CN103424312A - 一种测量塔架荷载的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测量塔架荷载的方法，所述塔架为桁架结构，其中使用设有传感器的加荷绳进行所述测量；所述方法包括以下步骤：确定挂点；分解荷载；确定挂点处的所述加荷绳和所述塔架轴线间的夹角；确定所述加荷绳路径并布置所述传感器；加载。通过本发明的方法，既能满足室内进行塔架实验的条件，又能充分利用室内的空间，实现了挂点发生空间三维位移时的即时加载问题，更逼近工程杆件和节点构造受力的实际工况。

Description

一种测量塔架荷载的方法

技术领域

本发明属于输电线路杆塔试验领域，特别是一种用于室内输电铁塔模型的结构试验测量方法。

背景技术

输电塔架由若干钢结构组合而成，为了研究其中某个结构的承载能力或者强度，需要对塔架进行结构试验，由于这类试验比较频繁，在室外做试验条件艰苦，且容易受外界环境的影响，如雨、雪、气温、腐蚀等，而室内进行试验能很好的减小这些影响；对于高度较高或承载力大的塔架，受试验室空间小和加载设备位置固定的限制，加载缸很难直接对塔架施加荷载。

单杆件或部件试验不能真实反映杆件或节点在杆塔的真实受力特性，比如采用单杆件试验时十字双拼角钢主材的不均匀受力无法模拟，较好的方法是真型塔试验或模拟塔架试验；而真型塔是按工程设计图纸实际加工的杆塔，加工和试验成本大，其空间和加载要求高，不能在室内试验。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于室内输电铁塔模型的结构试验测量方法。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种测量塔架荷载的方法，所述塔架为桁架结构，其中使用设有传感器的加荷绳进行所述测量；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A.确定挂点；

B.分解荷载；

C.确定挂点处的所述加荷绳和所述塔架轴线间的夹角；

D.确定所述加荷绳路径并布置所述传感器；

E.加载。

优选地，所述桁架结构的塔架整体呈干字型或上字型，包括自上而下连接的塔头、塔身和塔腿；所述塔头和塔身由若干杆件通过螺栓拼接而成，所述塔腿由若干钢板焊接而成；所述杆件包括单根等边角钢或组合角钢；其特征在于，所述方法包括：划定待测的杆件或节点，确定其尺寸，并模拟出所述塔架。

优选地，所述挂点设于所述塔架竖直向的最高点。

优选地，于所述加荷绳上设置载荷分解装置；所述载荷分解装置的两端分别设有孔；所述载荷分解装置一端的所述孔数目为一；所述加荷绳通过所述孔与该装置连接；所述步骤B包括：分解超过加载缸的加载力的荷载，该荷载F用下式表达：

$\left\{\begin{array}{c}F=F_1\cos \mathrm{\θ}+F_2+F_3\cos \mathrm{\θ}\\ F_1\sin \mathrm{\θ}=F_3\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.$

式中：F₁、F₂和F₃表示不同加载缸的加载力，F₂与所述加载缸的出力方向在竖直方向上共面，F₁、F₃与F₂的夹角均为θ。

优选地，所述加荷绳两端分别连接所述挂点和所述加载缸，并穿过水平转向滑轮和竖直转向滑轮以固定所述加荷绳的路径；所述竖直转向滑轮设于反力墙和地基上。

优选地，所述夹角为0～60度。

优选地，所述传感器设于所述加荷绳的末端，位于滑轮和所述塔架的挂点之间，其受力轴线与所述加荷绳的轴线重合；所述步骤D包括：布置应变片，所述应变片沿待测杆件轴线方向环向设置。

优选地，所述加载由所述加载缸完成，包括分级加载，每次加载量为一定比例的破坏荷载；所述破坏荷载由塔架计算软件得出。

优选地，所述应变片设置于待测节点上。

优选地，确定所述所述杆件或节点的尺寸包括：通过增大长细比或减小截面规格以降低所述杆件或节点的承载力。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明方法利用结构试验室的建筑布置和加载系统布置，可在室内完成塔架实验，将实验需要的大荷载分解成几个在加载缸量程内的小荷载来完成，通过转向滑轮能够保证荷载的大小和方向准确；该方法既能满足室内进行塔架实验的条件，又能充分利用室内的空间，实现了挂点发生空间三维位移时的即时加载问题，更逼近工程杆件和节点构造受力的实际工况。

附图说明

图1是本发明纵向加载布置主视图；

图2是本发明纵向加载布置俯视图；

图3是本发明水平转向滑轮示意图；

图4是本发明竖直转向滑轮示意图；

图5是本发明载荷分解装置示意图；

其中，1-待测的杆件或节点结构，2-塔架，3-挂点，4-横向加载反力墙，5-纵向加载反力墙，6-力传感器，7-竖直转向滑轮，8-水平转向滑轮，9-加载缸，10-加载钢丝绳b段，11-载荷分解装置，12-加载钢丝绳a段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的测量方法包括以下部分：

（1）确定模拟塔架

先确定被研究的杆件或节点，组建模拟塔架，模拟塔架由若干的杆件和节点组成，设计时通过增大长细比或减小截面规格来降低被测杆件或节点的承载力，使被研究的杆件或节点承载力成为相对于整体塔架其它部位较弱的部位，从而在实验的过程中先发生破坏。塔架的腿部固定在反力地基上，塔架相对于纵向加载反力墙和横向加载反力墙的位置根据挂点的位置进行调整。

（2）荷载设计

将某挂点实验时需要的载荷进行分解，加载缸的出力方式如下式所示：

$\left\{\begin{array}{c}F=F_1\cos \mathrm{\θ}+F_2+F_3\cos \mathrm{\θ}\\ F_1\sin \mathrm{\θ}=F_3\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.$

式中：F₁、F₂和F₃表示不同加载缸的加载力，F₂与所述加载缸的出力方向在竖直方向上共面，F₁、F₃与F₂的夹角均为θ。

（3）加载绳布置

根据铁塔受力情况来选择挂点的位置，挂点一般在塔架顶部的两个端角上；确定挂点处的所述加荷绳和所述塔架轴线间的夹角；确定所述加荷绳路径。

如图1所示，荷载分解装置将加荷绳分为a、b两段。将加a段固定在挂点上，然后通过剪力墙上的竖向转向滑轮和反力地基上的荷载分解装置的一端连接；荷载分解装置的另一端连接加荷绳的b段，该段加荷绳通过水平转向装置和竖直转向装置固定路径，并与加载缸连接。

（4）应变片和传感器的布置

于靠近挂点的地方布置传感器，以避免各滑轮与加荷绳之间的摩擦力对塔架挂点荷载的影响。

如果待测的对象是杆件，就在杆件的表面沿轴线方向1/4,1/2,3/4处环向各贴不少于4个应变片，如果待测的对象是节点，就在节点上布置相当数量的应变片。

（5）加载过程

实验时根据设计结果进行加载，采用现有铁塔计算软件得出塔架整体的破坏荷载，然后采取分级加载的方法，每次加载量为一定比例的破坏荷载，从破坏荷载的0～5%～10%～…～95%～100%～105%～…，依次加载，直至被测杆件或节点发生破坏；实验时，加载缸做收缩运动，拉动加荷绳传递荷载，各加载缸的加荷绳通过竖向转向装置改变加荷绳的方向，加荷绳将液压缸的拉力集中在荷载分解装置的一端，然后将荷载传给与荷载分解装置相连接的另外一段加荷绳，加荷绳的传感器能够准确测出挂点处的荷载。当挂点处受力时，各处杆件和节点都会受力，整个塔架也发生变形；由于被测杆件和节点处的承载力相对于整体塔架其它部位较低而先发生破坏。此时由应变仪得出个应变片的读数，即得到破坏时被测杆件的承载力或者节点结构的应力分布。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种测量塔架荷载的方法，所述塔架为桁架结构，其中使用设有传感器的加荷绳进行所述测量；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A.确定挂点；

B.分解荷载；

C.确定挂点处的所述加荷绳和所述塔架轴线间的夹角；

D.确定所述加荷绳路径并布置所述传感器；

E.加载。

2.如权利要求1所述的方法，所述桁架结构的塔架整体呈干字型或上字型，包括自上而下连接的塔头、塔身和塔腿；所述塔头和塔身由若干杆件通过螺栓拼接而成，所述塔腿由若干钢板焊接而成；所述杆件包括单根等边角钢或组合角钢；其特征在于，所述方法包括：划定待测的杆件或节点，确定其尺寸，并模拟出所述塔架。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述挂点设于所述塔架竖直向的最高点。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：于所述加荷绳上设置载荷分解装置；所述载荷分解装置的两端分别设有孔；所述载荷分解装置一端的所述孔数目为一；所述加荷绳通过所述孔与该装置连接；所述步骤B包括：分解超过加载缸的加载力的荷载，该荷载F用下式表达：

$\left\{\begin{array}{c}F=F_1\cos \mathrm{\θ}+F_2+F_3\cos \mathrm{\θ}\\ F_1\sin \mathrm{\θ}=F_3\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right.$

式中：F₁、F₂和F₃表示不同加载缸的加载力，F₂与所述加载缸的出力方向在竖直方向上共面，F₁、F₃与F₂的夹角均为θ。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加荷绳两端分别连接所述挂点和所述加载缸，并穿过水平转向滑轮和竖直转向滑轮以固定所述加荷绳的路径；所述竖直转向滑轮设于反力墙和地基上。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述夹角为0～60度。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器设于所述加荷绳的末端，位于滑轮和所述塔架的挂点之间，其受力轴线与所述加荷绳的轴线重合；所述步骤D包括：布置应变片，所述应变片沿待测杆件轴线方向环向设置。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加载由所述加载缸完成，包括分级加载，每次加载量为一定比例的破坏荷载；所述破坏荷载由塔架计算软件得出。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述应变片设置于待测节点上。

10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述所述杆件或节点的尺寸包括：通过增大长细比或减小截面规格以降低所述杆件或节点的承载力。

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