CN103485572B - 悬索式加固换流站直流滤波器悬吊钢构架的方法及钢构架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种悬索式加固换流站直流滤波器悬吊钢构架的方法及钢构架，对现有运行中的换流站直流滤波器悬吊钢构架的安全性能进行分析评价，在钢构架顶部设置一根钢丝缆索，钢丝缆索与钢构架横梁之间通过钢丝绳相连，钢丝缆索两端锚固于地面。每根钢丝吊绳的受力值按拟定竖线载荷分担比例计算求得，钢丝缆索按一定的矢跨比和钢丝吊绳吊点受力进行找形分析和初始预应力计算。本发明提出的悬索式加固措施可以将钢构架的承载能力提高2.27倍，可大幅提高换流站直流滤波器悬吊钢构架的安全性能。避免钢构架横梁进一步下挠变形，确保结构不至发生承载失稳倒塌。
Description
技术领域
本发明涉及换流站钢结构加固技术,特别是一种悬索式加固换流站直流滤波器悬吊钢构架的方法及悬吊钢构架。
背景技术
换流站位于骨干联络输电线路的起端和终端，为电力能源的合理调配并保障其快速供给起到了至关重要的作用。直流滤波器为换流站的关键电气设备，其安全稳定运行是确保换流站正常工作的前提。直流滤波器悬吊方式在我国多个换流站采用，即将直流滤波器悬挂于钢结构横梁中部，直流滤波器通过绝缘子连接悬挂于钢结构横梁上，直流滤波器下端采用弹簧拉线系统将直流滤波器锚固与地面，起到防震减振的目的。钢构架横梁通过与门型钢结构立柱铰接连接达到荷载传递的目的。然而，由于直流滤波器本身结构自重大，承重的钢结构横梁中部较易出现垂直向下较大幅度的挠度变形，降低了换流设备的安全性能。对于这一问题，国内外对其加固方法处于空白阶段，同时由于换流站的停电周期非常短，一种快捷并不损伤结构本体的加固方法迫在眉睫。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术空白，提供一种悬索式加固换流站直流滤波器悬吊钢构架的方法及钢构架，提高悬吊钢构架的承载能力，改善悬吊钢构架的安全性能，避免悬吊刚构架横梁下挠变形，防止钢构架倒塌，提高换流站直流滤波器运行的安全等级，确保换流设备稳定可靠运行
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种悬索式加固换流站直流滤波器悬吊钢构架的方法，该方法为：
1）对换流站直流滤波器悬吊钢构架的安全性能进行安全评价；
2）利用有限元软件，计算得到换流站直流滤波器竖向载荷分担比例取值范围为8%~15%；
3）通过上述竖向载荷分担比例，求得钢丝吊绳的受力值；
4）采用初张力控制法，将钢丝缆索按1:10的矢跨比与所述钢丝吊绳的竖向受力值，进行有限元非线性找形分析；钢丝缆索找形的基本方法为非线性迭代分析法，先建立钢丝缆索的直线模型，然后在自重作用下采用非线性有限元进行迭代计算，根据计算结果适时调整线形，直至钢丝缆索内的应力值达到设计标准，此时对应的线形即为钢丝缆索的初始线形；在确定了钢丝缆索的初始线形后，进而计算钢丝缆索的初始预应力；
5）在换流站直流滤波器悬吊钢构架三个立柱顶部安装限位鞍座；
6）将钢丝缆索穿过所述限位鞍座，并在所述钢丝缆索上固定拉力传感器，利用卷扬机进行放线作业，将所述钢丝缆索两端分别拉伸到换流站直流滤波器悬吊钢构架两侧立柱的地面上，保证换流站直流滤波器悬吊钢构架两根横梁上的钢丝缆索线形与所述初始线形相同；
7）将所述钢丝缆索通过所述钢丝吊绳与换流站直流滤波器悬吊钢构架的横梁连接固定，并对两根横梁采用同步对称方法进行施工，即由两侧立柱向中间立柱方向进行对称施工，确保钢丝缆绳和钢结构受力均匀。
所述钢丝缆索两端与水平面之间的夹角均为45°～63°，优选夹角为60°，进一步改善受力性能。
所述拉力传感器距离地面高度为1.5～2m，方便人员操作。
所述钢丝缆索直径为100mm；预应力值为8.3MPa。
所述钢丝缆索与每根横梁之间均匀布置有9对共计18根所述钢丝吊绳；所述钢丝吊绳直径为20mm，初始预应力值为4.6MPa。
本发明还提供了一种悬索式换流站直流滤波器悬吊钢构架，包括中间立柱、左侧立柱和右侧立柱，所述中间立柱与所述左侧立柱、右侧立柱之间各通过一根横梁固定连接；还包括钢丝缆索；所述中间立柱、左侧立柱和右侧立柱顶部均固定有限位鞍座；所述钢丝缆索通过所述限位鞍座分别与所述中间立柱、左侧立柱、右侧立柱顶部固定连接,且所述钢丝缆索在所述横梁（4）上的部分成抛物线形，所述抛物线形矢跨比为1:10；所述钢丝缆索两端延伸并锚固在地面上，且所述钢丝缆索与水平面之间的夹角为45°～63°，优选夹角 为60°；所述钢丝缆索上固定有拉力传感器；所述钢丝缆索通过钢丝吊绳与所述横梁固定连接。
本发明所具有的有益效果为：本发明通过大量的现场实测以及仿真计算分析提出了一种经济可靠并且施工简便、不破坏现有结构的换流站直流滤波器悬吊钢构架加固方法，本发明的方法和悬吊钢结构可以将钢构架的承载能力提高2.27倍，大幅提高了换流站直流滤波器悬吊钢构架的安全性能；有效避免了钢构架横梁进一步下挠变形，确保悬吊钢结构不至发生承载失稳而倒塌；本发明设计独特，施工周期短，可应用于换流站直流滤波器悬吊钢构架的加固工程中。
附图说明
图1为换流站直流滤波器悬吊钢构架结构示意图；
图2为本发明一实施例悬吊钢构架主视图；
图3为本发明一实施例悬吊钢构架立体结构图；
图4为本发明一实施例限位鞍座示意图。
具体实施方式
本发明方法步骤如下：
对现有运行中的换流站直流滤波器悬吊钢构架的安全性能进行安全评价，根据安全评价在钢构架顶部设置一根悬索，悬索与钢构架横梁之间通过吊杆或钢丝绳相连，以提高钢构架横梁的承载能力和整体刚度。
对换流站直流滤波器悬吊钢构架进行安全评价。依据GB/T 50621-2010《钢结构现场检测技术标准》和GB 50144-2008《工业建筑可靠性鉴定标准》，对钢结构进行外观检查、钢材厚度测量、变形检测。在前期检测基础上，通过有限元力学计算，得出钢构架的受力状况，分析钢结构变形的原因，对构架的安全性进行评定。在安全评价的基础上，充分结合现场检测与有限元力学计算，综合评价，进而确定悬索式加固方式是否合理以及是否能提高承载能力的水平等级。
为分担钢构架横梁的承受荷载，横梁上部布置一根直径为100mm的钢丝缆索，钢丝缆索初始预应力值为8.3MPa。缆索与三个立柱采用竖向支撑并可以有相对滑动，缆索与每个横梁之间布置9对共计18根钢丝吊绳，缆索与钢丝吊绳组成悬索体系共同分担横梁所承受的竖向载荷。钢丝吊绳的直径为20mm，初始预应力值为4.6MPa。
首先按10%的竖向载荷分担比例计算求得每根钢丝吊绳的受力值。作为柔索结构，缆索线的初始构形对导线总体刚度的影响很大。导线找形的基本方法为非线性迭代分析法，并且依据迭代过程中控制目标的不同可以分为三种：缆索初张力控制；缆索垂度控制；缆索无应力长度。本发明采用初张力控制法，先建立缆索的直线模型，然后在自重作用下采用非线性有限元方法进行迭代计算，根据计算结果适时调整线形，直至缆索内的初张力达到设计标准（即钢丝缆索的应力值与钢丝缆索初始预应力值8.3MPa相等），此时对应的线形即为缆索在重力荷载下的初始线形。
缆索与地面锚固的夹角a的区间为45°～63°，优先选用60°夹角。
如图2和图3所示，本实施例中的悬吊钢构架包括中间立柱1、左侧立柱2和右侧立柱3，所述中间立柱1与所述左侧立柱2、右侧立柱3之间各通过一根横梁4固定连接；还包括钢丝缆索5；所述中间立柱1、左侧立柱2和右侧立柱3顶部均固定有限位鞍座；所述钢丝缆索5通过所述限位鞍座分别与所述中间立柱1、左侧立柱2、右侧立柱3顶部固定连接,且所述钢丝缆索在所述横梁4上的部分成抛物线形，所述抛物线形矢跨比为1:10；所述钢丝缆索5两端延伸并锚固在地面上，且所述钢丝缆索5与水平面之间的夹角为60°；所述钢丝缆索上固定有拉力传感器7，拉力传感器距地面高度为1.5～2m；所述钢丝缆索5通过钢丝吊绳6与所述横梁4固定连接。
本实施例中的限位鞍座示意图见图4，鞍座顶部开设有用于限制钢丝缆索竖向位移的弧形凹槽8。
Claims (10)
1.一种悬索式加固换流站直流滤波器悬吊钢构架的方法，换流站直流滤波器悬吊钢构架包括三个立柱，三个立柱通过两根横梁连接成一排；其特征在于，该方法为：
1）对换流站直流滤波器悬吊钢构架的安全性能进行安全评价；
2）利用有限元软件，计算得到换流站直流滤波器竖向载荷分担比例取值范围为8%~15%；
3）通过上述竖向载荷分担比例，求得需布置在所述横梁上的钢丝吊绳的受力值；
4）采用初张力控制法，将钢丝缆索按1:10的矢跨比与所述钢丝吊绳的竖向受力值进行有限元非线性找形分析；钢丝缆索找形方法为非线性迭代分析法，先建立钢丝缆索的直线模型，然后在自重作用下采用非线性有限元方法进行迭代计算，根据计算结果调整线形，直至钢丝缆索内的应力值达到设计要求，此时对应的线形即为钢丝缆索的初始线形；
5）在换流站直流滤波器悬吊钢构架三个立柱顶部安装限位鞍座；
6）将钢丝缆索穿过所述限位鞍座，并在所述钢丝缆索上固定拉力传感器，利用卷扬机进行放线作业，将所述钢丝缆索两端分别拉伸到换流站直流滤波器悬吊钢构架两侧立柱的地面上，保证换流站直流滤波器悬吊钢构架两根横梁上的钢丝缆索线形与所述初始线形相同；
7）将所述钢丝缆索通过所述钢丝吊绳与所述横梁连接固定，并对两根横梁采用同步对称方法进行施工，即由两侧立柱向中间立柱方向进行对称施工，确保钢丝缆绳和钢结构受力均匀。
2.根据权利要求1所述的悬索式加固换流站直流滤波器悬吊钢构架的方法，其特征在于，所述钢丝缆索两端与水平面之间的夹角均为45°～63°。
3.根据权利要求2所述的悬索式加固换流站直流滤波器悬吊钢构架的方法，其特征在于，所述夹角为60°。
4.根据权利要求1至3之一所述的悬索式加固换流站直流滤波器悬吊钢构架的方法，其特征在于，所述拉力传感器距离地面高度为1.5～2m。
5.根据权利要求4所述的悬索式加固换流站直流滤波器悬吊钢构架的方法，其特征在于，所述钢丝缆索直径为100mm。
6.根据权利要求5所述的悬索式加固换流站直流滤波器悬吊钢构架的方法，其特征在于，所述钢丝缆索初始预应力值为8.3MPa。
7.根据权利要求6所述的悬索式加固换流站直流滤波器悬吊钢构架的方法，其特征在于，所述钢丝缆索与每根横梁之间均匀布置有18根所述钢丝吊绳。
8.根据权利要求7所述的悬索式加固换流站直流滤波器悬吊钢构架的方法，其特征在于，所述钢丝吊绳直径为20mm，初始预应力值为4.6MPa。
9.一种悬索式换流站直流滤波器悬吊钢构架，包括中间立柱（1）、左侧立柱（2）和右侧立柱（3），所述中间立柱（1）与所述左侧立柱（2）、右侧立柱（3）之间各通过一根横梁（4）固定连接；其特征在于，还包括钢丝缆索（5）；所述中间立柱（1）、左侧立柱（2）和右侧立柱（3）顶部均固定有限位鞍座；所述钢丝缆索（5）通过所述限位鞍座分别与所述中间立柱（1）、左侧立柱（2）、右侧立柱（3）顶部固定连接,且所述钢丝缆索在所述横梁（4）上的部分成抛物线形，所述抛物线形矢跨比为1:10；所述钢丝缆索（5）两端延伸并锚固在地面上，且所述钢丝缆索（5）与水平面之间的夹角为45°～63°；所述钢丝缆索上固定有拉力传感器（7）；所述钢丝缆索（5）通过钢丝吊绳（6）与所述横梁（4）固定连接。
10.根据权利要求9所述的悬索式换流站直流滤波器悬吊钢构架，其特征在于，所述夹角为60°。
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