CN103883154A - 输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法，针对ZGU2（7727）110千伏双回路直线塔型，采用焊接方式在原构件表面焊接贴覆新角钢对角钢塔塔腿进行加固，避免了现有角钢塔塔腿加固方法存在的缺点；新增加的角钢通过焊接连接的方式直接同原构件连接在一起，形成牢固的冶金结合，无需进行开孔处理，避免了开孔造成的强度减弱隐患，提高了加固安全性。采用焊接连接技术，加固角钢和原角钢为冶金结合，避免了螺栓传力造成的二次受力现象，可最大限度提高加固效果。本加固方法采用了焊接搭接技术，并合理选择异形板来连接加固主材同塔腿靴板，使得加固角钢易于布置。
Description
技术领域
本发明涉及一种输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法。
背景技术
架空输电将输电导线用绝缘子和金具架设在杆塔之上，从而使导线对地面和建筑物保持一定的距离。同电缆送电相比，架空输电具有投资少、维护检修方便的优点，因此获得了广泛应用。对于电压等级较高的架空线路一般选择荷载承受能力强，占地面积小，服役寿命长的铁塔作为支持物。然而由于部分型式的老旧线路存在设计缺陷，在设计时存在承受风载以及抗覆冰能力差的缺点，在使用过程中出现倒塔事故，需进行加固处理。
以ZGU2（7727）110千伏双回路直线塔型为例，该塔型广泛应用于2005年以前线路设计。2005年国家电网输电线路典型设计出版后，该塔型已不作推荐使用。由于ZGU2塔型的塔材尺寸设计余度不足，在极端天气条件下容易造成铁塔倾覆，带来严重的安全隐患，因此需进行加固处理。
塔腿部分位于铁塔的最下部，塔腿的上端与塔身连接，下段与基础连接，在铁塔结构中，塔腿部分受力最大，因此从满足强度，稳定性和变形要求方面，对铁塔塔腿进行加固是提高铁塔整体性能至关重要的环节。
现有的技术采用螺栓并联角钢的增大截面技术，即在原构件的侧面通过连接板及螺栓并联一根新的同规格角钢，形成新的组合截面构件，进而提高结构的承载能力。然而采用这种加固方法进行铁塔塔腿加固，存在以下缺点：
（1）采用螺栓将加固角钢同原塔材并联的方法加固塔腿，需要在原角钢主材以及铁塔的靴板上开大量螺栓孔，不仅工艺复杂，而且开孔造成的强度减弱也成为安全隐患。
（2）目前角钢件的加固，采用螺栓连接并联新角钢构件形成组合构件这一方法。采用此种方法，新加构件存在应力滞后现象，整个组合加固件存在二次受力现象，给铁塔的整体受力带来不利影响。
（3）角钢塔塔腿部位，存在主材、斜材同靴板连接结构，形状复杂而且螺栓数量较多，在布置加固件时常常导致加固位置受限，给加固带来较大难度。
发明内容
为解决上述问题，本发明针对ZGU2（7727）110千伏双回路直线塔型，提出一种输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法，该方法采用焊接方式在原构件表面焊接贴覆新角钢对角钢塔塔腿进行加固，避免了现有角钢塔塔腿加固方法存在的缺点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法，包括以下步骤：
（1）根据塔腿尺寸选择加固元件的尺寸与形状，选择焊条、焊接电流；
（2）焊接加固角钢I：通过焊条将加固角钢I固定在角钢塔塔腿主材上，焊接牢固；
（3）焊接异形板：将异形板放置于角钢塔的靴板部位，利用焊条填满异形板与靴板之间的焊缝空隙，并焊接牢固；
（4）焊接加固角钢II：固定加固角钢II，使其上部连接加固角钢I的下端，加固角钢II的下部连接异形板的内侧，然后通过焊条焊接牢固，将焊缝填补上；
（5）清理加固元件表面污物；
（6）对缝隙进行密封处理；
（7）对加固部位进行防腐处理。
所述步骤（1）中，选择加固元件的具体步骤包括：
（a）选择加固角钢I：根据原塔腿主材尺寸规格选择需加固用角钢I尺寸，保证所选加固角钢I比原角钢塔塔腿主材角钢边的长度宽0-30mm，所选加固角钢I比原角钢塔塔腿主材角钢边的厚度大0-10mm；
（b）选择异形板：根据原塔腿主材和斜材之间靴板部位的大小、形状选择异形板，保证异形板的边缘距离原角钢塔塔腿主材、斜材和靴板的距离均小于20mm；异形板厚度比原角钢塔塔腿主材角钢边的厚度大0-10mm；
（c）选择加固角钢II：根据原塔腿主材尺寸规格选择需加固用角钢II尺寸，保证所选加固角钢II比原角钢塔塔腿主材角钢边的长度宽0-30mm，所选加固角钢II比原角钢塔塔腿主材角钢边的厚度大0-10mm。
所述异形板为四边形钢板，且该四边形的两个对角为直角，另一个角的度数与原塔腿主材与斜材的夹角度数的差值在[-5°，5°]内。
所述步骤（1）中，选择焊条的具体方法为：使用手工焊条电弧焊方法进行焊接，根据原塔腿主材的厚度、材料，选择焊条型号，Q235钢选择E43XX焊条，Q345钢选择E43XX或E50XX焊条；根据不同直径的焊条，选择不同级别的焊接电流：
采用直径2.5mm焊条，焊接电流为60A-120A；
采用直径3.2mm焊条，焊接电流为70A-150A；
采用直径4.0mm焊条，焊接电流为80A-180A。
所述步骤（2）、（4）中的焊缝焊角尺寸范围为3mm-15mm。
所述步骤（5）的具体方法为：采用角向磨光机，或钢丝刷对加固部位的表面镀锌层发生破坏以及污染的区域进行清理，保证原支腿及其加固元件表面无油、锈、氧化皮污物，原镀锌层破坏处露出金属光泽。
所述步骤（6）的具体方法为：在加固角钢I与原塔腿主材，异形板与靴板，以及加固角钢II与加固角钢I、异形板和原塔腿主材之间的缝隙处，涂抹中性防霉耐候胶进行密封处理，防止雨水、灰尘进入造成腐蚀。
所述步骤（7）的具体方法为：采用含锌量大于90%的冷镀锌喷雾剂进行防腐处理，冷镀锌过程中第一道锌层干燥后即可喷涂第二道，进行防腐处理的冷镀锌层厚度平均值不低于116μm，最小值不低于100μm，刷涂或喷涂完成后须保证防腐层均匀一致，无漏涂、气泡、变色和失光的缺陷。
基于上述方法加固后的输电线路角钢塔塔腿结构，包括塔腿主材、斜材和靴板，在塔腿主材上部焊接有加固角钢I，在靴板上焊接有异形板，在加固角钢I和异形板上固定有加固角钢II，其中，加固角钢I的下端焊接加固角钢II的上部，异形板的内侧焊接加固角钢II的下部，加固角钢I、加固角钢II和异形板三者之间的空隙通过焊缝连接。
本发明主要创新的功能：
本发明独创性的采用了焊接的方式对塔腿进行加固，按照本方法进行的加固塔腿，采用有限元计算程序对加固前后输电塔承受荷载能力进行了计算。结果表明加固前在12级风下(30m/s)铁塔主肢的等效应力最大值远超于材料强度设计值，杆件强度不满足使用要求，将导致倾覆。采用焊接加固后铁塔等效应力值下降明显，Q345角钢应力最大值为156MPa，远小于强度设计值310MPa。铁塔抗风载能力显著提高，完全满足安全运行的要求。
本发明的有益效果：同原螺栓连接方法相比，具有如下优点：
（1）新增加的角钢通过焊接连接的方式直接同原构件连接在一起，形成牢固的冶金结合，无需进行开孔处理，避免了开孔造成的强度减弱隐患，提高了加固安全性。
（2）采用焊接连接技术，加固角钢和原塔腿角钢为冶金结合，避免了螺栓传力造成的二次受力现象，可最大限度提高加固效果。
（3）本加固方法采用了焊接搭接技术，并合理选择异形板来连接加固主材同塔腿靴板，使得加固角钢易于布置。
附图说明
图1为角钢塔塔腿加固部位示意图；
图2a为原塔腿示意图；
图2b为原塔腿俯视图；
图3a为焊接加固角钢I后的塔腿示意图；
图3b为焊接加固角钢I后的塔腿俯视图；
图4a为焊接异形板后的塔腿示意图；
图4b为焊接异形板后的塔腿俯视图；
图5a为焊接加固角钢II后的塔腿示意图；
图5b为焊接加固角钢II后的塔腿俯视图。
其中：1、原塔腿主材；2、靴板；3、座板；4、斜材；5、加固角钢I；6、异形板；7、加固角钢II。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
一种输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法，包括以下步骤：
（1）准备加固元件：根据塔腿尺寸选择相关加固元件的尺寸与形状；
（2）准备焊接材料：选择焊条、焊接电流；
（3）焊接加固角钢I5：通过焊条将加固角钢I5固定在角钢塔塔腿主材上，并焊接牢固；
（4）焊接异形板6：将异形板6放置于角钢塔的靴板2部位，利用焊条填满异形板与靴板2之间的焊缝空隙，并焊接牢固；
（5）焊接加固角钢II7：固定加固角钢II7，使其上部连接加固角钢I5的下端，加固角钢II7的下部连接异形板6的内侧，然后通过焊条焊接牢固，将焊缝填补上；
（6）清理加固元件表面污物；
（7）对缝隙进行密封处理；
（8）对加固部位进行防腐处理。
步骤（1）的具体步骤包括：
（a）选择加固角钢I5：根据原塔腿主材1尺寸规格选择需加固用角钢I尺寸，保证所选加固角钢I5比原角钢塔塔腿主材1角钢边的长度宽0-30mm，所选加固角钢I5比原角钢塔塔腿主材1角钢边的厚度大0-10mm；
（b）选择异形板6：根据原塔腿主材1和斜材4之间靴板部位的大小、形状选择异形板6，保证异形板6的边缘距离原角钢塔塔腿主材1、斜材4和靴板2的距离均小于20mm；异形板6厚度比原角钢塔塔腿主材1角钢边的厚度大0-10mm；
（c）选择加固角钢II7：根据原塔腿主材1尺寸规格选择需加固用角钢II7尺寸，保证所选加固角钢II7比原角钢塔塔腿主材1角钢边的长度宽0-30mm，所选加固角钢II7比原角钢塔塔腿主材角钢边的厚度大0-10mm。
异形板6为四边形钢板，且该四边形的两个对角为直角，另一个角的度数与原塔腿主材1与斜材4的夹角度数的差值在[-5°，5°]内。
步骤（2）中，具体步骤为：使用手工焊条电弧焊方法进行焊接，根据原塔腿主材1的厚度、材料，选择焊条型号，Q235钢选择E43XX焊条，Q345钢选择E43XX或E50XX焊条，根据不同直径的焊条，选择不同级别的焊接电流：
采用直径2.5mm焊条，焊接电流为60A-120A；
采用直径3.2mm焊条，焊接电流为70A-150A；
采用直径4.0mm焊条，焊接电流为80A-180A。
步骤（3）、（5）中的焊缝焊角尺寸为3-15mm。
步骤（6）的具体方法为：采用角向磨光机，或钢丝刷对加固部位的表面镀锌层发生破坏以及污染的区域进行清理，保证原支腿及其加固元件表面无油、锈、氧化皮污物，原镀锌层破坏处露出金属光泽。
步骤（7）的具体方法为：在加固角钢I5与原塔腿主材1，异形板6与靴板2，以及加固角钢II7与加固角钢I5、异形板6和原塔腿主材1之间的缝隙处，涂抹中性防霉耐候胶进行密封处理，防止雨水、灰尘进入造成腐蚀。
步骤（8）的具体方法为：采用含锌量大于90%的冷镀锌喷雾剂进行防腐处理，冷镀锌过程中第一道锌层干燥后即可喷涂第二道，进行防腐处理的冷镀锌层厚度平均值不低于116μm，最小值不低于100μm，刷涂或喷涂完成后须保证防腐层均匀一致，无漏涂、气泡、变色和失光的缺陷。
经过本加固方法加固后的结构，包括塔腿主材、斜材4和靴板2，在塔腿主材上部焊接有加固角钢I5，在靴板2上焊接有异形板6，在加固角钢I5和异形板6上固定有加固角钢II7，其中，加固角钢I5的下端焊接加固角钢II7的上部，异形板的内侧焊接加固角钢II的下部，加固角钢I5、加固角钢II7和异形板三者通过焊缝连接。
实施例1
1.根据原塔腿主材，1尺寸规格选择需加固用角钢尺寸，原塔腿主材1角钢尺寸中所选加固角钢I5、加固角钢II7分别比原角钢塔塔腿主材角钢边宽b大6、7mm，加固角钢I5、加固角钢II7分别比原角钢塔塔腿主材角钢边厚大4、5mm。
2.加固过程中，加固件同原角钢塔部件的连接选择焊接方式，焊接方法选择手工焊条电弧焊，焊接材料推荐选用E4303型号焊条。
3.焊接电流选择：采用直径2.5mm焊条，焊接电流为60A-100A；
4.加固件角焊缝焊角尺寸为3mm-8mm。
5.角钢塔加固部分如图1所示，为同靴板相连的塔腿主材。
6.未加固前角钢塔塔腿如图2a、图2b所示，角钢主材通过螺栓同靴板连接在一起。
7.加固时，首先进行塔腿主材上部加固角钢焊接。采用步骤2、3推荐工艺参数进行焊接。采用图3a、图3b中焊缝1，焊缝2，焊缝3，焊缝4将加固角钢I5同铁塔主材焊接在一起。
8.完成塔腿上部角钢加固焊接之后，进行靴板部位异形板焊接，异形板6形状见图4a、图4b中所示，异形板6分别通过图4中焊缝1，焊缝2，焊缝3，焊缝4，焊缝5，焊缝6，焊缝7连接于靴板2之上。
9.进行塔腿下部加固主材焊接，该部分加固角钢通过图5a、图5b中焊缝1，焊缝2同上部加固角钢连接，下部通过焊缝3，焊缝4同异形板连接，通过该异形板6连接到原塔腿靴板2上。
10.加固完成后，采用角向磨光机，或钢丝刷对构件表面镀锌层发生破坏以及污染区域进行清理，保证原支腿及其加固件表面无油、锈、氧化皮及其他污物，原镀锌层破坏处须露出金属光泽。
11.加固角钢同原塔腿主材以及靴板和座板形成的缝隙部位，推荐选用中性防霉耐候胶进行密封处理，防止雨水等进入造成腐蚀。
12.构件表面打磨符合步骤9中要求，密封胶凝固后及时进行喷涂富锌涂料处理。采用含锌量大于90%的冷镀锌喷雾剂进行防腐处理。冷镀锌过程中第一道锌层干燥后即可喷涂第二道，进行防腐处理的冷镀锌层厚度平均值不低于116μm，最小值不低于100μm。刷涂或喷涂完成后须保证防腐层均匀一致，无漏涂、气泡、变色、失光等缺陷。
采用有限元计算程序对加固前后输电塔承受荷载能力进行了计算。结果表明加固前在12级风下(30m/s)铁塔主肢的等效应力最大值远超于材料强度设计值，杆件强度不满足使用要求，将导致倾覆。采用焊接加固后铁塔等效应力值下降明显，Q345角钢应力最大值为156MPa，远小于强度设计值310MPa。铁塔抗风载能力显著提高，完全满足安全运行的要求。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法，其特征是：包括以下步骤：
（1）根据塔腿尺寸选择相关加固元件的尺寸与形状，选择焊条、焊接电流；
（2）焊接加固角钢I：通过焊条将加固角钢I固定在角钢塔塔腿主材上，并焊接牢固；
（3）焊接异形板：将异形板放置于角钢塔的靴板部位，利用焊条填满异形板与靴板之间的焊缝空隙，并焊接牢固；
（4）焊接加固角钢II：固定加固角钢II，使其上部连接加固角钢I的下端，加固角钢II的下部连接异形板的内侧，然后通过焊条焊接牢固，将焊缝填补上；
（5）清理加固元件表面污物；
（6）对缝隙进行密封处理；
（7）对加固部位进行防腐处理。
2.如权利要求1所述的一种输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法，其特征是：所述步骤（1）的具体步骤包括：
（a）选择加固角钢I：根据原塔腿主材尺寸规格选择需加固用角钢I尺寸，保证所选加固角钢I比原角钢塔塔腿主材角钢边的长度宽0-30mm，所选加固角钢I比原角钢塔塔腿主材角钢边的厚度大0-10mm；
（b）选择异形板：根据原塔腿主材和斜材之间靴板部位的大小、形状选择异形板，保证异形板的边缘距离原角钢塔塔腿主材、斜材和靴板的距离均小于20mm；异形板厚度比原角钢塔塔腿主材角钢边的厚度大0-10mm；
（c）选择加固角钢II：根据原塔腿主材尺寸规格选择需加固用角钢II尺寸，保证所选加固角钢II比原角钢塔塔腿主材角钢边的长度宽0-30mm，所选加固角钢II比原角钢塔塔腿主材角钢边的厚度大0-10mm。
3.如权利要求1所述的一种输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法，其特征是：所述异形板为四边形钢板，且该四边形的两个对角为直角，另一个角的度数与原塔腿主材与斜材的夹角度数的差值在[-5°，5°]内。
4.如权利要求1所述的一种输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法，其特征是：所述步骤（1）中，选择焊条、焊接电流具体方法为：使用手工焊条电弧焊方法进行焊接，根据原塔腿主材的厚度、材料，选择焊条型号，Q235钢选择E43XX焊条，Q345钢选择E43XX或E50XX焊条，根据不同直径的焊条，选择不同级别的焊接电流：
采用直径2.5mm焊条，焊接电流为60A-120A；
采用直径3.2mm焊条，焊接电流为70A-150A；
采用直径4.0mm焊条，焊接电流为80A-180A。
5.如权利要求1所述的一种输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法，其特征是：所述步骤（2）、（4）中的焊缝焊角尺寸为3mm-15mm。
6.如权利要求1所述的一种输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法，其特征是：所述步骤（5）的具体方法为：采用角向磨光机，或钢丝刷对加固部位的表面镀锌层发生破坏以及污染的区域进行清理，保证原支腿及其加固元件表面无油、锈、氧化皮污物，原镀锌层破坏处露出金属光泽。
7.如权利要求1所述的一种输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法，其特征是：所述步骤（6）的具体方法为：在加固角钢I与原塔腿主材，异形板与靴板，以及加固角钢II与加固角钢I、异形板和原塔腿主材之间的缝隙处，涂抹中性防霉耐候胶进行密封处理，防止雨水、灰尘进入造成腐蚀。
8.如权利要求1所述的一种输电线路角钢塔塔腿现场焊接加固方法，其特征是：所述步骤（7）的具体方法为：采用含锌量大于90%的冷镀锌喷雾剂进行防腐处理，冷镀锌过程中第一道锌层干燥后即可喷涂第二道，进行防腐处理的冷镀锌层厚度平均值不低于116μm，最小值不低于100μm，刷涂或喷涂完成后须保证防腐层均匀一致，无漏涂、气泡、变色和失光的缺陷。
9.基于上述方法加固后的输电线路角钢塔塔腿结构，包括塔腿主材、斜材和靴板，其特征是：在塔腿主材上部焊接有加固角钢I，在靴板上焊接有异形板，在加固角钢I和异形板上固定有加固角钢II，其中，加固角钢I的下端焊接加固角钢II的上部，异形板的内侧焊接加固角钢II的下部，加固角钢I、加固角钢II和异形板三者之间的空隙通过焊缝连接。
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