CN113266192B - 一种自立式输电塔塔身拉线加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自立式输电塔塔身加固方法，包括：将输电塔的塔身分成若干节间段，在节间段的塔身面设置交叉拉线。本发明结合自立式输电塔在强风等动荷载作用下的变形特点，在输电塔四个平面上，按照杆塔节间高度及加固需要，有选择地设置交叉拉线，并在交叉拉线的交叉点设置滚轮约束节点，利用拉线有效控制铁塔不同层间的变形，提高输电塔结构的塔身局部和整体刚度，发挥滚轮的滚动约束阻尼和摩擦阻尼作用，迅速衰减振动能量。本发明不需要拆卸、更换铁塔结构现有的杆件，避免在塔上开孔等措施削弱现有结构的节点和杆件强度，同时具有更好地分配铁塔内力，增加局部强度、刚度，提升在强风等动力荷载作用下的阻尼特性。

Description

一种自立式输电塔塔身拉线加固方法

技术领域

本发明涉及高耸结构抗风加固技术领域，具体涉及一种自立式输电塔塔身拉线加固方法。

背景技术

我国地域广阔，各地的能源资源禀赋及发展程度差异较大，架空输电线路是我国电力能源大规模输送的主要方式，35-1000kV不同电压等级的输电线路遍布城乡各地，随处可见。输电线路杆塔作为承载输电线路导地线及自身重量的主要结构，主要采用混凝土电杆、拉线塔和自立式角钢塔、钢管塔等结构型式。其中自立式角钢塔具有安装、运输方便等显著优势，在输电线路杆塔结构中的应用最为广泛。

近年来，随着输电线路输送容量及电压等级的不断提高，冰灾、台风、暴风等自然灾害频繁发生，杆塔的荷载与重量不断增大，为确保输电线路的运行安全，输电线路设计规范进行了多次修订。目前，为提高输电铁塔承载能力，逐渐采用了高强度钢材的角钢塔和钢管塔，主要体现在三个方向：一是提高材料强度级别和质量级别，如推广应用Q420、Q460高强度等级的钢材等；二是优化和改进杆塔结构设计，如推广应用钢管塔；三是提高材料规格，如在角钢塔中使用大规格角钢。这些方案主要针对新建输电线路，虽然可以显著提升输电塔的承载能力，但同时也大大增加了铁塔的自身重量，导致输电线路的建设成本攀升，造成巨大的资源占用。

众所周知，台风、强台风是对人类影响最为严重的自然灾害之一。输电塔做为一种承载大档距导、地线耦合的连续塔线结构，与电视塔、通信塔、烟囱等结构相比较其承载状况更为复杂，是一类对风荷载异常敏感的生命线工程设施，尤其是台风、强台风作用下，输电线路、配电线路极易出现倒塔、掉(断)线、风偏跳闸等严重灾害。比如，2004年，强台风“云娜”重创浙江台州、温州电网，造成大面积停电，在台风影响期间，220kV、110kV及35kV变电站全站失电分别有9座、45座和137座，其中一个重要原因就是有5条220kV输电线路倒塔13基，7条110kV输电线路倒杆8处；2006年，超强台风“桑美”严重破坏了温州南部电网，其中220kV线路倒塔3基、110kV线路共倒塔(杆)98基、35kV线路倒、斜杆106基，35kV及以上线路损坏260km。2020年8月4日，“黑格比”以近巅峰强度在浙江省乐清市沿海登陆，台风“黑格比”登陆前正面袭击洞头所辖本岛和各海岛，虽然“黑格比”的登陆海岛时的瞬时极大风速仅为38.6m/s，10分钟平均最大风速才23m/s，但台风依然重创洞头海岛电网严重损失。洞头供电公司35kV共6条故障停电6条，其中大洞3572线、象门垟3631线4基铁塔倒塔。为提升输电线路对台风的抗击能力，台风到来之前运行单位对输电线路进行了全线隐患消缺，补充了缺失螺栓及加固松动螺栓，但在台风作用下仍然出现了倒塔。

针对台风、强台风作用下输电线路杆塔倒塔及损毁的原因，普遍认为是因为台风的风速远远超过了设计值，抗风加固的设计原则是提高设计风速，提高设计风速固然可以提高铁塔的抗风能力，同样会带来输电线路建设成本的显著增加。实际上，输电塔在台风作用下的倒塔、损毁原因除了设计风速取值较小的原因之外，还有杆塔所在位置的微地形、微气象，台风荷载特性(紊流特性、阵风效应等)，输电线路塔线体系(塔线耦合效应、不等高差及前后档距不平衡作用)及杆塔杆件损伤、螺栓松动、杆塔设计等多个方面的可能因素。尤其是对于已建、在运行的输电线路，由于限于建设期间经济水平及设计时采用的规范要求偏低，随着线路扩容、改造及应对灾害等方面的需求，除了原线路异地重建或拆旧建新，最经济、最快速的方法就是进行杆塔原塔的加固改造。

由于输电塔结构型式和构造的独特性和复杂性，很难借鉴一般钢结构的加强方法，因此灾后输电塔特别是角钢塔的加强一直是工程中的难点，不少学者开展了相关的研究。针对输电杆塔的特点，国内如中国电力科学研究院、同济大学等单位的研究人员，借鉴建筑钢结构成熟的加强技术，提出了几种输电杆塔加强与改造的技术，主要有增大截面技术、增加辅构件技术、构件更换技术等。

采用增大截面技术，即在角钢塔原构件的侧面通过连接板及螺栓并联一根新的同规格角钢，形成一个新的组合截面构件，其截面型式主要有十字型、Z字型、T字型和C字型等。国内有关单位虽然对采用该方法的不同截面型式加固构件的承载力进行了研究，但因受连接方式、安装方面的影响，加固后构件的破坏形态、受力性能、计算方法及其加固效果很难准确计算，且现场安装较为困难，严重影响了输电塔加固改造技术推广应用。

构件更换技术，顾名思义，构件更换技术是当铁塔某些构件受力不满足时可以现场更换为更高规格或更高强度的构件。一般情况下，角钢塔主材之间通过节点板连接，由螺栓锚固，类似于刚接，而斜材和辅助材是通过螺栓与其它构件单肢连接，类似于铰接。虽然角钢塔构件多为普通螺栓连接，容易拆卸和安装，但在具体工程中，更换既有铁塔结构上的构件时，在更换铁塔主材、斜材或辅助材期间，都会对铁塔结构受力及安全造成一定的风险，尤其是对加固效果显著的主材和斜材。此外，更换不同规格的构件难免会对现有结构的连接板或构造措施带来局部改变，也造成更换和应用困难。因此更换构件前需要对构件更换过程中结构的力学性能作全过程跟踪模拟，分析和评估恢复过程中结构的安全性，若存在危险性时须加设临时措施，保证恢复过程安全可靠。

从现有文献看，目前关于既有角钢输电塔的加固补强技术主要还是从构件或节点强度加固的方面进行的，存在以下两个方面的问题：

一是输电塔的荷载类型多，输电塔除了要考虑风、重力等作用外，还要考虑导、地线断线、覆冰、检修等荷载作用，并且荷载的组合工况繁多。因此，采用结构局部和构件加强的方法只能提高结构局部承载能力和在某种荷载工况下的受力性能，而不能全面提高结构的刚度和承载能力，尤其是对强风、地震等动力荷载的适用性不强。

二是构件更换、增加截面的方式实施困难。铁塔中的构件比较多，如主材正、侧面均有其他构件相连，因此，在原结构上增加新的构件比较困难，新构件与原构件连接的处理也不好实现。尤其是铁塔节点构造比较复杂，比如横担和塔身连接处和塔身变坡处等，所连构件很多，且空间方向各不相同，加强效果难以得到保证。

总之，目前关于铁塔的加固技术存在的问题集中表现为铁塔构件的局部加强和现场实施困难，从而导致加固后的铁塔承载能力适应性差和加固技术推广应用难，因此，急需寻找更加有效的加固技术和方法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述背景技术所存在的至少一技术问题，提供一种自立式输电塔塔身拉线加固方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种自立式输电塔塔身拉线加固方法，包括：

将输电塔的塔身分成若干节间段，在节间段的塔身面内设置交叉拉线。

进一步地，所述拉线的固定点分别设置在在节间段上、下开口的四个节点上；所述拉线为钢绞线。

进一步地，在所述拉线的交叉点设置有滚轮约束阻尼装置。

进一步地，输电塔的塔身主材变坡系数κ保持不变，节间段下开口宽度为WA，随着节间段高度的变化，节间段上开口宽度为WB为一变量，计算得到随节间段高度H_AB变化得到拉线与水平面的倾角α和和理论线长Se，即：

进一步地，所述倾角α的取值范围为：35°≤α≤55°。

进一步地，根据拉线倾角设计的取值范围，确定铁塔节间段下开口宽度WA给定情况下，计算得到节间段高度H_AB的合理取值，即：

每根拉线的实际长度Sr要增加滚轮弯绕部分的卷长S₁以及扣除两端与主材连接金具串长S₂，即得到拉线实际长度Sr的计算公式：

S_r＝S_e+S₁-S₂ (3)。

进一步地，所述拉线的极限拉力T_s，即：

式中，K为铁塔节点空间杆系结构的联合作用系数；α为拉线与水平面的倾角；κ为主材的变坡系数，σ_cr为设计强度下，N_cr为设计强度σ_cr下的轴压力，A_zc为拉线节点所在的输电塔主材的截面积。

进一步地，拉线的初始应力σ_s1满足如下要求，即：

σ_s1＝(10％～15％)σ_s (5)

式中，σ_s为拉线的公称抗拉强度。

进一步地，所述滚轮约束装置为滚轮阻尼约束装置，包括：

滚轮，其至少设置有两个，所述滚轮包括滚轮本体以及安装在滚轮本体中的滚轮轴，所述滚轮本体包括至少两环槽本体，所述环槽本体均设置有环槽；

外壳面板，其设置有两块，所述滚轮通过其滚轮轴间隔安装在两外壳面板之间；

所述滚轮轴与滚轮本体之间设置有阻尼材料和/或相邻两环槽本体之间采用阻尼材料连接而成滚轮本体。

需要说明的是，上述的“滚轮轴与滚轮本体之间设置有阻尼材料和/或相邻两环槽本体之间采用阻尼材料连接而成滚轮本体”是指：滚轮轴与滚轮本体之间设置有阻尼材料、相邻两环槽本体之间采用阻尼材料连接而成滚轮本体两个方案中二选一或者是两个方案同时采用。

进一步地，所述环槽本体设置有环槽的那一部分的直径D为：

15d≤D≤25d

式中，d为拉线的直径。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

针对现有输电塔杆件截面增大和更换等加固技术存在的问题和不足，本申请提出一种适用性强的输电铁塔加固技术或方法。由于钢绞线做成的拉线或缆索是一类柔性结构，一般受拉不受压，常用于高耸结构的临时固定作业或拉线杆塔结构中，可确保主结构在倾覆荷载下的稳定。为此，本发明结合自立式输电塔在强风等动荷载作用下的变形特点，在输电塔四个平面上，按照杆塔节间高度及加固需要，有选择地设置交叉拉线，并在交叉拉线的交叉点设置滚轮约束节点，利用拉线有效控制铁塔不同层间的变形，提高输电塔结构的塔身局部和整体刚度，发挥滚轮的滚动约束阻尼和摩擦阻尼作用，迅速衰减振动能量。本发明不需要拆卸、更换铁塔结构现有的杆件，避免在塔上开孔等措施削弱现有结构的节点和杆件强度，同时具有更好地分配铁塔内力，增加局部强度、刚度，提升在强风等动力荷载作用下的阻尼特性，此外，本发明还应具有不占场地空间，现场施工安装方便，成本低廉，耐久性和可靠性高等特点，破解了现有输电塔加固技术的诸多问题，具有很强的适用性，前景非常可观。

附图说明

图1为输电节间段平面内拉线设置方式，图中(a)为整体布置示意图，(b)为正面布置示意图；(c)为侧面布置示意图；

图2为平面内拉线随输电塔节间高度变化的影响；

图3为输电塔节间段平面内拉线设置示意图；

图4为滚轮阻尼约束装置的整体结构示意图；

图5为拉线在滚轮阻尼约束装置的走线示意图；

图6为滚轮阻尼约束装置的剖面图：

图7为应用实例的拉线布置示意图；

图8为拉线布置后铁塔有限元模型图；

图9-10为GJ-100(预应力100MPa)加固效果对比图。

具体实施方式

实施例：

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

自立式输电塔按照塔头导、地线横担的布置方式分为猫头塔、酒杯塔、干字型等多种塔型。本申请主要针对铁塔塔身刚度较小的角钢铁塔，通过在塔身和除猫头塔、酒杯塔等特殊塔型外的塔头身部等位置增设交叉型的拉线。

一般情况下，将输电塔的塔身(除猫头塔、酒杯塔等特殊塔型外的塔头外)从塔腿平台以上分成若干节间段，每个节间段的下口和上口分别用大写英文字母A、B、C……，从下往上依序编号，每节间段高度H__AB要根据具体塔型的开口和主材边坡系数确定。

为提高铁塔节间段的整体刚度，减少节间段上、下口的相对变形，如图1所示，在节间段的四个平面(即塔身的四个面)内设置交叉拉线，拉线固定点分别设置在节间段上、下口的四个节点上，节点布置及编号见图1所示。设定面向线路方向为X轴(顺线路)的正方向，垂直线路(直线塔)方向或者转角塔的内角平分线为Y轴，竖直向上为Z轴的正方向，X、Y、Z轴满足坐标系统的右手规则。节间段上、下开口的四个拉线固定点按照逆时针编排，分别为A1、A2、A3、A4和B1、B2、B3、B4。每个节间段从A1-B4开始，按照A1-B2、A2-B1……逆时针编排的方式分别设置8根拉线，称之为节间段AB的一组拉线，简写为AB_LX，代号分别为AB_LX1、AB_LX2……AB_LX8。节间段四个面上的每2根拉线分别交叉于4个交点上，节间段每组拉线的交叉点按照逆时针编号，分别为AB_JD1、AB_JD2、AB_JD3、AB_JD4。

另外，为了提高拉线阻尼的特性，增强面内两根拉线之间的相互作用和整体性，有效控制每个面内平面刚度，分别在4个拉线交叉点设置4套滚轮阻尼约束装置。

拉线与水平面的倾角α对拉线加固的效果影响较大，拉线的倾角除与铁塔外形几何尺寸有关外，这个对既有铁塔无法改变，还与加固设计时对节间段高度的选择有关。

对于开口为正方形的铁塔，节间段内的8根拉线的倾角α相同，对于开口为矩形的铁塔，节间段内顺线路方向两个面内的4根拉线的倾角α相同，横线路方向两个面内的4根拉线的倾角α相同，但节间段的上、下开口宽度W不同。

从上述的面内拉线的布置方案可知，拉线的倾角α和理论线长Se是平面内拉线设计的关键参数，而拉线的倾角α和长度S又与节间段的高度H_AB及输电塔的变坡系数κ密切相关。

假定图2中输电塔的塔身主材变坡系数κ保持不变，节间段下开口宽度为WA，随着节间段高度的变化，节间段上开口宽度为WB为一变量，可计算得到随节间高度H_AB变化得到平面内拉线的倾角α和和理论线长Se，即：

由公式(1)和图2可知，已知塔身主材变坡系数κ，随着节间段高度H__AB的增大，上开口宽度WB逐渐减小，交叉拉线倾角α逐渐增大，拉线的理论线长Se也逐渐增长，交叉节点逐渐上移。铁塔主材坡度一般塔头部分小些，从下横担至塔腿坡度取大一些，有时为了减轻基础作用力，将塔腿部分坡度取得更大一些，根据工程经验，对直线塔其塔身变坡系数κ取值为0.05～0.15(主材倾斜角β＝3°～9°)，间隔0.005(约1°)；对耐张塔，塔身坡度取值为0.08～0.2(倾斜角β＝5°～12°)，间隔0.005(约1°)，综上输电塔塔身主材的变坡系数κ一般取1/20～1/5(倾斜角β＝3°～12°)。

通过由于输电塔的主材变坡系数或倾角一般小于10°，为了最大可能的发挥拉线的作用，节间段高度H可以按照节间段下开口的宽度确定，使得拉线的倾斜角α在45°左右，为了保证设置的平面内拉线更好地发挥作用，拉线的倾角α尽量设置为45°左右，根据铁塔塔身的节间分布上、下适当调整，即35°≤α≤55°区间之内比较合理。

根据拉线倾角设计的取值范围，可以确定铁塔节间段下开口WA宽度给定情况下，计算得到节间段高度H_AB的合理取值，即：

每根拉线的实际长度Sr要增加滚轮弯绕部分的卷长S₁以及扣除两端与主材连接金具串长S₂，即得到拉线实际长度Sr的计算公式：

S_r＝S_e+S₁-S₂ (3)

输电塔平面内拉线参照行业标准《YBT 5004-2012镀锌钢绞线》中的附录A：电力用钢绞线推荐表中的镀锌钢绞线，根据输电塔塔身拉线内力估算选用7芯、19芯和37芯的钢绞线。

假定输电塔在某种特定荷载工况下某节间段主材达到了设计强度σ_cr下的轴压力N_cr，可近似采用平面截面法得到拉线与主材相交节点各杆件的内力，同时考虑铁塔节点空间杆系结构的联合作用系数K，可得拉线的极限拉力T_s，即：

式中，K为铁塔节点空间杆系结构的联合作用系数，可取4～6，一般可取5；α为拉线与水平面的倾角；κ为主材的变坡系数，可近似为铁塔主材倾角的正切函数。σ_cr可按照钢材等级参照规范确定，比如对厚度在16-40之间的Q235角钢，在受压或压弯状态下，其设计强度σ_cr取215N/mm²，A_zc为输电塔主材的截面积，对于规格为∠125×10的角钢型式的主材，其截面积为24.4cm²，设定某节间段拉线倾角为48°，变坡系数为0.10，可计算得到在特定工况下拉线的极限拉力T_s＝117:175kN。

根据估算得到的拉线极限拉力T_s，可依据《YBT 5004-2012镀锌钢绞线》选用合适的钢绞线，主要考虑芯数N_s、钢丝的公称直径d_s及钢绞线的公称抗拉强度σ_s，由此确定钢绞线的规格、型号及截面积。为了有效发挥拉线的作用，设置的输电塔平面拉线应采取张拉措施进行预先张紧，确保拉线的初始应力σ_s1满足如下要求，即：

σ_s1＝(10％～15％)σ_s

按照前述拉线布置方案，为了更好地发挥输电塔在强风等动力载荷作用下的振动阻尼衰减性能，本申请在每个面内拉线交叉点的位置安装一个滚轮阻尼约束装置100，提高两个拉线200间的相互作用，确保输电塔在侧面荷载作用下，两个拉线通过滚轮发生的相对运动，起到平面两根拉线间的内力发生传递，提升拉线阻尼加固的效果。

具体地，如图4-6所示，该滚轮阻尼约束装置100包括滚轮1和外壳面板2；其中，该滚轮1设置有两个，分别为上滚轮和下滚轮，该滚轮1包括滚轮本体11以及安装在滚轮本体11中的滚轮轴12，该滚轮本体11包括两环槽本体111，分别为前环槽本体和后环槽本体，两环槽本体111均设置有环槽1111，分别为前环槽和后环槽；该外壳面板2设置有两块，相对而设，上滚轮和下滚轮通过其滚轮轴2间隔安装在两外壳面板2之间，也就是说，上滚轮和下滚轮的滚轮轴12是安装在两外壳面板2之间的，滚轮本体11能够绕滚轮轴12转动。

输电塔塔身拉线加固节间段中每个面内的两根拉线分别穿过滚轮约束装置的上滚轮和下滚轮，其中一拉线200卡在上滚轮和下滚轮的前环槽中，一拉线200卡在上滚轮和下滚轮的后环槽中。

滚轮阻尼约束装置100通过两个拉线200悬挂在输电塔的平面上，不需要与输电塔材进行约束，在两个拉线相交的位置，将两个拉线通过滚轮耦联在一起，起到相互约束的作用，此外还可以降低运行期间因拉线过长出现振动和相互鞭击的作用。

在动力荷载作用下，输电塔节间段上下平面不可避免会发生变形或位移，从而使得拉线上、下节点发生相对变形而导致拉线张紧，在拉线动力变形过程中，由于拉线与滚轮环槽1111之间存在较大的摩擦力，带动约束装置的上、下滚轮会发生转动，为此，在上、下滚轮的滚轮轴12和滚轮本体11之间填充满阻尼材料13，如此，在滚轮轴12与滚轮本体11相对转动过程中，产生较大的摩擦阻尼，快速消耗动力荷载输入的能量。

此外，滚轮本体11的两环槽本体111之间是采用阻尼材料13经高温硫化而成的柔性连接，前、后环槽1111卡装了具有相对运动的两根拉线200，前、后环槽本体111之间也会因为输电塔在动力荷载作用下产生相对变形，使得两环槽本体111之间产生环向的剪切变形，形成较大的阻尼耗能特性。

为了方便现场滚轮约束装置安装时有利于钢绞线缠绕，同时又尽量减小约束装置的重量和体积，应合理设置滚轮轮环的直径D(即环槽本体设置有环槽的那一部分直径D，见图6)，可按下式设计确定，其中d为钢绞线的外径，另外滚轮的环槽深不小于钢绞线的外径d。

15d≤D≤25d

两侧的外壳面板2则通过螺钉与滚轮轴12相连，外壳的前、后环槽相应位置开设拉线的出口，出口长度与直径D相等。

下面结合一应用场景实例来对本发明进行进一步的解释说明：

35kV象门垟3631线跨越小门港(洞头小门岛和大门岛之间，在小门大桥东侧)采用的是“耐－直－直－耐”单回路塔架设跨越方案，跨越段全长1601.7m，其中直线跨越段档距为1137.4m。2020年“黑格比”台风导致该段线路59#塔(330ZM3)倒塔，呼称高为40m的直线跨越塔，塔身断面为矩形，塔底根开为6618×4283mm，跨海段档距1137m，塔腿主材为∠140×10。计算表明，无论是输电塔线体系还是裸塔，90°风向角(横线路方向)较其他风向角输入下的风振响应大，在V₁₀＝41m/s风速作用下虽然塔腿顶部位置的主材最大应力没有达到屈服极限，但分析得到塔腿顶部主材应力出现转折，也表明在横线路方向大风塔腿顶部位置是薄弱环节；且90°风向角下塔线体系输电塔顶的位移风振系数达到3.025，远超规范推荐的1.456。因此对于跨度较大输电塔的抗风设计和安全校核时，在保证杆件强度的前提下，应充分考虑输电塔的非线性变形及其整体压弯稳定。事实证明，330ZM3输电塔在2020年8号台风“黑格比”作用下(瞬时极大风速仅为38.6m/s)发生了塔腿顶部的弯折屈曲倒塌，有必要对330ZM3进行加固改造。

拉线布置在处塔腿在的塔身，每层四个面布置平面交叉拉线，共5层，每层4×2根拉线，共40根，拉线加固段平面图如下。

在ANSYS中建立有限元模型，铁塔采用梁单元BEAM188，主材梁单元方向与实际角钢布置方向一致。铁塔塔身主材为Q345钢，其余辅材等支撑杆件为Q235钢，考虑材料非线性，采用双线性模型，其中Q345钢屈服强度按照310MPa计算。

拉线采用LINK10模拟，施加初始应变模拟预应力。

按照风速为41m/s计算加固前后风振响应，输入荷载工况为重力和脉动风时程。

GJ-100拉线预应力为100MPa时，在不考虑拉线阻尼的情况下，加固后背景响应曲线更加稳定；总体响应下降也较为可观，说明拉线加固也可以降低铁塔的共振响应部分。

综上，针对现有输电塔杆件截面增大和更换等加固技术存在的问题和不足，本申请提出一种适用性强的输电铁塔加固技术或方法。由于钢绞线做成的拉线或缆索是一类柔性结构，一般受拉不受压，常用于高耸结构的临时固定作业或拉线杆塔结构中，可确保主结构在倾覆荷载下的稳定。为此，本发明结合自立式输电塔在强风等动荷载作用下的变形特点，在输电塔四个平面上，按照杆塔节间高度及加固需要，有选择地设置交叉拉线，并在交叉拉线的交叉点设置滚轮约束节点，利用拉线有效控制铁塔不同层间的变形，提高输电塔结构的塔身局部和整体刚度，发挥滚轮的滚动约束阻尼和摩擦阻尼作用，迅速衰减振动能量。本发明不需要拆卸、更换铁塔结构现有的杆件，避免在塔上开孔等措施削弱现有结构的节点和杆件强度，同时具有更好地分配铁塔内力，增加局部强度、刚度，提升在强风等动力荷载作用下的阻尼特性，此外，本发明还具有不占场地空间，现场施工安装方便，成本低廉，耐久性和可靠性高等特点，破解了现有输电塔加固技术的诸多问题，具有很强的适用性，前景非常可观。

当然需要说明的是，在本实施例中，为了便于说明，该滚轮示例性地设置有两个，当然在其他一些实施例中，该滚轮可以根据拉线的交叉需求，可以设置有两个以上，环槽本体也可以根据拉线的数量，设置有两个以上。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种自立式输电塔塔身拉线加固方法，其特征在于，包括：

将输电塔的塔身分成若干节间段，在节间段的塔身面内设置交叉拉线；

在所述拉线的交叉点设置有滚轮阻尼约束装置；

所述滚轮阻尼约束装置包括：

滚轮，其至少设置有两个，所述滚轮包括滚轮本体以及安装在滚轮本体中的滚轮轴，所述滚轮本体包括至少两环槽本体，所述环槽本体设置有环槽；

外壳面板，其设置有两块，所述滚轮通过其滚轮轴间隔安装在两外壳面板之间；

所述滚轮轴与滚轮本体之间设置有阻尼材料和/或相邻两环槽本体之间采用阻尼材料连接而成滚轮本体；

输电塔的塔身主材变坡系数κ保持不变，节间段下开口宽度为WA，随着节间段高度的变化，节间段上开口宽度为WB为一变量，计算得到随节间段高度H_AB变化得到拉线与水平面的倾角α和理论线长Se，即：

2.如权利要求1所述的自立式输电塔塔身拉线加固方法，其特征在于，所述拉线的固定点分别设置在节间段上、下开口的四个节点上；所述拉线为钢绞线。

3.如权利要求1所述的自立式输电塔塔身拉线加固方法，其特征在于，所述倾角α的取值范围为：35°≤α≤55°。

4.如权利要求3所述的自立式输电塔塔身拉线加固方法，其特征在于，根据拉线倾角设计的取值范围，确定节间段下开口宽度WA给定情况下，计算得到节间段高度H_AB的合理取值，即：

每根拉线的实际长度Sr要增加滚轮弯绕部分的卷长S₁以及扣除两端与主材连接金具串长S₂，即得到拉线实际长度Sr的计算公式：

S_r＝S_e+S₁-S₂ (3)。

5.如权利要求1所述的自立式输电塔塔身拉线加固方法，其特征在于，所述拉线的极限拉力T_s，即：

式中，K为节点空间杆系结构的联合作用系数；α为拉线与水平面的倾角；κ为主材的变坡系数，σ_cr为设计强度下，N_cr为设计强度σ_cr下的轴压力，A_zc为拉线节点所在的输电塔主材的截面积。

6.如权利要求1所述的自立式输电塔塔身拉线加固方法，其特征在于，拉线的初始应力σ_s1满足如下要求，即：

σ_s1＝(10％～15％)σ_s (5)

式中，σ_s为拉线的公称抗拉强度。

7.如权利要求1所述的自立式输电塔塔身拉线加固方法，其特征在于，所述环槽本体设置有环槽的那一部分的直径D为：

15d≤D≤25d

式中，d为拉线的直径。

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