CN104991998A - 一种具有高抗风性能的架空输电杆塔 - Google Patents

Abstract

一种具有高抗风性能的架空输电杆塔，杆塔水平横隔面包含有四根角柱主材(8)，四根角柱主材设有四根水平边框附加杆件(6)连接成框形、还设有两根分别交叉支撑在对角角柱主材上的主支承杆(3)；框形中的主支承杆上，固定支承有中心圆环(4)，框形中还设有内切圆环(5)，内切圆环的切点与水平边框附加杆件固接、中点与主支承杆固接；中心圆环和内切圆环之间，对称设有4个速度减振阻尼装置(7)，相对的速度减振阻尼装置的连线与输电导线方向夹角小于60°。本发明通过综合速度减振、调谐质量减振和提高架空输电杆塔性能三方面来降低架空输电杆塔损毁的风险，针对性强、效果显著且施工简便，能够广泛的运用到架空输电杆塔抗风技术领域。

Description

一种具有高抗风性能的架空输电杆塔

技术领域

本发明涉及一种架空输电杆塔，尤其是涉及一种具有高抗风性能的架空输电杆塔。

背景技术

架空输电杆塔是电能输送环节中的重要组成部分，架空输电杆塔的损坏倒塌将会导致电能输送中断，导致所有与之相关的行业瘫痪并有可能引发生火灾等次生灾害，造成严重损失。架空输电杆塔作为高耸结构，加之导、地线跨距大，是风致响应明显的结构，在强风的作用下，架空输电杆塔的损毁现象时有发生。

架空送电线路杆塔结构设计技术规定(DLT5154-2002)中，架空输电杆塔的横隔面一般来说包含有四根角柱主材，由于规定中对于横隔面仅提出构造要求，导致架空输电杆塔普遍存在塔身处薄弱的问题。如何对架空输电杆塔进行改造加固，提高架空输电杆塔的抗风性能是目前一个迫切解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种具有高抗风性能的架空输电杆塔，其有效地对架空输电杆塔进行了改造加固，提高了架空输电杆塔的抗风性能，有效预防架空输电杆塔风致损毁，且施工方便，针对性好。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种具有高抗风性能的架空输电杆塔，所述的架空输电杆塔水平横隔面包含有四根角柱主材8，其特征是：在通过现有技术的结构分析和现场实测找出架空输电杆塔薄弱部位的水平横截面上，所述的四根角柱主材8依次通过四根水平边框附加杆件6连接成框形、并设有两根分别交叉支撑在对角角柱主材8上的主支承杆3；所述框形中的主支承杆3上，固定支承有中心圆环4，所述框形中还设有内切圆环5，内切圆环5的切点与水平边框附加杆件6固接、中点与所述的主支承杆3固接；所述的中心圆环4和内切圆环5之间，对称设有4个速度减振阻尼装置7，相对的速度减振阻尼装置7的连线与输电导线方向夹角小于60°。

所述的内切圆环5为分成四段相同的圆环形杆件，两端固接在主支承杆3上，切点与水平边框附加杆件6固接。

所述的速度减振阻尼装置7为粘滞阻尼器，也称速度相关型阻尼器，其相关参数速算如下：

建立速度型减振阻尼装置和架空输电杆塔主体的系统方程，根据动力学原理，列出系统方程为：

$\[M_s\]\left\{\stackrel{\·\·}{u}\left(t\right)\right\}+(\[C_s\]+\[C_d\])\left\{\stackrel{\·}{u}\left(t\right)\right\}+(\[K_s\]+\[K_d\])\left\{u\left(t\right)\right\}=\[P\left(t\right)\]$

式中，[M_s]、[C_s]和[K_s]分别为架空输电杆塔的质量、阻尼和刚度矩阵；和{u(t)}分别为架空输电杆塔的加速度、速度和位移向量；[C_d]和[K_d]为速度型阻尼减振装置的阻尼和刚度矩阵，P(t)为外部风荷载。

所述的调谐质量减振型阻尼器的优选阻尼比通过来确定，而优选频率通过来确定，其中，u为阻尼器质量块的大小，通常在架空输电杆塔的1％至5％。

这样所有杆件和架空输电杆塔主材约束成一个整体，形成一个能够提高整体刚度和稳定性的支撑面；

本发明通过结构分析对比，将速度减振型支撑底座和调谐质量减振型阻尼器安装在架空输电杆塔上后，架空输电杆塔结构的整体性能明显提升，架空输电杆塔损毁的风险降低，架空输电杆塔的风致响应也明显减小。架空输电杆塔的抗风性能得到大幅提高。

有益效果：本发明提出的加固方法，从提高架空输电杆塔局部强度和控制输入到架空输电杆塔的能量两个方面着手，让架空输电杆塔在承受强风荷载的情况下保持稳定性能不至于损毁。本发明施工简单，效果明显，针对性强，能够广泛运用在架空输电杆塔抗风加固领域。

附图说明

图1架空输电杆塔的整体结构示意图；

图2架空输电杆塔塔身薄弱处进行加固结构示意图；

图3速度减振型支撑底座示意图。

图中附图标记：1为安装在塔身薄弱处的阻尼器；2为安装在塔身薄弱处的速度减振型支撑底座；3为速度减振型支撑底座的主支脚；4为中心圆环；5为圆环形附加杆件；6为外边框附加杆件；7为速度减振阻尼装置；8为架空输电杆塔角柱主材。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例：选择沿海地区易受台风影响的架空输电杆塔型如图1所示的架空输电杆塔作为实施例，架空输电杆塔水平横隔面包含有四根角柱主材8。

通过现有技术的结构分析和现场实测的方法对架空输电杆塔进行分析，找出架空输电杆塔薄弱部位。

通过分析，如图2所示的塔身中部横隔面容易过早出现局部振型和杆件失稳，是主要的薄弱部位。所以选择将速度减振型支撑底座和调谐质量减振型阻尼器安装在如图2所示的位置。

本发明的具有高抗风性能的架空输电杆塔实施例，四根角柱主材8依次通过四根水平边框附加杆件6连接成框形、并设有两根分别交叉支撑在对角角柱主材8上的主支承杆3；框形中的主支承杆3上，固定支承有中心圆环4，框形中还设有内切圆环5，内切圆环5的切点与水平边框附加杆件6固接、中点与所述的主支承杆3固接；中心圆环4和内切圆环5之间，对称设有4个速度减振阻尼装置7，相对的速度减振阻尼装置7的连线与输电导线方向夹角小于60°。

内切圆环5也可以为分成四段相同的圆环形杆件，两端固接在主支承杆3上，切点与水平边框附加杆件6固接。

具体步骤：根据塔身薄弱部位的杆件尺寸，对如图3所示的速度减振型支撑底座的各个杆件尺寸进行设计，交付加工厂进行下料制作。安装时，首先安装两根分别交叉支撑在对角角柱主材8上的主支承杆3，形成主要支撑结构，然后按照先圆环形附加杆件5、后外边框附加杆件6的顺序，依次将各根杆件安装，最后约束成一个整体。其中各处的连接可采用螺栓连接，在加工厂预留好孔洞，现场只需要进行拼装工作，易于施工操作。

将速度减振阻尼装置7安装在中心圆环4和圆环形附加杆件5之间，为了提高耗能减振效果，速度减振阻尼装置安装在与顺导线方向夹角小于60°的区域内，每侧两个为最优，再增加则耗能减振效果提升不明显。速度减振阻尼装置7与支撑支脚通过预留的螺栓孔连接。

根据架空输电杆塔动力特性，对调谐质量减振型阻尼器的质量块、调谐频率的弹性元件和耗散架空输电杆塔能量的阻尼元件的参数进行调整后，将调谐质量减振型阻尼器安装在速度减振型支撑底座上，通过中心圆环4上预留的螺栓孔连接，形成速度减振型支撑底座。

可以建立速度型减振阻尼装置和架空输电杆塔主体的系统方程，根据动力学原理，列出系统方程为：

$\[M_s\]\left\{\stackrel{\·\·}{u}\left(t\right)\right\}+(\[C_s\]+\[C_d\])\left\{\stackrel{\·}{u}\left(t\right)\right\}+(\[K_s\]+\[K_d\])\left\{u\left(t\right)\right\}=\[P\left(t\right)\]$

式中，[M_s]、[C_s]和[K_s]分别为架空输电杆塔的的质量、阻尼和刚度矩阵；和{u(t)}分别为架空输电杆塔的加速度、速度和位移向量；[C_d]和[K_d]为速度型阻尼减振装置的阻尼和刚度矩阵。

根据具体步骤3调谐质量减振型阻尼器的优选阻尼比可通过来确定，而优选频率可通过来确定，其中，u为阻尼器质量块的大小，通常在架空输电杆塔的1％至5％左右。

调谐质量减振型阻尼器的设计可根据结构分析和实测结果，确定质量块质量大小、频率比和阻尼比等参数，向厂家进行定制，阻尼器底板端板留设固定螺栓孔，在现场只需要进行简单安装工作。

Claims (3)

1.一种具有高抗风性能的架空输电杆塔，所述的架空输电杆塔水平横隔面包含有四根角柱主材(8)，其特征是：在结构分析和现场实测找出架空输电杆塔薄弱部位的水平横截面上，所述的四根角柱主材(8)设有四根水平边框附加杆件(6)连接成框形、还设有两根分别交叉支撑在对角角柱主材(8)上的主支承杆(3)；所述框形中的主支承杆(3)上，固定支承有中心圆环(4)，所述框形中还设有内切圆环(5)，内切圆环(5)的切点与水平边框附加杆件(6)固接、中点与所述的主支承杆(3)固接；所述的中心圆环(4)和内切圆环(5)之间，对称设有4个速度减振阻尼装置(7)，相对的速度减振阻尼装置(7)的连线与输电导线方向夹角小于60°。

2.根据权利要求1所述的具有高抗风性能的架空输电杆塔，其特征是：所述的内切圆环(5)为分成四段相同的圆环形杆件，两端固接在主支承杆(3)上，切点与水平边框附加杆件(6)固接。

3.根据权利要求1或2所述的具有高抗风性能的架空输电杆塔，其特征是：所述的速度减振阻尼装置(7)为粘滞阻尼器，其相关参数速算如下：

建立速度型减振阻尼装置和架空输电杆塔主体的系统方程，根据动力学原理，列出系统方程为：

$\[M_s\]\left\{\stackrel{\·\·}{u}\left(t\right)\right\}+(\[C_s\]+\[C_d\])\left\{\stackrel{\·}{u}\left(t\right)\right\}+(\[K_s\]+\[K_d\])\left\{u\left(t\right)\right\}=\[P\left(t\right)\]$

式中，[M_s]、[C_s]和[K_s]分别为架空输电杆塔的质量、阻尼和刚度矩阵；和{u(t)}分别为架空输电杆塔的加速度、速度和位移向量；[C_d]和[K_d]为速度型阻尼减振装置的阻尼和刚度矩阵，P(t)为外部风荷载；所述的调谐质量减振型阻尼器的优选阻尼比通过来确定，而优选频率通过来确定，其中，u为阻尼器质量块的大小，通常在架空输电杆塔的1％至5％。