CN106164395A - 具有开放式框架结构的格状塔、特别是电缆塔或电信塔、以及用于提高塔其稳定性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种格状塔(1)，具有由角形型材(3)构成的开放式框架结构，特别是电力高压线铁塔或电信塔，包括至少一个或多个在至少一个角形型材(3)的至少一部分长度上延伸的包层型材(9a、9b)，其中至少一个包层型材具有弯曲的入射流表面并且形成角形型材(3)的暴露于风的边缘的流屏蔽，其中入射流表面是至少近似球状弯曲的并且具有小于无屏蔽的角形型材(3)的流阻系数的流阻系数。

Description

具有开放式框架结构的格状塔、特别是电缆塔或电信塔、以及 用于提高塔其稳定性的方法
技术领域
本发明涉及一种具有角形型材的开放式框架结构的格状塔，特别是电缆塔或电信塔。
本发明还涉及用于提高具有角形型材的开放式框架结构的格状塔的、特别是电缆塔或电信塔的稳定性的方法。
在本发明的意义内格状塔被理解为包括例如用于接收高架输电线的塔。无线电塔或天线塔或电信塔同样地被理解为本发明的意义内的格状塔。然而，具有开放式框架结构的格状塔也可以是在网桥上的格状塔或电缆塔。最后，在本发明的意义内的格状塔也可以是用于安装风力发电机的塔。
在本发明的意义内的开放式框架结构被理解为包括具有支柱的框架结构，这些支柱不设置有填充物，并且该框架结构不是永久存在的并且不用于居住目的。
根据本发明的空气动力学包层设置有用于开放式框架结构的角形型材。
包括角形型材的框架结构具有以下优点，即它们特别轻并且单独的型材支柱可以例如通过铆钉、焊接或螺栓相对容易地彼此连接。
背景技术
这样的格状塔通常由上下布置的一排结构元件构成，其中每级形成具有三个或多个梯形框架面板的框架结构，每个面板由彼此稳固的角部支撑件构成。角部支撑件被设计为角形型材，并且连接角部支撑件的支柱同样地能被部分地设计为角形型材，并且部分地还设计为板型材。
这样的框架结构的设计通常服从于对支承负荷和作用在建筑上的风负荷的要求。
形成框架结构的结构元件的尺寸或尺寸设计，一方面取决于单独的元件的自由屈曲长度和单独的元件中占优的拉伸或压缩应力，并且另一方面取决于例如通过风负荷被引入建筑的纵向力和横向力的相互作用。
为了使该类型的格状构造或框架结构稳定，已知多种稳固系统，这些稳固系统在框架支柱的布置以及格状结构的总重方面最优化，例如在GB 675,859 A中描述了这样的系统。
用于预期的风负荷和支承负荷的框架结构的优化设计相对于优化重量通常存在相对少的问题。在现有的框架结构的情况下，例如在用于高架输电线的现有格状塔的情况下，可能必须不时修理和/或更换结构的零件。在一些情况下，这要求新的稳定性检查。现有的装置在一些情况下、特别是也由于提高的负荷要求或由于结构弱点而不能满足提高的稳定性要求，该结构弱点在存在相当长的一段时间之后将被预期到。
发明内容
在这种情况下，可能需要耗时的拉紧。本发明的目的是提供一种具有在随后的升级过程中能被相对简单地生产的设计的格状塔。
此外本发明的目的是提供一种作为随后的升级的一部分用于提高格状塔的稳定性的合适的方法。
该目的特别是通过权利要求1的特征并且通过权利要求11的特征来实现。
根据本发明的格状塔和用于提高格状塔的稳定性的方法的优选替代实施方式从从属权利要求变得明显。
根据本发明的一方面，提供一种具有角形型材的开放式框架结构的格状塔，特别是电缆塔或电信塔，包括至少一个或多个包层型材，该至少一个或多个包层型材在至少一个角形型材的长度的至少一部分上延伸，其中至少一个包层型材具有入射流表面并且形成角形型材的暴露于风的边缘的流屏蔽，其中入射流表面具有小于无屏蔽的角形型材的流阻系数的流阻系数。
入射流表面优选地是至少近似球状曲线形或具有多边形或多面形轮廓，其类似于球状或椭圆状的弧形轮廓。在本发明的意义内“多面形”被理解为是指类似于弧形轮廓的多边形表面。
在本发明的意义内角形型材被理解为是指例如T形型材、L形型材、I形型材、Z形型材、U形型材、C形型材等。
本发明利用以下事实，即建筑上的风负荷从参考压力与流阻系数以及建筑的暴露表面的乘积来确定。参考压力取决于空气密度和风速。流阻系数这里描述在相关的框架结构的结构元件周围、例如在角形型材周围的风流动的特征。型材的锐边趋于产生湍流并且因此比多面形或圆形边缘或者圆形或管状型材更易于受风负荷影响。与锐边角形型材的CW＝2.0的流阻系数相比，八边形具有例如CW＝1.3的流阻系数。
如果最初层状流动的流体的流率增大，则流动的特征从层流变化到中性并且然后变得不稳定，使得最初有秩序的流动变成波状的。结果，流阻系数显著增大。在尖锐的型材边缘，流阻系数CW(无量纲的)能呈现大约2.0的大小，然而，对于圆形元件或例如也对于球状元件，流阻系数大约在0.176和0.48之间，取决于雷诺数。在非常高的雷诺数的情况下，球体的流阻系数增大，然而在相对低的雷诺数的情况下它呈现低值。
本发明利用这些本身已知的流体机械情况。通过提供相应包层的格状塔，暴露的角形型材中的至少一些的流阻系数可以被显著降低，结果，建筑上的风负荷同样地被显著降低。在最简单的情况下，这可以例如通过角形型材的至少一个暴露的关键边缘用包层型材屏蔽来实现，其中包层型材具有圆形或曲线形的入射流表面。在格状塔的情况下，例如可以提供，借助于相应的包层型材屏蔽所有或一些角部支撑件或角部型材。这些包层型材能例如仅在相关的角形型材的长度的一部分上紧固到该角形型材，并且在不同情况下仅在角形型材的长度的一部分上屏蔽角形型材。在本发明的范围内同样可以仅相应地包层框架的结点。
根据本发明的另一方面，包层型材能被设计成具有沿着待被包层的角形型材的变化的横截面，以便因此防止引起旋涡的可能性，或者以便优化气动阻尼。
在格状塔结构的情况下，相关的包层型材能被布置成例如使得它屏蔽角形型材的顶点，该角形型材形成例如等腰三角形横截面。
在具有三个或四个角部支撑件的格状塔结构的情况下，该建筑通常被选择为使得角部支撑件被设计为具有基本上等腰三角形横截面的角形型材，其中相关的角形型材的顶点指向外。通过包层这些顶点获得风负荷的显著降低。
至少一个包层型材的曲线形入射流表面关于相关的型材边缘便利地对称布置。
特别是轻质塑料、铝或钢型材开始考虑为包层型材并且这些可以被设计为壳状元件，而且设计为实心型材。
在根据本发明的格状塔的优选的替代实施方式中，规定至少一个包层型材具有最大投影面积，该最大投影面积比无包层的角形型材的最大投影面积大不超过60％，优选地不超过40％，并且更优选地不超过20％。结果确保，被包括在风负荷的计算中的入射流表面没有以使得降低的流阻系数的优点因此被完全消除的方式而相对于无包层型材增大。
在例如具有近似弧形形状的入射流表面的包层型材的情况下，相关的包层型材的直径比被设计为角部型材的角形型材的对角线大至多20％。
在本发明的意义内近似球状曲线形的入射流表面也被理解为是椭圆状或抛物线形或不对称曲线形的入射流表面。
根据本发明的格状塔的替代实施方式的特征在于至少一个包层型材与至少一个角形型材形成结构单元。
在本发明的意义内结构单元被理解为是指包层型材和相关的角形型材彼此互补以形成承重支撑部件。
至少一个包层型材能例如借助于一个或多个类型的紧固被连接到至少一个角形型材，所述紧固选自包括粘结、铆接、焊接、夹紧、利用维可劳的紧固、捆绑、螺接、装订或发泡的组。这些类型的紧固的组合也是可能的。例如，包层型材可以粘结到相关的角形型材，但是同时角形型材也能额外地借助于围绕角形型材和包层型材被拉紧的带条、带等等紧固。
在本发明的有利实施方式中，规定至少一个包层型材补充角形型材以形成封闭的型材横截面。例如可以理解的是，包层型材仅封闭或覆盖角形型材的一个开放侧。
代替角形型材被补充以形成封闭的型材横截面，还可以规定，至少一个包层型材部分地或也完全地包围角形型材并且形成封闭的或近似封闭的型材横截面。为此目的，可以规定，包层型材包括多个元件，所述多个元件经由铰链、例如膜铰链彼此连接。
替代地可以规定，多个包层型材形成封闭的或近似封闭的型材横截面，其至少部分地包围角形型材。这些包层型材能例如可拆卸地彼此连接，但是替代地它们可以借助于围绕角形型材夹紧的夹紧元件、例如以局部重叠的方式被紧固到角形型材。在包层的优选且有利的替代实施方式中，规定多个包层型材彼此补充以形成封闭的或近似封闭的球状或椭圆状横截面。由一个或多个包层型材形成的型材横截面能完全包围角形型材。该型材横截面不必具有对称设计并且相反包层型材也可以形成不对称的椭圆状横截面。
这可以例如由两个包层型材实现，这两个包层型材被设计为壳状型材段，设置有不同的曲率半径，其中具有第一曲率半径的一个包层型材和具有第二曲率半径的第二包层型材彼此补充以形成封闭的型材横截面并且包围角形型材，其中第一曲率半径优选地小于第二曲率半径，并且第一曲率半径围绕角形型材的待被屏蔽的暴露边缘。
如果待被包层的角形型材例如是具有两个型材腿和一顶点的角形型材，该顶点能由具有小的第一曲率半径的第一包层型材屏蔽，然而角形型材的开放侧由具有较大的第二曲率半径的第二包层型材屏蔽。这样，入射流侧由第一角形型材限定，经由该入射流侧空气流在角形型材的腿部的自由端之上被引出。
如所提及的，至少一个或多个包层型材能被设计为壳状型材段，或替代地，特别是当在每一情况下包层型材旨在形成对角形型材的型材横截面的补充时，它们也能被设计为实心型材。
壳状型材段能与相关的角形型材间隔开布置；例如，壳状型材段能与角形型材隔开一定距离通过腹板安装。
在本发明的优选替代实施方式中，规定至少一个或多个包层型材的背侧设置有泡沫，其中泡沫同时提供关于相关的角形型材的粘附手段。
至少一个或多个包层型材也能被设计为壳状型材段，其自由边通过流苏、纤维或穿孔型材延伸。特别是作为这样的型材腿部的设计的结果，可以防止在型材腿部的自由端处形成湍流，因此也获得了相对有利的空气动力效应。
根据本发明的另一方面，提供一种用于利用至少一个包层型材提高具有角形型材的开放式框架结构的格状塔、特别是电缆塔或电信塔的稳定性的方法，其中该方法包括利用至少一个包层型材包层至少一个角形型材，该至少一个包层型材具有至少一个至少近似球状曲线形的或多面形的入射流表面，使得角形型材的至少一个暴露于风的边缘由相关的包层型材屏蔽，其中角形型材被补充或包层以形成基本上封闭的或近似封闭的、至少部分地并且至少近似圆形的或多面形的型材横截面。
该方法优选地特征在于，将格状塔随后升级以形成具有上述特征中的一个特征的空气动力学包层的格状塔。
在根据本发明的方法的有利的替代实施方式中，包层型材，特别是那些被设计为具有角形型材的结构单元的包层型材在框架结构的结点处连接，使得它们例如通过粘结、插塞在一起、夹紧、螺栓连接或螺丝接合，以压配合、互锁或结合方式与角形型材重叠和/或彼此重叠。这样，原始框架结构的整个支撑功能可以被由包层型材制造的外骨骼代替。
在这样的替代实施方式的方法中，包层型材优选地仅在框架结构的结点处彼此连接和/或连接到角形型材。
在上描述了格状塔的空气动力学包层的不同的替代实施方式，其中包层的上述替代实施方式可以组合地被施加在单个格状塔上。
在本发明的范围内，框架结构的所有型材和型材支柱的空气动力学包层是可能的，其中，如也在上指出的，也仅该格状塔的部分或者也仅框架的结点能被相应地包层。
包层型材能被形成为单个的型材壳段和单个的实心型材元件或者由多个不可分离地彼此连接的型材段形成。
该方法优选地包括借助于至少一个攀登机器人将包层型材紧固到具有框架结构的格状塔。
附图说明
借助于附图中所示的示例性实施方式在下文说明本发明，附图中：
图1示出了如用于保持高架输电线的高架输电塔的格状塔的示意图，
图2示出穿过根据第一替代实施方式具有根据本发明的空气动力学包层的图1所示的格状塔的角部支撑件的横截面，以及
图3以分解图示出穿过根据本发明的具有根据第二替代实施方式的空气动力学包层的图1所示的格状塔的角部支撑件的截面。
具体实施方式
图1中的格状塔1被设计为具有四个角部支撑件2的常规开放式钢框架建筑结构，在目前情况下该角部支撑件2被设计为开放式角形型材3，具有相等长度的两条腿4和顶点10。
如图1中可见的，在竖立格状塔的区域内，该格状塔占据相对大的占地面积，并且格状塔1的四个角部支撑件2在塔末端5的方向上会聚。在每一情况下，两个角部支撑件2与横撑6一起形成塔级(maststufe)的梯形面板。每个塔级整体由四个梯形面板描绘，并且多个塔级从格状塔1的基部竖直延伸到塔末端5。格状塔1的各级的各个面板被设计为具有对角线延伸的支柱的框架结构，该对角线延伸的支柱根据格状塔1的横向载荷的大小充当加压塔或张力塔。格状塔1由于其形状，该形状朝向塔末端5逐渐变细，而因风负荷并且因电线的支承负荷而在格状塔1具有预期的弯曲应力。电线7以已知的方式从塔横臂8悬挂下来。塔横臂8的几何结构适于因电线7的重量造成的预期的弯曲力矩分布。
图2示出了在本申请的意义内作为角形型材3的格状塔1的角部支撑件2的截面的视图，其例示了根据本发明的第一示例性实施方式。
设置在格状塔1上的横撑6、设置在所述横撑上的对角线支柱以及其他结构元件同样能在本发明的意义内以相应的空气动力学方式被包层为角形型材。
两个包层型材、设计为具有第一曲率半径的型材壳段的第一包层型材9a和设计为具有第二曲率半径的第二型材壳段的第二包层型材9b，在角部支撑件2处被紧固为空气动力学包层。
第一包层型材9a和第二包层型材9b两者可以被设计为例如呈塑料壳的形式，其可以粘结、螺接、铆接、钉到或以其他方式连接到角形型材3。第一包层型材9a被设计为具有较小的第一曲率半径的曲线形型材壳，而第二包层型材9b同样被设计为具有较大的第二曲率半径的曲线形型材壳。包层型材9a和9b两者完全包围角形型材并且形成封闭的、不对称的椭圆状横截面。
第一包层型材9a形成入射流表面，其屏蔽并围绕对称设计的角形型材3的顶点10。第一包层型材9a在对称的角形型材3的腿4的端部的区域中连接至所述对称的角形型材3，或紧固到所述对称的角形型材3。包覆并且屏蔽角形型材3的与顶点10相对的开放侧的第二包层型材9b具有相对较大的曲率半径并且同样地在角形型材3的腿4的端部的区域中紧固到角形型材3。
在图2所示的示例性实施方式中，主要提供顶点10的流屏蔽，并且第一包层型材9a因此关于顶点10对称布置并且形成流型材的迎风面，而第二包层型材9b形成背风面。
在附图中，总体上包围角形型材3的包层被设计为封闭的，但是本发明将被理解为使得型材表面不需要被完全封闭并且相反它也可以被设计为仅在背风面(第二包层型材9b)部分封闭。
如在图2在附图中也特别可见的，第一包层型材9a的并且因此整个包层型材横截面的最大直径比连接角形型材3的腿4的端部的对角线大1.2倍。换言之，完全包层的角形型材3的投影面积比无包层的角形型材3的投影面积大1.2倍。
在图3所示的空气动力学包层的替代实施方式中，同样提供第一包层型材9a和第二包层型材9b，第一和第二包层型材分别被设计为实心型材，它们同样以形状配合或结合方式连接到角形型材3的腿4。根据第二示例性实施方式的包层型材9a、9b补充对称的角形型材3以形成不对称的椭圆状型材，其类似于圆形横截面。
附图标记列表
1 格状塔
2 角部支撑件
3 角形型材
4 腿
5 塔末端
6 横撑
7 电线
8 塔横臂
9a 第一包层型材
9b 第二包层型材
10 顶点

Claims (15)

1.一种具有角形型材(3)的开放式框架结构的格状塔(1)，特别是电缆塔或电信塔，包括至少一个或多个在至少一个角形型材(3)的长度的至少一部分上延伸的包层型材(9a、9b)，其中至少一个包层型材(9a、9b)具有入射流表面并且形成所述角形型材(3)的暴露于风的边缘的流屏蔽，其中所述入射流表面具有小于无屏蔽的角形型材(3)的流阻系数的流阻系数。
2.如权利要求1所述的格状塔，其特征在于，所述入射流表面是至少近似球状曲线形的或者具有至少类似于球状或椭圆状的弧形轮廓的多边形轮廓。
3.如权利要求1或2所述的格状塔，其特征在于，所述至少一个包层型材(9a、9b)的曲线形的入射流表面关于所述边缘对称布置。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的格状塔，其特征在于，所述至少一个包层型材(9a、9b)具有比无包层的角形型材(3)的最大投影面积大不超过60％、优选地不超过40％、并且更优选地不超过20％的最大投影面积。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的格状塔，其特征在于，所述至少一个包层型材(9a、9b)与至少一个角形型材(3)一起形成结构单元。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的格状塔，其特征在于，所述至少一个包层型材(9a、9b)借助于选自包括粘结、铆接、焊接、夹紧、利用维可牢紧固、捆绑、螺接、装订或发泡的组的一个或多个类型的紧固而紧固到至少一个角形型材(3)。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的格状塔，其特征在于，多个包层型材(9a、9b)交叉于框架结构的结点彼此连接和/或连接到所述框架的至少一个角形型材(3)，从而形成结构单元。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的格状塔，其特征在于，至少一个包层型材(9a、9b)补充所述角形型材(3)以形成封闭的型材横截面。
9.如权利要求1至7中的任一项所述的格状塔，其特征在于，多个包层型材(9a、9b)形成封闭的或近似封闭的型材横截面，从而至少部分地包围所述角形型材。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的格状塔，其特征在于，多个包层型材(9a、9b)互相补充以形成封闭的或近似封闭的球状或椭圆状的横截面。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的格状塔，其特征在于，所述至少一个或多个包层型材(9a、9b)被设计为壳状型材段。
12.如权利要求11所述的格状塔，其特征在于，所述至少一个或多个包层型材(9a、9b)在背侧设置有泡沫。
13.如权利要求11或12所述的格状塔，其特征在于，至少一个壳状型材段包括型材腿，其中至少一个型材腿的至少一个自由端受磨损或者具有降低流阻和/或增大气动阻尼的带或孔或至少一个额外的穿孔型材。
14.一种用于利用至少一个包层型材提高具有角形型材的开放式框架结构的格状塔的稳定性的方法，所述格状塔特别是电缆塔或电信塔，该方法包括将至少一个角形型材用所述包层型材包层，所述包层型材具有至少一个至少近似球状曲线形的入射流表面，以此方式使得所述角形型材的至少一个暴露于风的边缘由所述包层型材屏蔽，并且使得所述角形型材至少部分地被补充或包层，以形成基本上封闭的或近似封闭的、至少部分地圆形或多面形的型材横截面。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，之后升级格状塔以形成如权利要求1至13中的任一项所述的空气动力学包层的格状塔。
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