CN105298202B - 一种输电铁塔地线支架角钢屈曲监控方法和监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电铁塔地线支架角钢屈曲监控方法和监控系统，包括应变片、应力测试仪、无线传输设备和远程服务器，所述应变片通过导线连接到应力测试仪，所述应力测试仪通过无线传输设备连接到远程服务器。本发明根据输电铁塔设计软件和钢结构计算软件对要监控的输电铁塔地线支架计算结果，找到受压力最大的角钢，将光学应变片按规定的方法安装在角钢上，将应变片、应力测试仪、无线传输设备、远程服务器组合成输电铁塔地线支架角钢屈曲监控系统，再加上独创的角钢抗拉强度计算方法、角钢应力预警值计算方法，确保被监控的铁塔地线支架工作状态能实时、安全、可靠地监控预警，减少输电线路融冰和抢险的盲目性，增加了决策的科学性和可靠性。

Description

一种输电铁塔地线支架角钢屈曲监控方法和监控系统

技术领域

本发明涉及一种输电铁塔地线支架角钢屈曲监控方法和监控系统，属于输电技术领域。

背景技术

输电电路是由铁塔、输电导线、绝缘子、金具等组成，在恶劣天气下造成的风载、覆冰重量的荷载均由铁塔传到地面，铁塔结构是否可靠才是输电线路是否能抵御恶劣天气的关键，在线路覆冰的情况，由于地线没有电流通过，地线的覆冰状况要比输电导线严重得多，铁塔的倒覆往往由地线支架屈曲引起铁塔整体受力不均造成，所以对铁塔地线支架角钢屈曲的监控才是预防输电铁塔倒覆的根本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种输电铁塔地线支架角钢屈曲监控方法和监控系统，确保被监控的铁塔地线支架工作状态能实时、安全、可靠地监控预警，减少输电线路融冰和抢险的盲目性，增加了决策的科学性和可靠性。

本发明采取的技术方案为：一种输电铁塔地线支架角钢屈曲监控方法，该方法包括以下步骤：

(1)选取地线支架受力最大的受压角钢，在角钢任一端连接肢上距螺孔200mm处打磨20mm长度的光面，并用粒度120#砂布抛光；

(2)用里氏硬度计在角钢抛光处距连接肢翼板棱线3mm处测三点布氏硬度，取平均值，先根据平均硬度推算出推算抗拉强度σ_bHB，再根据角钢翼板宽度计算角钢抗拉强度σ_b；

(3)在角钢抛光处划一横线，在横线上分别划三条与横线垂直短线A、B、C，A线距连接肢翼板棱线10mm，B线位于连接肢翼板中线、C线距连接肢翼板外缘10mm；

(4)在A线、B线、C线交叉部位处分别安装A应变片、B应变片和C应变片，A应变片、B应变片和C应变片的0°方向分别都与连接肢翼板长轴平行；

(5)将安装好的ABC三片应变片连接好到应力测试仪；

(6)将应力测试仪依次连接到无线传输设备和远程服务器组合成输电铁塔地线支架角钢屈曲监控系统，在输电铁塔地线支架角钢屈曲监控系统里设置角钢屈曲应力预警值，系统自动监控A、B、C应变片的应力测量值，即时预警。

优选的，上述推算抗拉强度σ_bHB等于根据德国标准DIN50150的钢强度硬度对照表按角钢布氏硬度推算出的抗拉强度值。

优选的，上述步骤(2)中角钢抗拉强度σ_b，

角钢翼板宽度<46mm时，则

σ_bHB----推算抗拉强度

σ_b-----角钢抗拉强度

b-----角钢肢宽

角钢翼板宽度≥46mm，则

σ_b＝σ_bHB

σ_bHB----推算抗拉强度

σ_b-----角钢抗拉强度

优选的，上述步骤(6)中

角钢屈曲应力预警值＝0.7×σ_b×(1.0365x²-0.0773x-0.60)

x---预加载荷力N₀/临界力F

σ_b---角钢抗拉强度

公式中角钢预加载荷力N₀为角钢未装应变片时受的压力，公式中角钢临界力F由材料力学欧拉公式计算得出。

一种输电铁塔地线支架角钢屈曲监控系统，包括应变片、应力测试仪、无线传输设备和远程服务器，所述应变片通过导线连接到应力测试仪，所述应力测试仪通过无线传输设备连接到远程服务器。

优选的，上述远程服务器连接有预警装置。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明根据输电铁塔设计软件和钢结构计算软件对要监控的输电铁塔地线支架计算结果，找到受压力最大的角钢，将光学应变片按规定的方法安装在角钢上，将应变片、应力测试仪、无线传输设备、远程服务器组合成输电铁塔地线支架角钢屈曲监控系统，再加上独创的角钢抗拉强度计算方法、角钢屈曲应力预警值计算方法，确保被监控的铁塔地线支架工作状态能实时、安全、可靠地监控预警，减少输电线路融冰和抢险的盲目性，增加了决策的科学性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的角钢应变片布置图；

图2为本发明的装置结构连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1～图2所示，一种输电铁塔地线支架角钢屈曲监控方法，该方法包括以下步骤：

(1)选取地线支架受力最大的受压角钢，在角钢任一端连接肢上距螺孔200mm处打磨20mm长度的光面，并用粒度120#砂布抛光；

(2)用里氏硬度计在角钢抛光处距连接肢翼板棱线3mm处测三点布氏硬度，取平均值，先根据平均硬度推算出推算(理论)抗拉强度σ_bHB，再根据角钢翼板宽度计算角钢抗拉强度σ_b；

(3)在角钢抛光处划一横线，在横线上分别划三条与横线垂直短线A、B、C，A线距连接肢翼板棱线10mm，B线位于连接肢翼板中线、C线距连接肢翼板外缘10mm；

(4)在A线、B线、C线交叉部位处分别安装A应变片、B应变片和C应变片，A应变片、B应变片和C应变片的0°方向分别都与连接肢翼板长轴平行；

(5)将安装好的ABC三片应变片连接好到应力测试仪，并作好加固、角钢防腐处理；

(6)将应力测试仪依次连接到无线传输设备和远程服务器组合成输电铁塔地线支架角钢屈曲监控系统，在输电铁塔地线支架角钢屈曲监控系统里设置角钢屈曲应力预警值，系统自动监控A、B、C应变片的应力测量值，即时预警。

优选的，上述实施例1中推算抗拉强度σ_bHB等于根据德国标准DIN50150的钢强度硬度对照表按角钢布氏硬度推算出的抗拉强度值。

优选的，上述实施例1中步骤(2)中角钢抗拉强度σ_b，

角钢翼板宽度<46mm时，则

σ_bHB----推算抗拉强度

σ_b-----角钢抗拉强度

b-----角钢肢宽

角钢翼板宽度≥46mm，则

σ_b＝σ_bHB

σ_bHB----推算抗拉强度

σ_b-----角钢抗拉强度

角钢抗拉强度σ_b＝推算抗拉强度σ_bHB

优选的，上述步骤(6)中

角钢屈曲应力预警值＝0.7×σ_b×(1.0365x²-0.0773x-0.60)

x---预加载荷力N₀/临界力F

σ_b---角钢抗拉强度

公式中角钢预加载荷力N₀为角钢未装应变片时受的压力，公式中角钢临界力F由材料力学欧拉公式计算得出。

实施例2：如图1～图2所示，一种输电铁塔地线支架角钢屈曲监控系统，包括应变片、应力测试仪、无线传输设备和远程服务器，所述应变片通过导线连接到应力测试仪，所述应力测试仪通过无线传输设备连接到远程服务器，远程服务器上有监视屏，通过监视屏能够实时地了解应力数据的变化情况，远程服务器连接有预警装置，当从实地反馈到系统的计算数据大于抗拉强度预警值时，远程服务器控制预警装置进行预警。

实施例3：上述实施例1中角钢临界力F的计算，材料力学欧拉公式推算如下：

根据临界应力总图，

当时，临界应力

当时，σ_cr＝a-bλ；

当时，

上述公式中：F---细长压杆的临界力；

σ_cr---细长压杆的临界应力；

A---细长压杆的截面积；

E---材料弹性模量；

σ_s---材料屈服强度；

σ_p--材料比例极限；

a、b---系数，与材料有关；

λ----压杆的细长比。

根据输电铁塔危险点使用角钢规格、长度，计算角钢压杆的细长比(柔度)λ、经过比较，选取合适的临界应力σ_cr计算方法计算临界应力σ_cr和临界力F。

实施例4：角钢抗拉强度σ_b与推算抗拉强度σ_bHB关系研究

上述实施例1中角钢抗拉强度σ_b的计算，根据角钢临界应力的测试得到的角钢布氏硬度、角钢抗拉强度σ_b试验数据，用角钢布氏硬度按强度硬度对照表(德国标准DIN50150)推算出的推算抗拉强度σ_bHB，再用推算抗拉强度σ_bHB/角钢抗拉强度σ_b，得到角钢抗拉强度σ_b与推算抗拉强度σ_bHB关系数据，如表1所示：

表1：角钢抗拉强度σ_b与推算抗拉强度σ_bHB关系数据

对表1中角钢尺寸进行圆整和σ_bHB/σ_b比值平均，并进行线性拟合，得到角钢肢宽b小于46mm角钢的角钢抗拉强度σ_b与推算抗拉强度σ_bHB关系线性拟合表，角钢肢宽b大于46mm角钢的角钢抗拉强度σ_b与推算抗拉强度σ_bHB关系取相等，如表2所示：

表2：推算抗拉强度σ_bHB/角钢抗拉强度σ_b与角钢肢宽b线性关系表

根据表2的线性系数a和线性系数c分别取平均值，得到推算抗拉强度σ_bHB/角钢抗拉强度σ_b与角钢肢宽b关系公式：

式中：σ_bHB----推算抗拉强度；

σ_b-----角钢抗拉强度；

b-----角钢肢宽。

通过公式(1)和实验数据，得到角钢抗拉强度σ_b与推算抗拉强度σ_bHB、角钢肢宽b关系如下：

A.对于角钢肢宽b小于46mm角钢

式中：σ_bHB----推算抗拉强度；

σ_b-----角钢抗拉强度；

b-----角钢肢宽。

B.对于角钢肢宽b大于等于46mm角钢

σ_b＝σ_bHB

实施例5：角钢屈曲应力预警值研究

上述实施例1中角钢屈曲应力预警值的计算，根据角钢临界应力的测试得到的三张应变片和一张应变花测试试验、三张应变片和三张应变片测试试验的数据，将相似角钢试件的无预加载和预加载试验数据进行比对分析，比对将结果如表3所示。

表3：无预加载和预加载试验数据比对表

对表3中尺寸圆整∠38.3×3.5角钢σ_max/σ_b平均值和预加载荷力/临界力进行线性拟合，得

y＝0.37x-0.56 (3)

式中：y---σ_max/σ_b；

x---预加载荷力N₀/临界力F；

σ_max---应变片处屈曲应力；

σ_b---角钢抗拉强度。

对表3中∠46×3.5角钢σ_max/σ_b平均值和预加载荷力/临界力进行线性拟合，得

y＝0.14x-0.64 (4)

式中：y---σ_max/σ_b；

x---预加载荷力N₀/临界力F；

σ_max---应变片处屈曲应力；

σ_b---角钢抗拉强度。

经过对公式(3)和公式(4)的系数进行再次线性拟合整理，得到

y＝kx-0.60

k＝1.0365x-0.0773

即

y＝1.0365x²-0.0773x-0.60 (5)

式中：y---σ_max/σ_b；

x---预加载荷力N₀/临界力F；

σ_max---应变片处屈曲应力；

σ_b---角钢抗拉强度。

经过数据分析，得到如下结论：

通过设计分析，铁塔地线支架角钢的预加载荷/理论临界力的值为x,那么角钢屈曲的时应变片最大应力与角钢抗拉强制之比y(σ_max/σ_b)通过以下公式计算

y＝1.0365x²-0.0773x-0.60 (6)

式中：y---σ_max/σ_b；

x---预加载荷力N₀/临界力F；

σ_max---应变片处屈曲应力；

σ_b---角钢抗拉强度。

求出用σ_max后，再乘上一个安全系数，建议取0.7，就可以作为铁塔地线支架角钢屈曲力预警值，即

角钢屈曲应力预警值＝0.7×σ_b×(1.0365x²-0.0773x-0.60) (7)

式中：x---预加载荷力N₀/临界力F；

σ_b---角钢抗拉强度。

上述公式中角钢预加载荷力N₀为角钢未装应变片时受的压力，公式中角钢临界力F由实施例3中的材料力学欧拉公式计算得出。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种输电铁塔地线支架角钢屈曲监控方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)选取地线支架受力最大的受压角钢，在角钢任一端连接肢上距螺孔200mm处打磨20mm长度的光面，并用粒度120#砂布抛光；

(2)用里氏硬度计在角钢抛光处距连接肢翼板棱线3mm处测三点布氏硬度，取平均值，先根据布氏硬度推算出推算抗拉强度σ_bHB，再根据角钢翼板宽度计算角钢抗拉强度σ_b；

(3)在角钢抛光处划一横线，在横线上分别划三条与横线垂直短线A、B、C，A线距连接肢翼板棱线10mm,B线位于连接肢翼板中线、C线距连接肢翼板外缘10mm；

(4)在A线、B线、C线交叉部位处分别安装A应变片、B应变片和C应变片，A应变片、B应变片和C应变片的0°方向分别都与连接肢翼板长轴平行；

(5)将安装好的ABC三片应变片连接好到应力测试仪；

(6)将应力测试仪依次连接到无线传输设备和远程服务器组合成输电铁塔地线支架角钢屈曲监控系统，在输电铁塔地线支架角钢屈曲监控系统里设置角钢屈曲应力预警值，系统自动监控A、B、C应变片的应力测量值，即时预警；

所述步骤(2)中角钢抗拉强度σ_b，

角钢翼板宽度<46mm时，则

σ_bHB----推算抗拉强度

σ_b-----角钢抗拉强度

b-----角钢肢宽

角钢翼板宽度≥46mm，则

σ_b＝σ_bHB

σ_bHB----推算抗拉强度

σ_b-----角钢抗拉强度。

2.根据权利要求1所述的一种输电铁塔地线支架角钢屈曲监控方法，其特征在于：所述推算抗拉强度σ_bHB等于根据德国标准DIN50150的钢强度硬度对照表按角钢布氏硬度推算出的抗拉强度值。

3.根据权利要求1所述的一种输电铁塔地线支架角钢屈曲监控方法，其特征在于：所述步骤(6)中

角钢屈曲应力预警值＝0.7×σ_b×(1.0365x²-0.0773x-0.60)

x---预加载荷力N₀/临界力F

σ_b---角钢抗拉强度

公式中角钢预加载荷力N₀为角钢未装应变片时受的压力，公式中角钢临界力F由材料力学欧拉公式计算得出。