CN105006342A - 一种油枕支架及其改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种油枕支架及其改造方法，该油枕支架改造方法包括以下步骤：S1）获取风荷载参数、地震信息以及荷载组合；然后根据获得的参数，安装结构力学的分析方法，计算得到所述油枕支架的所有连接节点的内应力参数；S2）对所述油枕支架的所有立柱（1）的长细比和宽厚比进行超限计算，并判断所述油枕支架的每个所述立柱（1）的长细比和宽厚比是否超限；S3）当有立柱（1）的长细比或宽厚比超限时，则在该立柱（1）和与该立柱（1）邻近的立柱（1）之间设置加强筋（4）；本发明的油枕支架及其改造方法，使原油枕支架满足安全需求，并且相比于为油枕重新构建油枕框架降低了成本。

Description

一种油枕支架及其改造方法

技术领域

本发明涉及工程领域，尤其涉及一种油枕支架及其改造方法。

背景技术

电力变压器、电抗器等大型电力设备一般需要油箱中的变压器油进行绝缘、散热和消弧处理。变压器油的体积会随着油温的变化而膨胀或缩小，而为保证油箱内充满油，会设置油枕对油箱进行储油和补油，油枕上还会设置油位计，用于监视油位的变化。同时，设置油枕后，变压器与空气的接触面会减小。而由于地震等原因造成油枕不稳，油位波动的情况又会导致油箱溢油或进入空气，严重威胁着变压器的正常使用和安全运行。因此，油枕的稳定性对变压器的性能和耐久性有着重要的意义。同时，当将油枕换型改造时，如将开放式油枕改造为胶囊密封式油枕时，油枕的尺寸与重量都与原油枕不同，这时需要对原油枕支架进行改造，以使改造后的新油枕支架能够稳定的固定新的油枕。

发明内容

本发明为了解决原油枕支架与改造后的油枕不适配的问题，提供了一种油枕支架及其改造方法。

本发明就上述技术问题提供的技术方案如下：

本发明提供了一种油枕支架改造方法，所述油枕支架包括至少两层的油枕支架单元；所述油枕支架单元包括至少三根垂直地设置的立柱，以及多根支撑梁；该支撑梁水平地固定连接在两根所述立柱之间；所述至少两层的油枕支架单元沿竖直方向层叠在一起；所述油枕支架的靠近地面的所述油枕支架单元的每根立柱底部安装有连接板，且通过地脚螺栓固定在地面上；所述油枕支架还包括柱撑；该柱撑的两端均安装在同一层油枕支架单元上，且该柱撑的两端分别固定在邻近的两根所述立柱上，且该柱撑与水平面构成一定角度；所述油枕支架的所述立柱、所述支撑梁以及所述柱撑之间其中的两者连接或三者连接构成连接节点；所述油枕支架改造方法包括以下步骤：

S1）假设所述立柱、所述支撑梁、所述柱撑均是由Q235钢制成；假设所述油枕支架顶部安装有油枕，该油枕包括储油柜以及两个格构柱，每个所述格构柱一端安装在所述储油柜底部，另一端通过固定螺栓安装在所述油枕支架顶部的所述支撑梁上；获取所述油枕支架的所有所述立柱、所有所述支撑梁以及所有所述柱撑的尺寸；获取恒载值、活载值、以及储油柜荷载值，获取油枕动力系数；并假定恒载值、活载值以及储油柜荷载值均以线荷载方式加载在支撑梁上；获取风荷载参数、地震信息以及荷载组合；然后根据获得的参数，安装结构力学的分析方法，计算得到所述油枕支架的所有连接节点的内应力参数；

S2）根据计算得到的所述油枕支架的所有连接节点的内应力参数，对所述油枕支架的所有立柱的长细比和宽厚比进行验算，并判断所述油枕支架的各所述立柱的长细比和宽厚比是否满足《钢结构设计规范GB50017-2003》的要求；

S3）当有立柱的长细比或宽厚比不满足《钢结构设计规范GB50017-2003》的要求时，则在该立柱和与该立柱邻近的立柱之间设置加强筋；

S4）获取对所述油枕支架施加的水平方向的模拟地震整体加速度，并获取对所述油枕施加的水平方向的模拟风荷载压力值，然后通过有限元计算软件分析计算得到每个所述固定螺栓所受到的拉力载荷值；

S5）获取所述固定螺栓的最小许用拉力载荷值，只要当所有所述固定螺栓中有一个所述固定螺栓的拉力载荷值小于所述最小许用拉力载荷值时，则按步骤S1中假设的油枕的设置方式将该油枕设置在所述油枕支架的顶部，然后在所述油枕的底部设置斜支撑杆，该斜支撑杆一端固定地安装在一个格构柱的靠近所述储油柜的一端，该斜支撑杆另一端固定地安装在另一个格构柱的靠近所述油枕支架的一端。

本发明上述的油枕支架改造方法中，所述风荷载参数包括基本风压值w_o、地面粗糙程度、风荷载体型系数u_s、以及风振系数β_z；所述步骤S1包括：

根据所述地面粗糙程度，按照《建筑结构荷载规范GB50009-2012》中风压高度变化系数与地面粗糙程度对应表，确定所述风压高度变化系数u_z；

然后计算得到所述油枕支架所受到的风荷载值W_k：

W_k=β_zu_su_zw_o。

本发明上述的油枕支架改造方法中，所述地震信息包括振型组合方法、振型数目、场地类别、设计地震分组、特征周期、多遇地震影响系数最大值、罕遇地震影响系数最大值、周期折减系数、结构的阻尼比、斜交抗侧力构件方向的附加地震数；

所述步骤S1还包括：

确定是否考虑偶然偏心以及是否考虑双向地震扭转效应；

然后基于获取到的所述地震信息以及确定是否考虑偶然偏心以及是否考虑双向地震扭转效应的情况，根据《建筑抗震设计规范GB50011-2010》通过查找对应表格和计算的方法，得到地震荷载值。

本发明上述的油枕支架改造方法中，所述荷载组合根据《建筑结构荷载规范GB50009-2012》的规定进行选取。

本发明上述的油枕支架改造方法中，所述连接节点的内应力参数包括该连接节点的恒载值、活载值、以及该连接节点在地震荷载值和风载值作用下的内应力；

所述步骤S1还包括根据所述油枕支架的所有所述连接节点的内应力参数、以及所述油枕支架的所有所述立柱和所有所述支撑梁的尺寸，按照结构力学分析方法分析出所述油枕支架的所有所述立柱和所有所述支撑梁的受力情况；

所述步骤S2包括：根据所述油枕支架的所有所述立柱和所有所述支撑梁的受力情况，以及各立柱和各支撑梁的截面尺寸，根据《钢结构设计规范GB50017-2003》选取适当的模型和公式，验算所述油枕支架的所有所述立柱和所有所述支撑梁的截面尺寸是否满足《钢结构设计规范GB50017-2003》的要求。

本发明上述的油枕支架改造方法中，所述步骤S3还包括：

对所述油枕支架进行抗倾覆计算，判断该油枕支架是否会倾覆，若是，则增加所述地脚螺栓的数目和/或对所述油枕支架添加加强筋。

本发明上述的油枕支架改造方法中，所述对所述油枕支架进行抗倾覆计算包括：

计算所述油枕支架的倾覆力矩、抗倾覆力矩，并获取所述地脚螺栓的地脚螺栓实际数目，以及每个所述地脚螺栓的抗拉力设计值；

计算所述油枕支架不发生倾覆时所需要的地脚螺栓的地脚螺栓需用数目，当所述地脚螺栓需用数目大于所述地脚螺栓实际数目时，则判断该油枕支架会发生倾覆。

本发明还提供了一种油枕支架，该油枕支架通过上述任意一项所述的油枕支架改造方法改造而成。

本发明的油枕支架及其改造方法，通过对原油枕支架上设置支撑梁，以及对油枕底部、两格构柱之间设置斜支撑杆，使改造后的油枕支架可以满足油枕在结构力学上的要求，从而使原油枕支架满足安全需求，并且相比于为油枕重新构建油枕框架降低了成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为一种现有的油枕支架的示意图；

图2为图1所示的油枕支架的一侧面的框架的示意图；

图3为在图2所示的框架上设置加强筋的示意图；

图4为图1所示的油枕支架的另一侧面的框架的示意图；

图5为在图4所示的框架上设置加强筋的示意图；

图6为假设在图1所示的油枕支架顶部设置油枕的示意图；

图7为在图6所示的油枕底部设置斜支撑杆的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图1-7及具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

在将开放式油枕改造为胶囊密封式油枕时，油枕的尺寸与重量都与原油枕不同，这时需要对原油枕支架进行改造，以使改造后的新油枕支架能够稳定的固定新的油枕。

本实施例中，参照图1，油枕支架包括至少两层的油枕支架单元；油枕支架单元包括至少三根垂直地设置的立柱1，以及多根支撑梁2；该支撑梁2水平地固定连接在两根立柱1之间；至少两层的油枕支架单元沿竖直方向层叠在一起；油枕支架的靠近地面的油枕支架单元的每根立柱1底部安装有连接板，且通过地脚螺栓固定在地面上；油枕支架还包括柱撑3；该柱撑3的两端均安装在同一层油枕支架单元上，且该柱撑3的两端分别固定在邻近的两根立柱1上，且该柱撑3与水平面构成一定角度；油枕支架的立柱1、支撑梁2以及柱撑3之间其中的两者连接或三者连接构成连接节点。

本实施例提供了上述油枕支架的改造方法，包括以下步骤：

步骤100：假设立柱1、支撑梁2、柱撑3均是由Q235钢制成；假设油枕支架顶部安装有油枕，该油枕包括储油柜以及两个格构柱6，每个格构柱6一端安装在储油柜底部，另一端通过固定螺栓安装在油枕支架顶部的支撑梁2上；获取油枕支架的所有立柱1、所有支撑梁2以及所有柱撑3的尺寸；获取恒载值、活载值、以及储油柜荷载值，获取油枕动力系数；并假定恒载值、活载值以及储油柜荷载值均以线荷载方式加载在支撑梁2上；获取风荷载参数、地震信息以及荷载组合；然后根据获得的参数，安装结构力学的分析方法，计算得到油枕支架的所有连接节点的内应力参数；

本实施例中，由于立柱1、支撑梁2、柱撑3均是由Q235钢制成，因此，只要当一油枕支架的立柱1、支撑梁2、柱撑3所使用的材料的屈服强度和拉伸强度分别大于Q235钢的屈服强度和拉伸强度时，该油枕支架便可以通过本实施例所述的油枕支架改造方法进行改造。

本步骤中，风荷载参数包括基本风压值w_o、地面粗糙程度、风荷载体型系数u_s、以及风振系数β_z；步骤100包括：

根据地面粗糙程度，按照《建筑结构荷载规范GB50009-2012》中风压高度变化系数与地面粗糙程度对应表，确定风压高度变化系数u_z；

然后计算得到油枕支架所受到的风荷载值W_k：

W_k=β_zu_su_zw_o。

进一步地，地震信息包括振型组合方法、振型数目、场地类别、设计地震分组、特征周期、多遇地震影响系数最大值、罕遇地震影响系数最大值、周期折减系数、结构的阻尼比、斜交抗侧力构件方向的附加地震数；

本步骤100还包括：

确定是否考虑偶然偏心以及是否考虑双向地震扭转效应；

然后基于获取到的地震信息以及确定是否考虑偶然偏心以及是否考虑双向地震扭转效应的情况，根据《建筑抗震设计规范GB50011-2010》通过查找对应表格和计算的方法，得到地震荷载值。

荷载组合根据《建筑结构荷载规范GB50009-2012》的规定进行选取。

具体地，荷载组合包括：

①1.35×恒载值+0.7×1.4×活载值

②1.2×恒载值+1.4×活载值

③恒载值+1.4×活载值

④1.2×恒载值+0.6×活载值＋1.3×地震荷载值

⑤恒载值+0.5×活载值+1.3×地震荷载值

⑥1.2×恒载值+1.4×风载值

⑦恒载值+1.4×风载值

⑧1.2×恒载值+1.4×活载值+0.6×1.4×风载值

⑨1.2×恒载值＋0.7×1.4×活载值＋1.4×风载值。

荷载组合并不需要将上述9个荷载组合设计值都选取。本实施例中，荷载组合可以选取对油枕支架最不利的荷载组合效应设计值。

连接节点的内应力参数包括该连接节点的恒载值、活载值、以及该连接节点在地震荷载值和风载值作用下的内应力；

步骤100还包括根据油枕支架的所有连接节点的内应力参数、以及油枕支架的所有立柱1和所有支撑梁2的尺寸，按照结构力学分析方法分析出油枕支架的所有立柱1和所有支撑梁2的受力情况；

具体地，本实施例中，为了方便结构力学上的分析计算，步骤100还包括确定一零点，并以该零点引出的两条互相垂直、且均水平设置的矢量为X轴和Y轴，以该零点引出的竖直向上的矢量为Z轴，建立坐标系；

连接节点的内应力参数包括该连接节点的沿X轴方向上的地震荷载X向标准内应力值、该连接节点的沿Y轴方向上的地震荷载Y向标准内应力值、该连接节点的沿X方向上的风荷载X向标准内应力值、该连接节点的沿Y轴方向上的风荷载Y向标准内应力值、该连接节点在恒载作用下的恒载标准内应力、该连接节点在活载作用下的活载标准内应力；

然后，步骤100还包括根据油枕支架的所有连接节点的地震荷载X向标准内应力值、地震荷载Y向标准内应力值、风荷载X向标准内应力值、风荷载Y向标准内应力值、恒载标准内应力、活载标准内应力、以及油枕支架的所有立柱1和所有支撑梁2的尺寸，按照结构力学分析方法分析出油枕支架的所有立柱1和所有支撑梁2的受力情况；

步骤200：根据计算得到的油枕支架的所有连接节点的内应力参数，对油枕支架的所有立柱1的长细比和宽厚比进行验算，并判断油枕支架的各立柱1的长细比和宽厚比是否满足《钢结构设计规范GB50017-2003》的要求；

本实施例中，步骤200包括：根据油枕支架的所有立柱1和所有支撑梁2的受力情况，以及各立柱1和各支撑梁2的截面尺寸，根据《钢结构设计规范GB50017-2003》选取适当的模型和公式，验算油枕支架的所有立柱1和所有支撑梁2的截面尺寸是否满足《钢结构设计规范GB50017-2003》的要求。

具体地，本步骤200包括：根据油枕支架的所有立柱1和所有支撑梁2的受力情况，以及各立柱1和各支撑梁2的尺寸情况，根据《钢结构设计规范GB50017-2003》选取适当的模型和公式，计算得到油枕支架的所有立柱1的长细比和宽厚比，然后根据《钢结构设计规范GB50017-2003》选取油枕支架的所有立柱1的容许长细比和容许宽厚比，然后分别判断油枕支架的每个立柱1的长细比是否大于该立柱1的容许长细比，并分别判断油枕支架的每个立柱1的宽厚比是否大于该立柱1的容许宽厚比，当油枕支架的一立柱1的长细比大于该立柱1的容许长细比，或者该立柱1的宽厚比大于该立柱1的容许宽厚比时，则判断该立柱1的长细比或宽厚比超限。

步骤300：当有立柱1的长细比或宽厚比不满足《钢结构设计规范GB50017-2003》的要求时，则在该立柱1和与该立柱1邻近的立柱1之间设置加强筋4；

本实施例中，该加强筋4水平地设置在该立柱1和与该立柱1邻近的立柱1之间，如图2-5所示。其中，图2和图4分别为图1所示的油枕支架的两侧面的框架的示意图。图3为在图2所示的框架上设置加强筋4的示意图。图5为在图4所示的框架上设置加强筋4的示意图。

为了使油枕支架更加安全可靠，步骤300还包括：

对油枕支架进行抗倾覆计算，具体地，对油枕支架进行抗倾覆计算包括：

计算油枕支架的倾覆力矩、抗倾覆力矩，并获取连接板用地脚螺栓的连接板用地脚螺栓实际数目，以及每个连接板用地脚螺栓的抗拉力设计值；

计算油枕支架不发生倾覆时所需要的连接板用地脚螺栓的连接板用地脚螺栓需用数目，当连接板用地脚螺栓需用数目大于连接板用地脚螺栓实际数目时，则判断该油枕支架会发生倾覆。

其中，倾覆力矩：MS=Aω_kh

A—结构受风力面积；

ω_k—风荷载标准值；

h—风荷载力矩；

抗倾覆力矩：M_R/γ=Vb/γ

V—基座抗拔力；

b—结构宽度；

γ—安全系数一般取γ=2。

油枕支架不发生倾覆时所需要的连接板用地脚螺栓的连接板用地脚螺栓需用数目n：

n=M_S-M_R/γ/b/F

M_S—倾覆力矩；

M_R/γ—抗倾覆力矩；

b—结构宽度；

F—每个连接板用地脚螺栓的抗拉力设计值。

通过对油枕支架进行抗倾覆计算可以判断该油枕支架是否会倾覆，若是，则增加连接板用地脚螺栓的数目和/或对所述油枕支架添加加强筋。

步骤400：获取对油枕支架施加的水平方向的模拟地震整体加速度，并获取对油枕施加的水平方向的模拟风荷载压力值，然后通过有限元计算软件分析计算得到每个固定螺栓所受到的拉力载荷值；

本步骤中，参照图6，图6示出了假设在图1所示的油枕支架顶部设置油枕的示意图。固定螺栓所受到的拉力载荷值主要运用了平衡方程、几何方程、应力应变方程、边界条件方程求得。

步骤500：获取固定螺栓的最小许用拉力载荷值，只要当所有固定螺栓中有一个固定螺栓的拉力载荷值小于最小许用拉力载荷值时，则按步骤100中假设的油枕的设置方式将该油枕设置在油枕支架的顶部，然后在油枕的底部设置斜支撑杆5，该斜支撑杆5一端固定地安装在一个格构柱6的靠近储油柜的一端，该斜支撑杆5另一端固定地安装在另一个格构柱6的靠近油枕支架的一端，如图7所示。

本实施例还提供了一种油枕支架，该油枕支架通过上述的油枕支架改造方法改造而成。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种油枕支架改造方法，所述油枕支架包括至少两层的油枕支架单元；所述油枕支架单元包括至少三根垂直地设置的立柱（1），以及多根支撑梁（2）；该支撑梁（2）水平地固定连接在两根所述立柱（1）之间；所述至少两层的油枕支架单元沿竖直方向层叠在一起；所述油枕支架的靠近地面的所述油枕支架单元的每根立柱（1）底部安装有连接板，且通过地脚螺栓固定在地面上；所述油枕支架还包括柱撑（3）；该柱撑（3）的两端均安装在同一层油枕支架单元上，且该柱撑（3）的两端分别固定在邻近的两根所述立柱（1）上，且该柱撑（3）与水平面构成一定角度；所述油枕支架的所述立柱（1）、所述支撑梁（2）以及所述柱撑（3）之间其中的两者连接或三者连接构成连接节点；其特征在于，所述油枕支架改造方法包括以下步骤：

S1）假设所述立柱（1）、所述支撑梁（2）、所述柱撑（3）均是由Q235钢制成；假设所述油枕支架顶部安装有油枕，该油枕包括储油柜以及两个格构柱（6），每个所述格构柱（6）一端安装在所述储油柜底部，另一端通过固定螺栓安装在所述油枕支架顶部的所述支撑梁（2）上；获取所述油枕支架的所有所述立柱（1）、所有所述支撑梁（2）以及所有所述柱撑（3）的尺寸；获取恒载值、活载值、以及储油柜荷载值，获取油枕动力系数；并假定恒载值、活载值以及储油柜荷载值均以线荷载方式加载在支撑梁（2）上；获取风荷载参数、地震信息以及荷载组合；然后根据获得的参数，安装结构力学的分析方法，计算得到所述油枕支架的所有连接节点的内应力参数；

S2）根据计算得到的所述油枕支架的所有连接节点的内应力参数，对所述油枕支架的所有立柱（1）的长细比和宽厚比进行验算，并判断所述油枕支架的各所述立柱（1）的长细比和宽厚比是否满足《钢结构设计规范GB50017-2003》的要求；

S3）当有立柱（1）的长细比或宽厚比不满足《钢结构设计规范GB50017-2003》的要求时，则在该立柱（1）和与该立柱（1）邻近的立柱（1）之间设置加强筋（4）；

S4）获取对所述油枕支架施加的水平方向的模拟地震整体加速度，并获取对所述油枕施加的水平方向的模拟风荷载压力值，然后通过有限元计算软件分析计算得到每个所述固定螺栓所受到的拉力载荷值；

S5）获取所述固定螺栓的最小许用拉力载荷值，只要当所有所述固定螺栓中有一个所述固定螺栓的拉力载荷值小于所述最小许用拉力载荷值时，则按步骤S1中假设的油枕的设置方式将该油枕设置在所述油枕支架的顶部，然后在所述油枕的底部设置斜支撑杆（5），该斜支撑杆（5）一端固定地安装在一个格构柱（6）的靠近所述储油柜的一端，该斜支撑杆（5）另一端固定地安装在另一个格构柱（6）的靠近所述油枕支架的一端。

2.根据权利要求1所述的油枕支架改造方法，其特征在于，所述风荷载参数包括基本风压值w_o、地面粗糙程度、风荷载体型系数u_s、以及风振系数β_z；所述步骤S1包括：

根据所述地面粗糙程度，按照《建筑结构荷载规范GB50009-2012》中风压高度变化系数与地面粗糙程度对应表，确定所述风压高度变化系数u_z；

然后计算得到所述油枕支架所受到的风荷载值W_k：

W_k=β_zu_su_zw_o。

3.根据权利要求2所述的油枕支架改造方法，其特征在于，所述地震信息包括振型组合方法、振型数目、场地类别、设计地震分组、特征周期、多遇地震影响系数最大值、罕遇地震影响系数最大值、周期折减系数、结构的阻尼比、斜交抗侧力构件方向的附加地震数；

所述步骤S1还包括：

确定是否考虑偶然偏心以及是否考虑双向地震扭转效应；

然后基于获取到的所述地震信息以及确定是否考虑偶然偏心以及是否考虑双向地震扭转效应的情况，根据《建筑抗震设计规范GB50011-2010》通过查找对应表格和计算的方法，得到地震荷载值。

4.根据权利要求3所述的油枕支架改造方法，其特征在于，所述荷载组合根据《建筑结构荷载规范GB50009-2012》的规定进行选取。

5.根据权利要求4所述的油枕支架改造方法，其特征在于，

所述连接节点的内应力参数包括该连接节点的恒载值、活载值、以及该连接节点在地震荷载值和风载值作用下的内应力；

所述步骤S1还包括根据所述油枕支架的所有所述连接节点的内应力参数、以及所述油枕支架的所有所述立柱（1）和所有所述支撑梁（2）的尺寸，按照结构力学分析方法分析出所述油枕支架的所有所述立柱（1）和所有所述支撑梁（2）的受力情况；

所述步骤S2包括：根据所述油枕支架的所有所述立柱（1）和所有所述支撑梁（2）的受力情况，以及各立柱（1）和各支撑梁（2）的截面尺寸，根据《钢结构设计规范GB50017-2003》选取适当的模型和公式，验算所述油枕支架的所有所述立柱（1）和所有所述支撑梁（2）的截面尺寸是否满足《钢结构设计规范GB50017-2003》的要求。

6.根据权利要求5所述的油枕支架改造方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

对所述油枕支架进行抗倾覆计算，判断该油枕支架是否会倾覆，若是，则增加所述地脚螺栓的数目和/或对所述油枕支架添加加强筋。

7.根据权利要求6所述的油枕支架改造方法，其特征在于，所述对所述油枕支架进行抗倾覆计算包括：

计算所述油枕支架的倾覆力矩、抗倾覆力矩，并获取所述地脚螺栓的地脚螺栓实际数目，以及每个所述地脚螺栓的抗拉力设计值；

计算所述油枕支架不发生倾覆时所需要的地脚螺栓的地脚螺栓需用数目，当所述地脚螺栓需用数目大于所述地脚螺栓实际数目时，则判断该油枕支架会发生倾覆。

8.一种油枕支架，其特征在于，该油枕支架通过权利要求1-7任意一项所述的油枕支架改造方法改造而成。