500kV雙回內窗目字型鐵塔真型試驗方案淺析

郭文星 周軍 韋波 葉敏

摘要： 為了驗證新型500kV雙回內窗目字型鐵塔結構的可靠性，必須進行鐵塔真型試驗，制定真型試驗方案。本文對500kV雙回內窗目字型鐵塔真型試驗方案制定過程進行簡要敘述。

關鍵詞： 500kV雙回;內窗目字型;鐵塔真型試驗

前言：

在與高速公路、高速鐵路共用走廊地段建設高壓線的難度很大，為了解決這一工程難題，規劃設計了一種新型500kV雙回內窗目字型鐵塔，鐵塔型式見圖1。雙回內窗目字型鐵塔導線采取塔窗內排列形式，每層橫擔水平布置兩相導線，分三層布置。主要受力構件選用Q345/Q420鋼管，鋼管采用剛性法蘭/插板進行連接。

一、500kV雙回內窗目字型鐵塔真型試驗的必要性

500kV雙回內窗目字型鐵塔缺乏設計、加工制造經驗。根據《DL/T5154-2012架空輸電線路鐵塔結構設計技術規定》1.0.6條：鐵塔結構設計采用新理論、新材料或新結構型式，當缺乏實踐經驗時，應經過試驗驗證。另外，該類新型鐵塔用于高速公路、高速鐵路共用走廊地段，鐵塔對鐵路和公路的倒塔距離一般無法滿足規范要求的“鐵塔全高+3.1m”。由于新塔型的可靠性直接關系到鐵路、公路、電網的運行安全，鐵塔真型試驗是驗證鐵塔結構可靠性的必要手段，所以進行雙回內窗目字型鐵塔真型試驗十分有必要。

真型試驗主要為達到以下幾個目的：

1）通過試驗檢驗塔型結構設計成果的安全可靠性;

2）通過試驗檢驗結構布置形式及節點構造處理是否合理，檢驗實際受力情況下的傳力結果與理論設計是否一致;

3）通過試驗檢驗輸電塔在各工況荷載作用下的整體/局部的變形、位移情況與理論設計是否一致。

二、鐵塔真型試驗一般過程及要求

鐵塔真型試驗大致可分為試驗規劃階段、試驗準備階段、試驗加載測試以及試驗資料整理分析與總結四個階段。

2.1 試驗規劃階段

鐵塔真型試驗是一項細致復雜的工作，任何疏忽大意都可能影響試驗的正常進行，甚至影響試驗結果或導致試驗失敗或危機人身安全。因此，應做好試驗的具體規劃。

先要簽訂試驗委托協議，明確試驗的目的。委托方在試驗鐵塔交付前的約定時間內向試驗站提供試驗技術要求，主要包括：

1）試驗的氣象條件。

2）試驗鐵塔的組裝結構圖。

3）試驗鐵塔裝配或拆卸的要求、螺栓緊固程度的要求。

4）試驗鐵塔的最大基礎作用力，基礎的水平誤差和試驗鐵塔垂直誤差的要求。

5）插接式部件應施加的額定力、插接長度及誤差的要求等。

6）試驗各工況荷載掛點的準確位置及各點施加的設計荷載。

7）應變片的位置或方向、撓度測點位置等。

8）試驗中拍攝試驗鐵塔圖像資料的位置等內容。

鐵塔試驗站根據委托方提供的技術要求編制試驗方案，主要包括：

1）試驗日期和安排。

2）基礎鋼梁、加荷繩索的布置形式;附加裝置如試驗底座或高低腿的圖紙等。

3）施加荷載的方法，如加載制度、荷載圖式、加載設備、最后級別荷載的持續時間等。

4）測量要求，包括觀測項目、測點布置、儀表的選擇與標定、儀表的布置、應變的布置等，并根據試驗目的和測量項目制定觀測記錄表格。

5）應變片的位置和方向（如果需要），荷載、撓度、應變等的測量誤差。

6）安全措施。

7）試驗進度與組織管理。

2.2 試驗準備階段

試驗準備階段是將規劃階段確定的被試塔按要求在鐵塔廠進行加工制作，并運輸到試驗站進行安裝與就位，并將變測點、位移觀測點按試驗方案布置妥當，將標定合格的測試儀表安裝就位，加荷繩和附加裝置布置完畢，并進行相應的連線、連機調試工作。

填制詳細的加載制度表格，準備各種記錄表格。

2.3 試驗加載階段

按試驗規劃階段和試驗準備階段確定的加載制度進行正式加載試驗，填寫各種測量測試結果，保留圖像記錄。

桿塔真型試驗的主要控制工況施加荷載的級別一般按設計荷載的

50%、75%、90%、95%和100%進行加載。對需進行超載破壞性試驗的工況，其荷載達到設計荷載的100%后，再按5%的級差加至破壞。

2.4 試驗資料整理分析與總結

按試驗目的和要求，對試驗原始資料進行歸類整理，對試驗數據進行分析處理，編制試驗測試報告。試驗報告主要包括以下內容：

1）試驗依據的標準、試驗站通過審查認可和計量認證的證書編號。

2）試驗日期和試驗地點，試驗桿塔名稱、類型和簡要描述。

3）試驗桿塔加工和/或組裝圖紙清單，試驗桿塔修改記錄。

4）組裝方法和安裝測量方法，組裝期間遇到的所有異常和問題的記錄，委托方采取矯正措施的記錄。

5）試驗條件的簡單描述，包括力傳感器的數量、位置、加載方式

撓度測點的數量、位置、測量方法等。

6）加荷繩布置圖，各試驗工況、各加荷級別所有加荷點的加荷值。

7）相關測量設備的校準記錄、撓度測量記錄、應變測量記錄。

8）破壞情況下，破壞前施加于試驗桿塔的最大荷載、破壞情況的描述。

9）試驗前、試驗中和試驗后試驗鐵塔的整體照片，如果試驗鐵塔發生破壞，破壞處的特寫照片。

10）試驗結論。

三、鐵塔真型試驗原理及方法

3.1 鐵塔真型試驗原理

根據荷載等效原理，通過液壓荷載加載裝置串聯拉力傳感器，按照試驗分級要求，逐步將X、Y、Z三個方向的荷載施加在真型試驗塔指定的荷載作用點上，模擬輸電塔在現實條件的受荷條件，從而達到檢驗設計成果的目的。

3.2 雙回內窗目字形鐵塔真型試驗工況的確定

本次進行真型試驗的雙回內窗目字形塔總共有96種組合工況，經過計算分析，挑選其中10種主要控制工況組合作為真型試驗工況，具體如下。

3.3 雙回內窗目字形塔真型試驗方法

分工況按相應步驟進行加荷：

1）第1、第3～第10工況分別按0%-50%-70%-90%-95%-100%-0%的步驟進行加載;

2）第2工況按0%-50%-70%-90%-95%-100%-105%-110%-0%的步驟進行加載。

每級加載完成須停留2分鐘后再觀測和記錄，觀測和記錄完成后方可進行下一步驟。

觀測方法：在桿塔的45°角方向設置一臺全站儀，分別測得桿塔各監測點位移值;采用應變測量儀，監測真型塔各應力監測點應力變化情況。

四、雙回內窗目字形塔真型試驗結果

雙回內窗目字形塔順利通過鐵塔驗證性試驗。在進行鐵塔破壞性試驗時，上部塔窗與下部塔身的連接節點最先出現破壞，為了提高該類型鐵塔的可靠度，后續將對真型試驗過程中的數據進行詳細分析，制定相應的節點優化設計方案。

參考文獻

[1] 電力工程高壓送電線路設計手冊（第2版）[M].中國電力出版社，2002.

[2] DL/T5154-2012 架空輸電線路桿塔結構設計技術規定 [S]. 2012.

[3] GB50017-2017 鋼結構設計標準 [S]. 2017.

[4] 喻明志，龍小樂，鮑務均. 輸電桿塔結構受力線性及非線性設計分析[J].山東電力技術，1998.

[5] 傅春蘅. 我國500kV輸電線路塔型設計的回顧與展望[J].電力建設，1994.

[6] 傅春蘅. 高壓輸電線路鐵塔結構設計幾點分析[J].電力建設，2003.

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