CN101614021A

CN101614021A - 力矩测试设备

Info

Publication number: CN101614021A
Application number: CN200810186419A
Authority: CN
Inventors: 吴基大; 金大洪; 咸庚沅; 金敬烈; 李庸禧; 金大鶴
Original assignee: Korea Electric Power Corp
Current assignee: Korea Electric Power Corp
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2009-12-30
Anticipated expiration: 2028-12-19
Also published as: CN101614021B; KR101008666B1; KR20100000337A

Abstract

本申请公开一种钢管支柱输电塔的基础力矩测试设备。所述设备可以通过沿水平或倾斜方向将载荷施加到地面上的突出结构的顶部，根据载荷和深度分析基础和地面的支撑性能，以获得与地面上的突出结构的力矩有关的量值，从而保证设计准确以及使用安全。

Description

力矩测试设备

技术领域

本发明涉及一种钢管支柱输电塔的基础力矩测试设备。更具体地，本发明涉及一种基础力矩测试设备，其可以通过沿水平或倾斜方向将载荷施加到地面上的突出结构的顶部，根据载荷和深度分析基础和地面的支撑性能，以获得与地面上的突出结构的力矩有关的量值，从而保证设计准确以及使用安全。

背景技术

随着电力需求上涨，高压传输线的建造一直在稳定增加。然而，在输电塔的基础和结构设计中占据大部分的格构塔基础，因建造面积大和尺寸大而存在建造成本高、森林采伐过度、修复成本高等问题。近年来，钢管支柱塔基础已广泛用作格构塔基础的替换物以及环境友好的塔基础。钢管支柱塔基础采用单个支墩以显著降低用于建造塔的场地面积，并在保证美观的同时还提供许多优点，诸如建造和修复成本降低、森林采伐最小以及类似优点。

图1是一幅图示施加到格构塔的外力的视图，其中，水平力、压力以及拉拔力(withdrawal force)施加到基础。大部分结构承受这些载荷的组合，所述载荷由相应测试方法测量。

图2示出作用在基础上的载荷，其中力矩和水平力组合为作用在所述基础上的主要载荷。

如图1所示，作用在具有格构基础的总体结构或输电塔上的主要载荷，包括竖直压缩载荷、竖直拉伸载荷以及侧向载荷。因此，压缩&竖直载荷测试、拉伸载荷测试以及侧向载荷测试用作测验地面稳定性的方法。

上述测试的测试标准已由美国测试与材料协会(ASTM)或类似组织制定和实施，并生效。根据(韩国)国内标准，已建立和使用了与桩竖直压缩测试有关的韩国标准(KS)。

然而，作用在诸如其基础在地面上突出的钢管支柱、与基础支柱整合的支墩等等结构上的主要载荷，不是竖直压缩载荷和侧向载荷或者竖直拉伸载荷，而是力矩载荷(见图2)。因此，必须优化此种结构的设计方法。为了优化设计钢管塔基础，数量上测试倾覆力矩的方法是必要的，但是来自ASTM、KS等的官方测试标准仅具有与总体独立基础的主要载荷诸如竖直载荷和水平载荷有关的测试标准。即，尚未建立为测试倾覆力矩而标准化的测试方法。

因此，需要一种通过施加外部载荷到结构的顶部来测试力矩的设备和方法，以根据作用在所述结构上的力矩来分析基础的支撑性能(behavior)。

发明内容

本发明致力于解决传统技术的上述问题，并且本发明的一方面是提供一种钢管输电塔的基础力矩测试设备，其可以通过引入力矩作为外部载荷根据作用在从地面突出的结构上的力来分析地面的支撑性能，基于作用在所述结构上的主要力是力矩的事实，这不同于总体结构，在基础测试中作用在所述总体结构上的主要力包括竖直载荷、水平载荷以及拉伸载荷。

根据本发明的一方面，提供一种钢管输电塔基础的力矩测试设备。该设备包括：拉伸装置，其具有连接到地面上的突出结构的顶部的一端和连接到牵引系统的另一端；牵引系统，提供水平力(载荷)，用于经由拉伸装置独自给结构施加力矩；应变仪，被安装在所述结构的桩内以根据深度和位置测量应变；以及控制器，控制所述设备的整体运行并基于由应变仪测得的水平力(载荷)来根据深度分析力矩。

所述设备还可以包括载荷单元，其测量施加到所述突出结构的顶部和所述拉伸装置耦合之部位上的载荷。

所述载荷单元可以测量牵引载荷，控制载荷的幅度，并且在由牵引系统牵引时控制载荷增加的速率。

所述设备还可以包括倾角仪，其根据深度测量水平性能；以及土壤压力单元，其根据深度和位置测量土壤压力作用。所述倾角仪以及所述土壤压力单元安装在所述结构的桩内。

所述控制器可以包括：牵引系统控制模块，其控制牵引系统施加水平力(载荷)；分析模块，其基于由应变仪、倾角仪以及土壤压力单元测得的值来分析力矩和地面性能；以及数据库(DB)模块，其存储在设计结构时的力矩、水平位移以及土壤压力。

所述分析模块可以根据深度将应变转换成应力，所述应变是在力矩因牵引系统而作用时在拉伸部分和压缩部分根据深度被应变仪所测量；再根据深度将应力转换成力矩；并且将力矩与设计该结构时的计算值作比较。

所述分析模块可以将在力矩作用时由倾角仪测得的水平位移与在检查结构设计时计算的水平位移作比较，并且通过使用由土壤压力单元根据深度和位置测得的数据作为实际土壤压力在每个力矩阶段检查侧向压力和地基反应系数来确定地面性能。

所述拉伸装置可以包括选自钢棒、钢丝以及绞合钢丝中的一种。

所述牵引系统可以包括液压缸或者绞盘。

所述拉伸装置可以沿两个或更多方向连接到在所述突出结构的顶部上的所述牵引系统。

所述设备还可以包括牵引板，其穿过所述结构并固定到所述结构以在所述突出结构的顶部和拉伸装置耦合的部位将拉伸引入所述结构的顶部。

附图说明

从以下结合附图给出的优选实施方案的描述，本发明的上述和其他方面、特征以及优点将变得显而易见，在所述附图中：

图1是一幅图示施加到格构塔的外力的视图，其中水平力、压力以及拉拔力施加到基础；

图2示出了作用在基础上的载荷，其中力矩和水平力组合作为作用在所述基础上的主要载荷；

图3a是根据本发明的实施方案的基础力矩测试设备的示意图，其中应变仪、土壤压力单元以及倾角仪安装在基础中，并且力施加到结构的顶部；

图3b是在图3a中示出的设备的框图；

图4至6是用于测试的设备的示意图；

图7至9是根据本发明的实施方案的测试设备的示意图；

图10和11示出钢筋混凝土基础的结构；以及

图12示出一种用于测量地面上测试体的暴露部分的位移的布置。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方案。

图3a是根据本发明的实施方案的基础力矩测试设备的示意图，其中应变仪、土壤压力单元以及倾角仪安装在基础中并且力施加到结构的顶部；图3b是在图3a中示出的设备的框图；图4至6是用于测试的设备的示意图；图7至9是根据本发明的实施方案的测试设备的示意图；图10和11示出钢筋混凝土基础的结构；以及图12示出一种用于测量地面上测试体的暴露部分的位移的布置。

参见图3至12，根据本发明的实施方案的一种钢管输电塔的基础力矩测试设备包括拉伸装置320，其具有连接到在地面上突出的结构的顶部的一端和连接到牵引系统330的另一端；牵引系统330，提供水平力(载荷)，用于经由拉伸装置320独自给结构10施加力矩；应变仪110，被安装在所述结构10的桩内以根据深度和位置测量应变；以及控制器20，控制所述设备的整体运行并根据深度基于由应变仪110测得的水平力(载荷)分析力矩。

所述设备还可以包括倾角仪120，其根据深度测量水平性能；以及土壤压力单元130，其根据深度和位置测量土壤压力作用。所述倾角仪120以及所述土壤压力单元安装在所述结构的桩内。

所述控制器20可以包括牵引系统控制模块210，其控制牵引系统330施加水平力(载荷)；分析模块220，其基于由应变仪110、倾角仪120以及土壤压力单元130测得的值来分析力矩和地面性能；以及数据库(DB)模块230，其存储在设计结构时的力矩、水平位移以及土壤压力。

在具有此构造的力矩测试设备中，控制器20的分析模块220通过根据深度将应变仪110对称安装在桩基础内的施力位置以及与所述施力位置相对的位置当力矩作用时在拉伸部分和压缩部分根据深度测量应变，根据深度将所测应变转换成应力，再根据深度将应力转换成力矩，并且将力矩与设计该结构时存储在DB模块230中的值作比较。

另外，倾角管安装在基础内，安装倾角仪120并且进行力矩测试以根据深度获得倾角。然后，基于所述倾斜角计算对应深度的水平位移，并且将所述水平位移与在检查设计时计算的并存储在DB模块230中的水平位移作比较。

此外，在建造基础时从力矩测试中根据深度和位置获得的土壤压力单元的数据用作实际土壤压力以在每个力矩阶段检查侧向压力、地基反应系数等。然后，综合并分析数据以确定地面性能。

图3a和3b中示出的牵引系统330利用液压缸或绞盘，并且具有足够的冲程以在地面钻孔或在执行对结构的毁坏时进行测试。牵引系统330和结构的顶部通过钢棒(拉伸棒或类似构件)或诸如钢丝、绞合钢丝的拉伸装置320连接起来。此外，在牵引系统330和结构的顶部之间设置载荷单元310以测量牵引载荷。在此，载荷单元310用于掌握载荷、控制载荷的幅度以及在牵引时控制载荷增加的速率。牵引系统330可以对应于牵引方法而改变，并且在水平牵引时可以包括边坡(bank)、明堑(open cut)、支撑板(bearing plate)等。

图3中示出单向的力矩测试。对于双向载荷，可以对称或沿实际施加力的方向布置牵引系统，以使得可以用多个牵引载荷进行测试。在钢管中，在结构的顶部的牵引板穿过并固定到钢管。如果所述结构像钢筋混凝土一样坚固，则可以考虑到受牵引部分来制造牵引板，或者可以单独给牵引板钻孔以具有受牵引部分。

根据本发明，可以根据介于地面和地面上的突出结构的基础之间的作用力矩来分析支撑性能，以使得可以保证与地面上的突出部分的力矩有关的设计准确和使用安全。

虽然已参照实施方案和附图描述了本发明，但是对本领域普通技术人员来说显而易见的是，实施方案是作为说明而给出的，并且可以进行各种改进和等效的实施方案，而不脱离本发明的主旨和范围。因此，本发明的范围应仅由附属的权利要求限定。

Claims

1.一种钢管输电塔基础的力矩测试设备，该设备包括：

拉伸装置，具有连接到从地面突出的结构的顶部的一端，和连接到牵引系统的另一端；

牵引系统，提供水平力(载荷)，用于经由所述拉伸装置独自给所述结构施加力矩；

应变仪，被安装在所述结构的桩内以根据深度和位置测量应变；以及

控制器，控制所述设备的整体运行，并基于由所述应变仪测得的水平力(载荷)来根据深度分析力矩。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括：

载荷单元，其测量施加到所述突出结构的顶部和所述拉伸装置耦合之部位上的载荷。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述载荷单元测量牵引载荷，控制载荷的幅度，并且在由牵引系统牵引时控制载荷增加的速率。

4.根据权利要求1所述的设备，还包括：

倾角仪，根据深度测量水平性能；以及

土壤压力单元，根据深度和位置测量土壤压力作用，

所述倾角仪以及所述土壤压力单元安装在所述结构的桩内。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述控制器包括：

牵引系统控制模块，其控制牵引系统施加水平力(载荷)；

分析模块，其基于由所述应变仪、倾角仪以及土壤压力单元测得的值来分析力矩和地面性能；以及

数据库(DB)模块，其存储在设计所述结构时的力矩、水平位移以及土壤压力。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述分析模块根据深度将应变转换成应力，所述应变是在力矩因牵引系统而作用时在拉伸部分和压缩部分根据深度被应变仪所测量；再根据深度将应力转换成力矩；以及将力矩与设计所述结构时所计算的值作比较。

7.根据权利要求5所述的设备，其中所述分析模块将在力矩作用时由倾角仪测得的水平位移与在检查所述结构的设计时计算的水平位移作比较，并且通过使用由土壤压力单元根据位置和深度测得的数据作为实际土壤压力在每个力矩阶段检查侧向压力和地基反应系数来确定地面性能。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述拉伸装置包括选自钢棒、钢丝以及绞合钢丝中的一种。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述牵引系统包括液压缸或者绞盘。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述拉伸装置在所述突出结构的顶部上沿两个或更多方向连接到所述牵引系统。

11.根据权利要求1所述的设备，还包括牵引板，其穿过所述结构并固定到所述结构以在所述突出结构的顶部和拉伸装置耦合的部位将拉伸引入所述结构的顶部。