CN105839976A - 输电铁塔角钢的补强方法及构件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电铁塔角钢的补强构件，包括角钢构件与加固件，所述加固件分别与角钢构件两侧壁固接。有益效果为：新的组合截面由原抗扭刚度很差的单角钢截面变为抗扭刚度极好、抗弯刚度很好的箱型截面，具有整体性好、稳定性强、施工简便、不削弱原角钢截面的优点，且克服了“替换杆件法”因拆除杆件而产生的各种困难与危险，能有效弥补现行“十”字双肢角钢补强技术的不足，具有良好的力学性能与应用前景。

Description

输电铁塔角钢的补强方法及构件

技术领域

本发明涉及输电铁的补强技术，尤其涉及一种输电铁塔角钢的补强方法及构件。

背景技术

我国工业与民用等各领域对电力资源的需求日益增加。然而，由于我国独特的地理特征，电力资源充沛的地区与电力需求紧张的地区往往相隔甚远，这就使得大规模、长距离、跨越复杂环境区的高压、特高压输电线路，成为保障经济社会发展的必备基础设施，而输电铁塔结构的安全可靠，更是输电线路正常运行的基本保障。因此，维持输电铁塔结构的安全可靠十分重要。

《电网技术》于2009年7月刊登的文章《输电铁塔主材加固方法试验》一文，曾提出在待加固角钢肢背添加相同规格角钢，形式“十”字双拼组合角钢的方法进行加固工作。但该方法因具有耗材较多，形成的新“十”字组合角钢占用空间大、荷载偏心率大，需在原角钢上打孔而削弱原截面等不利因素，其实施过程受到较多限制，难以广泛应用。

目前，对于输电铁塔中存在问题的角钢构件，常用的处理方法是“替换杆件”法，即将原杆件拆除，而将预先加工好的新杆件安装在原有杆位上。但这样的处理方法具有如下不足之处：

1)原塔杆件拆除后，拆除部位对整体结构的局部支撑作用将暂时消失，输电铁塔结构的整体刚度将发生改变，加之输电铁塔体型、荷载均十分巨大，这往往会使整塔结构产生难以逆转的永久变形。即使在拆除前设置了临时支撑设施，也难以根除这种不利影响。与此同时，拆除的杆件越为关键、承载力越大，拆除后整塔结构永久变形的幅值也越大，甚至引起结构失效的危险。这就意味着现有的替换杆件技术，难以在铁塔的关键构件上得到应用。

2)原塔杆件拆除后，由于结构局部传力体系的改变，整塔将难以避免的产生内力重分布。内力重分布的出现，有很大的可能使原设计受力较小的杆件承受较大的荷载，从而产生新的薄弱杆件。且由于此薄弱杆件在检测工作完成之后产生，其危险性难以被重新发现，因此对原结构将产生无法预料的危害，隐患十分巨大。当拆除杆件为整体结构的关键、敏感构件时，这一隐患将更为严重。

3)原塔杆件拆除后，由于整塔刚度的改变，铁塔上连接原杆件两端的节点，其空间位置将发生变化。这就意味着，按原杆件的几何尺寸加工出的新杆件，将难以安装在原有铁塔上。即使节点微小的变形，也将给新杆件的安装带来很大的困难。就算是强行安装上去，也会使铁塔再次产生内力重分布。其后果无法预料。

发明内容

本发明目的在于克服以上现有技术之不足，提供一种输电铁塔角钢的补强构件，具体有以下技术方案实现：

所述输电铁塔角钢的补强方法，在输电铁塔角钢构件的内侧设置一个角状加固件，加固件的两棱边分别与输电铁塔角钢构件的两棱边固接，形成支撑部。

所述输电铁塔角钢补强方法的进一步设计在于，所述角状加固件通过焊接的方式与输电铁塔角钢构件的两棱边固接。

所述输电铁塔角钢补强方法的进一步设计在于，所述角状加固件采用加固角钢件。

根据所述的输电铁塔角钢的补强方法，提供一种输电铁塔角钢的补强构件，其特征在于包括角钢构件与加固件，所述加固件分别与角钢构件两侧壁固接。

所述构件的进一步设计在于，所述加固件为加固角钢件。

所述构件的进一步设计在于，所述加固角钢件为直角角钢件。

所述构件的进一步设计在于，所述加固角钢件的两棱边分别设有带斜边的切棱。

所述构件的进一步设计在于，所述加固角钢件的两棱边分别与角钢构件的两侧壁对应固接。

所述构件的进一步设计在于，所述加固角钢件的两棱边分别通过对应切棱处与角钢构件的两侧壁焊接，实现与角钢构件的固接。

本发明的优点如下：

本发明提供的补强构件，其新的组合截面由原抗扭刚度很差的单角钢截面变为抗扭刚度极好、抗弯刚度很好的箱型截面，具有整体性好、稳定性强、施工简便、不削弱原角钢截面的优点，且克服了“替换杆件法”因拆除杆件而产生的各种困难与危险，能有效弥补现行“十”字双肢角钢补强技术的不足，具有良好的力学性能与应用前景。

附图说明

图1是本发明提供的输电铁塔角钢的补强构件的结构示意图。

图2是现有的的输电铁塔角钢的补强结构示意图。

图3为角钢加固件的结构示意图。

图4为原塔角钢截面的结构示意图。

图5为焊后组合构件截面的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方案进行详细说明。

本实施例提供的输电铁塔角钢的补强方法，在输电铁塔角钢构件的内侧设置一个角状加固件，加固件的两棱边分别与输电铁塔角钢构件的两棱边固接，形成支撑部。

角状加固件通过焊接的方式与输电铁塔角钢构件的两棱边固接。角状加固件采用加固角钢件。

本实施例提供的输电铁塔角钢的补强构件，包括角钢构件与加固件，加固件分别与角钢构件两侧壁固接。本实施例采用的加固件为直角角钢件。直角角钢件的两棱边分别设有带斜边的切棱。直角角钢件的两棱边分别通过对应切棱处与角钢构件的两侧壁焊接，实现与角钢构件的固接。

现以输电铁塔中常用角钢规格为例进行说明。

其中，原塔角钢截面采用L50×4.0；加固角钢截面采用L45×4.0，切角高度同肢厚，见图4.所示。

组合后构件截面特性，按下式进行计算。

式中，下角标“1”、“2”，分别代表原塔角钢与贴焊钢管，无下角标的各符号，代表组合构件。

(1)面积A：

A＝A₁+A₂ (1)

(2)对x，y轴面积矩：

$\begin{array}{c}{S}_x={\∫\∫}_A\mathrm{xdxdy}\\ ={\∫\∫}_{A1}\mathrm{xdxdy}+{\∫\∫}_{A2}\mathrm{xdxdy}\\ ={\∫\∫}_{A1}(x-Z_1+Z_1)\mathrm{dxdy}+{\∫\∫}_{A2}[x-(b_2-t_2-Z_2)+(b_2-t_2-Z_2)]\mathrm{dxdy}\\ =0+Z_0{\∫\∫}_{A1}\mathrm{dxdy}+0+(b_2-t_2-Z_2){\∫\∫}_{A2}\mathrm{dxdy}\\ =Z_0{A}_1+(b_2-t_2-Z_2)A_2\end{array}---(2-1)$

同理可知：

S_y＝Z₀A₁+(b₂-t₂-Z₂)A₂ (2-2)

式中：Z₁、Z₂分别为原角钢、加固角钢截面重心距，本例中Z₁＝13.8mm、Z₁＝12.2mm；t₁、t₂分别为原角钢、加固角钢截面肢厚，本例中t₁＝4mm、t₁＝3mm。

(3)形心的x，y坐标：

$x_C=\frac{S_x}{A}=\frac{{\∫}_A\mathrm{xdx}}{A}---(3-1)$

$y_C=\frac{S_y}{A}=\frac{{\∫}_{A}y}{A}---(3-2)$

(4)通过形心的x、y方向截面惯性矩：

$\begin{array}{c}{I}_x={\∫\∫}_A{(x-x_C)}^2\mathrm{dxdy}\\ ={\∫\∫}_{A1}{(x-x_C)}^2\mathrm{dxdy}+{\∫\∫}_{A2}{(x-x_C)}^2\mathrm{dxdy}\\ ={\∫\∫}_{A1}{(x-x_{C1}+x_{C1}-x_C)}^2\mathrm{dxdy}+{\∫\∫}_{A2}{(x-x_{C2}+x_{C2}-x_C)}^2\mathrm{dxdy}\\ ={\∫\∫}_{A1}[{(x-x_{C1})}^2+2(x-x_{C1})(x_{C1}-x_C)+{(x_{C1}-x_C)}^2]\mathrm{dxdy}\\ +{\∫\∫}_{A2}[{(x-x_{C2})}^2+2(x-x_{C2})(x_{C2}-x_C)+{(x_{C2}-x_C)}^2]\mathrm{dxdy}\\ =I_{x1}+0+{(x_{C1}-x_C)}^2{\∫\∫}_{A1}\mathrm{dxdy}+I_{x2}+0+{(x_{C2}-x_C)}^2{\∫\∫}_{A2}\mathrm{dxdy}\\ =I_{x1}+{(x_{C1}-x_c)}^2{A}_1+I_{x2}+{(x_{C2}-x_C)}^2{A}_2\end{array}---(4-1)$

同理可知：

I_y＝I_y1+(y_C1-y_C)²A₁+I_y2+(y_C2-y_C)²A₂ (4-2)

(5)截面惯性积：

I_xy＝∫∫_Axydxdy ⁽⁵⁾

(6)截面弱主轴惯性矩：

$I_{\min }=\frac{I_x+I_y}{2}-\frac{1}{2}\sqrt{{(I_x-I_y)}^2+4{I_{\mathrm{xy}}}^2}---\left(6\right)$

(7)截面绕弱主轴回转半径：

$i_{\min }=\sqrt{\frac{I_{\min }}{A}}---\left(7\right)$

由上述计算式，可获得贴焊钢管补强后组合角钢的各项截面特性，将计算结构列于表1。由表中可知，贴焊钢管能极大提高构件的各项截面参数。

表1原角钢截面与补强后组合截面参数对比表

通过表1及图4、图5可以看出，

1.加固后的组合构件，其截面形心距原角钢构件截面形心很近。角钢补强后，组合截面的荷载偏心率变化十分微小，甚至会有所降低。

2.加固后的组合构件，其截面回转半径的提升幅度为76.8％，将极大改善被补强构件的稳定性；

加固后的组合构件，其截面惯性矩提升幅度高达476.3％，达原角钢构件惯性矩的5.8倍，使得补强后构件刚度得到明显提升，进一步提高了结构的适用性与安全性。

Claims (9)

1.一种输电铁塔角钢的补强方法，其特征在于，在输电铁塔角钢构件的内侧设置一个角状加固件，加固件的两棱边分别与输电铁塔角钢构件的两棱边固接，形成支撑部。

2.根据权利要求1所述的补强方法，其特征在于所述角状加固件通过焊接的方式与输电铁塔角钢构件的两棱边固接。

3.根据权利要求1所述的补强方法，其特征在于所述角状加固件采用加固角钢件。

4.如权利要求1-3任一项所述的输电铁塔角钢的补强方法，提供一种输电铁塔角钢的补强构件，其特征在于包括角钢构件与加固件，所述加固件分别与角钢构件两侧壁固接。

5.根据权利要求4所述的构件，其特征在于所述加固件为加固角钢件。

6.根据权利要求5所述的构件，其特征在于所述加固角钢件为直角角钢件。

7.根据权利要求5所述的构件，其特征在于所述加固角钢件的两棱边分别设有带斜边的切棱。

8.根据权利要求7所述的构件，其特征在于所述加固角钢件的两棱边分别与角钢构件的两侧壁对应固接。

9.根据权利要求8所述的构件，其特征在于所述加固角钢件的两棱边分别通过对应切棱处与角钢构件的两侧壁焊接，实现与角钢构件的固接。