設計院有限公司;2.江西建設職業技術學院）