CN108918272A - 一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统 - Google Patents

Abstract

一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统，固定钢梁通过螺栓与地面固定连接，固定钢梁与可动钢梁之间通过加载钢梁、压力传感器和千斤顶连接；加载钢梁和可动钢梁底部固接的钢垫板通过多个滚轴与地面连接；结构模型的下端的四个支座两两的分别与可动钢梁和固定钢梁固定连接；结构模型的上部通过钢丝绳连接加载平台，加载平台上放置有若干个加载砝码；上下间隔设置的两个作动器的底座端均与混凝土墙固定连接、伸缩端分别与结构模型左侧的顶部和中部固定连接。该试验系统能便于开展输电铁塔水平荷载与地基拉伸作用的试验，能为输电铁塔在水平荷载和地基拉伸作用下的结构安全性能研究提供理论依据，其结构简单，安装方便，可靠性高。

Description

一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统

技术领域

本发明涉及一种试验系统，具体是一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统。

背景技术

输电线路铁塔简称输电铁塔或电力铁塔，是用于支撑、承载输电线路的空间桁架结构的铁塔，这种铁塔一般是采用角钢、钢板或钢管部件制作，并采用螺栓连接和焊接连接组合连接而成。

由于地理条件的限制，一些输电铁塔不得不建在地质软弱、多年冻土、地铁开挖和矿山开采地区。这些地区地质灾害严重，会造成地基开裂、下沉、不均匀沉降等变形，因地表变形使输电铁塔容易在水平方向上受到拉伸或压缩作用力影响，即地基拉伸作用，进而使输电铁塔结构发生破坏、塔身变形失稳，甚至会导致倾覆倒塔的安全事故，具有极大的安全隐患。同时，输电铁塔也要受水平荷载的作用，因此，对遭受地质灾害影响的输电铁塔，评估水平荷载及地基拉伸作用对其影响，具有非常重要的意义。

为确保输电铁塔在水平荷载与地基拉伸的耦合作用下的结构安全性，急需设计一种构造简单，安装方便，通用性强的铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统，以便于开展输电铁塔水平荷载与地基拉伸作用的试验研究。

发明内容

本发明提供一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统，该试验系统能便于开展输电铁塔水平荷载与地基拉伸作用的试验，能为输电铁塔在水平荷载和地基拉伸作用下的结构安全性能研究提供理论依据，其结构简单，安装方便，可靠性高。

为了实现上述目的，本发明提供一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统，包括混凝土墙、结构模型、可动钢梁和固定钢梁；

混凝土墙、可动钢梁和固定钢梁由左到右依次相平行地设置；

可动钢梁下端的前部和后部固定连接有向右侧相平行延伸的两个钢垫板，每个钢垫板与地面之间均布置有沿其长度方向均匀的多个滚轴；固定钢梁通过固定螺杆固定于地面上；

在可动钢梁和固定钢梁之间设置有相平行的两根加载钢梁和两个千斤顶，两根加载钢梁的左端分别与可动钢梁的前部和后部固定连接，两根加载钢梁的下端对应地固定连接在两个钢垫板的上端，两个千斤顶的底座分别与固定钢梁的前部和后部固定连接，两根加载钢梁的右端分别通过两个压力传感器与两个千斤顶的杆端固定连接；

所述结构模型的下端具有四个支座，位于左侧的两个支座分别与可动钢梁的前部和后部固定连接；位于右侧的两个支座分别与固定钢梁的前部和后部固定连接；结构模型的上部通过钢丝绳连接有悬设于结构模型内部的加载平台，所述加载平台上放置有均匀排布的若干个加载砝码；

在混凝土墙和结构模型之间水平地设置有作动器Ⅰ和作动器Ⅱ，作动器Ⅰ和作动器Ⅱ上下间隔地设置，且其底座均与混凝土墙固定连接，其伸缩端分别与结构模型左侧的顶部和中部固定连接。

进一步地，所述作动器Ⅰ、作动器Ⅱ和压力传感器均与计算机连接。

进一步地，所述结构模型的支座与固定钢梁及可动钢梁之间均通过连接螺栓连接。

进一步地，可动钢梁对应加载钢梁地固定连接有连接耳，所述加载钢梁采用紧固螺栓并通过连接耳固定连接于可动钢梁上。

进一步地，在混凝土墙的左侧设置有钢垫板，作动器Ⅰ和作动器Ⅱ均通过依次贯穿钢垫板和混凝土墙的固定螺杆及套装在固定螺杆上的螺母固定在混凝土墙上。

进一步地，所述固定钢梁、可动钢梁和加载钢梁均为工字钢。

进一步地，所述的作动器Ⅰ和作动器Ⅱ均为液压作动器，液压作动器通过液压管路经控制阀组与液压泵站连接，所述计算机分别控制阀组和计算机连接。

在该技术方案中，本发明通过千斤顶的推动，在钢垫板与多个滚轴的作用下实现可动钢梁向外的水平移动，实现了带动结构模型发生水平拉伸作用；之后通过上下两个作动器反向的作用于结构模型，实现了结构模型整体的变形，模拟了结构模型水平荷载与地基拉伸的耦合作用，可对地基拉伸作用后输电铁塔在水平荷载作用下的破坏机理以及地基拉伸对输电铁塔极限承载力的影响规律进行研究，本发明结构简单，可靠性高，可对地基拉伸作用后的输电铁塔在水平荷载作用下的破坏机理以及地基拉伸对输电铁塔极限承载力的影响规律进行研究；试验装置各部件安装、拆卸方便，并可以随时更换和维护，试验效率高，具有经济性和通用性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1去掉结构模型后的俯视图；

图3是本发明中可动钢梁和加载钢梁连接结构示意图；

图4是图3的A-A向的剖视图。

图中：1、固定钢梁，2、可动钢梁，3、固定螺杆，4、连接螺栓，5、加载钢梁，6、紧固螺栓，7、连接耳，8、钢垫板，9、滚轴，10、千斤顶，11、压力传感器，12、作动器Ⅰ，13、支座,14、作动器Ⅱ，15、框架一，16、结构模型，17、地面，18、混凝土墙，19、钢丝绳，20、加载平台，21、加载砝码，22、立柱，23、框架二。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1和图2所示，一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统，包括混凝土墙18、结构模型16、可动钢梁2和固定钢梁1；作为一种优选，所述固定钢梁1、可动钢梁2和加载钢梁5均为工字钢，且固定钢梁1和可动钢梁2截面高度与结构模型16支座尺寸配合。

混凝土墙18、可动钢梁2和固定钢梁1由左到右依次相平行地设置；

可动钢梁2下端的前部和后部固定连接有向右侧相平行延伸的两个钢垫板8，每个钢垫板8与地面17之间均布置有沿其长度方向均匀的多个滚轴9，多个滚轴9能够使钢垫板8沿左右方向的水平移动；固定钢梁1通过固定螺杆3固定于地面17上；

为尽量给试验提供更多的地基拉伸作用模式，并更贴切于地基拉伸作用的实际，在可动钢梁2和固定钢梁1之间设置有相平行的两根加载钢梁5和两个千斤顶10，两根加载钢梁5的左端分别与可动钢梁2的前部和后部固定连接，两根加载钢梁5的下端对应地固定连接在两个钢垫板8的上端，两个千斤顶10的底座分别与固定钢梁1的前部和后部固定连接，两根加载钢梁5的右端分别通过两个压力传感器11与两个千斤顶10的杆端固定连接；作为一种优选，钢垫板8与加载钢梁5和可动钢梁2之间均焊接，千斤顶10与固定钢梁1之间焊接。

所述结构模型16的下端具有四个支座13，位于左侧的两个支座13分别与可动钢梁2的前部和后部固定连接；位于右侧的两个支座13分别与固定钢梁1的前部和后部固定连接；结构模型16的上部通过钢丝绳19连接有悬设于结构模型16内部的加载平台20，所述加载平台20上放置有均匀排布的若干个加载砝码21；

为尽量给试验提供更多的水平荷载作用模式，并更贴切于水平荷载作用的实际，在混凝土墙18和结构模型16之间水平地设置有作动器Ⅰ12和作动器Ⅱ14，作动器Ⅰ12和作动器Ⅱ14上下间隔地设置，且其底座均与混凝土墙18固定连接，其伸缩端分别与结构模型16左侧的顶部和中部固定连接。

所述作动器Ⅰ12、作动器Ⅱ14和压力传感器11均与计算机连接。

所述结构模型16的支座13与固定钢梁1及可动钢梁2之间均通过连接螺栓4连接。

如图3和图4所示，可动钢梁2对应加载钢梁5地固定连接有连接耳7，所述加载钢梁5采用紧固螺栓6并通过连接耳7固定连接于可动钢梁2上。

在混凝土墙18的左侧设置有钢垫板15，作动器Ⅰ12和作动器Ⅱ14均通过依次贯穿钢垫板15和混凝土墙18的固定螺杆及套装在固定螺杆上的螺母固定在混凝土墙18上。

所述的作动器Ⅰ12和作动器Ⅱ14均为液压作动器，液压作动器通过液压管路经控制阀组与液压泵站连接，所述计算机分别控制阀组和计算机连接。

为了更接近实际的结构物受力情况，所述结构模型16由四根立柱22、固定连接在四根立柱22中部的框架一15和固定连接在四根立柱22顶端的框架二23组成，其中，四根立柱22的底部形成结构模型16的支座13。其中钢丝绳19的上端连接于框架二23上，加载平台20悬挂于四根立柱22之间。

为保证连接件，如螺杆或螺母与地面连接的稳固性，本发明中的地面17采用混凝土地面。

试验过程：所述的固定钢梁1与可动钢梁2之间的宽度，可根据试验要求，通过加载钢梁5和千斤顶10进行调节确定。根据试验要求在加载平台20内放置一定量的加载砝码21；

当进行结构模型抗地基拉伸作用试验时，使千斤顶10的活塞杆相向外伸出，通过压力传感器11和加载钢梁5作用于可动钢梁2，钢垫板8在底部滚轴9的作用下平稳向左侧滚动，使可动钢梁2向左侧运动，固定连接在可动钢梁2上的结构模型16的左侧支座13随可动钢梁2向左侧运动，固定在固定钢梁1上的结构模型16的右侧支座13随固定钢梁1静止，此时，结构模型16的左侧部分发生了拉伸作用。在此过程中，压力传感器11对于产生的压力进行实时检测，保证试验能够根据要求进行压力加载。

在完成地基拉伸作用后，保持千斤顶10的状态不变，再进行结构模型水平荷载作用试验，通过计算机控制作动器Ⅱ14收缩，带动结构模型向外运动，同时使作动器Ⅰ12伸出，作用于结构模型16，使结构模型向内运动，带动结构模型16发生整体弯曲变形。或者通过计算机控制作动器Ⅱ14伸出，带动结构模型向内运动，同时使作动器Ⅰ12收缩，作用于结构模型16，使结构模型向外运动，带动结构模型16发生整体弯曲变形。

该试验系统可对地基拉伸作用后的输电铁塔在水平荷载作用下的破坏机理以及地基拉伸对输电铁塔极限承载力的影响规律进行研究。

Claims (7)

1.一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统，包括混凝土墙(18)和结构模型(16)，其特征在于，还包括可动钢梁(2)和固定钢梁(1)；

混凝土墙(18)、可动钢梁(2)和固定钢梁(1)由左到右依次相平行地设置；

可动钢梁(2)下端的前部和后部固定连接有向右侧相平行延伸的两个钢垫板(8)，每个钢垫板(8)与地面(17)之间均布置有沿其长度方向均匀的多个滚轴(9)；固定钢梁(1)通过固定螺杆(3)固定于地面(17)上；

在可动钢梁(2)和固定钢梁(1)之间设置有相平行的两根加载钢梁(5)和两个千斤顶(10)，两根加载钢梁(5)的左端分别与可动钢梁(2)的前部和后部固定连接，两根加载钢梁(5)的下端对应地固定连接在两个钢垫板(8)的上端，两个千斤顶(10)的底座分别与固定钢梁(1)的前部和后部固定连接，两根加载钢梁(5)的右端分别通过两个压力传感器(11)与两个千斤顶(10)的杆端固定连接；

所述结构模型(16)的下端具有四个支座(13)，位于左侧的两个支座(13)分别与可动钢梁(2)的前部和后部固定连接；位于右侧的两个支座(13)分别与固定钢梁(1)的前部和后部固定连接；结构模型(16)的上部通过钢丝绳(19)连接有悬设于结构模型(16)内部的加载平台(20)，所述加载平台(20)上放置有均匀排布的若干个加载砝码(21)；

在混凝土墙(18)和结构模型(16)之间水平地设置有作动器Ⅰ(12)和作动器Ⅱ(14)，作动器Ⅰ(12)和作动器Ⅱ(14)上下间隔地设置，且其底座均与混凝土墙(18)固定连接，其伸缩端分别与结构模型(16)左侧的顶部和中部固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，所述作动器Ⅰ(12)、作动器Ⅱ(14)和压力传感器(11)均与计算机连接。

3.根据根据权利要求1或2所述的一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，所述结构模型(16)的支座(13)与固定钢梁(1)及可动钢梁(2)之间均通过连接螺栓(4)连接。

4.根据权利要求3所述的一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，可动钢梁(2)对应加载钢梁(5)地固定连接有连接耳(7)，所述加载钢梁(5)采用紧固螺栓(6)并通过连接耳(7)固定连接于可动钢梁(2)上。

5.根据权利要求4所述的一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，在混凝土墙(18)的左侧设置有钢垫板(15)，作动器Ⅰ(12)和作动器Ⅱ(14)均通过依次贯穿钢垫板(15)和混凝土墙(18)的固定螺杆及套装在固定螺杆上的螺母固定在混凝土墙(18)上。

6.根据权利要求5所述的一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，所述固定钢梁(1)、可动钢梁(2)和加载钢梁(5)均为工字钢。

7.根据权利要求6所述的一种输电铁塔受水平荷载与地基拉伸作用的试验系统，其特征在于，所述的作动器Ⅰ(12)和作动器Ⅱ(14)均为液压作动器，液压作动器通过液压管路经控制阀组与液压泵站连接，所述计算机分别控制阀组和计算机连接。