CN114016803A - 一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法，所述方法包括确定老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位，然后对老旧线路铁塔主材进行年平工况下承载能力进行复核，最后在老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位增设外贴钢板，并使用辅助构件增强外贴钢板与老旧线路铁塔主材的连接。本发明既提高了铁塔的极限承载能力，又节约投资造价和减少停电时间，施工作业难度及工作量小，可实施性强。

Description

一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法

技术领域

本专利涉及一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法，属于架空输电线路工程领域。

背景技术

输电线路铁塔多为一种镀锌角钢及螺栓组合而成的构筑物，在铁塔组立完毕后其极限承载能力便已确定，但是随着设计标准的提高及使用要求的变化，老旧铁塔承载能力难以满足现行规范规程及新的使用条件的要求，同时随着使用年限的增长，角钢构件逐渐产生锈蚀，构件承载能力也有所降低，进而需对铁塔进行改造，对于老旧线路铁塔常规改造主要有以下两种方式：一是利用原基础建立新塔；二是选用新址重新建立新塔。然而这两种改造方式将带来较高的工程造价及较长的停电作业时间，将产生较大的社会影响及经济财产损失，因而对原塔进行加固改造便成为了最为经济合理便捷的解决措施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度的加固办法，在不进行原塔基更换的基础上，提高铁塔构件承载能力，消除因锈蚀产生的承载能力削弱影响，以解决老旧铁塔承载能力难以满足现行规范规程及新的使用条件的要求，和因角钢锈蚀造成的老旧线路铁塔的角钢构件承载能力降低问题。

本发明的技术方案是：一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法，所述方法包括：确定老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位，然后对老旧线路铁塔主材进行年平工况下承载能力进行复核，最后在老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位增设外贴钢板，并使用辅助构件增强外贴钢板与老旧线路铁塔主材的连接。

优选地，确定老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位的方法包括：首先根据《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551-2018)规定，结合老旧线路铁塔的使用条件和新规划要求计算老旧线路铁塔电气荷载效应，再通过空间桁架模型及结构力学计算方法，结合老旧线路铁塔实际锈蚀状况确定老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位；老旧线路铁塔电气荷载效应的计算工况包括：大风、覆冰、不均匀覆冰、低温、断线、安装和年平。

优选地，老旧线路铁塔主材年平工况下承载能力复核过程包括，先根据《架空输电线路杆塔结构设计计算规定》(DL/T 5154-2012)中计算原则及计算公式，按照单面节点板连接传力复核连接螺栓承载能力及老旧线路铁塔主材净截面强度，按照单面支撑状态复核老旧线路铁塔主材稳定性，得出老旧线路铁塔年主材平工况下承载能力的复核结果。

优选地，在老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位增设外贴钢板的具体工作包括：根据不同塔型的铁塔正面和侧面受力不同的特性，按照铁塔受力面小侧先脱开原则，并根据对老旧线路铁塔主材年平工况下承载能力的复核结果，先完成塔身主材净截面积承载能力薄弱部位上受力最小侧面的外贴钢板增设工作，再进行下一侧面的的外贴钢板增设工作；增设外贴钢板的工作为，先对老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位上受力最小面的节点进行螺栓脱开工作，然后将外贴钢板紧贴在螺栓脱开的节间外部处并将螺栓重新拧紧；老旧线路铁塔主材上的脚钉孔洞作为辅助连接使用。

优选地，辅助构件包括内部连接构件和外部连接构件，辅助构件连接外贴钢板与老旧线路铁塔主材的过程包括：完成所有增设外贴钢板的工作后，将内部连接构件增设于老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位的节间内部处，避开老旧线路铁塔原有节间构件，并与外部连接构件通过螺栓进行连接；内部连接构件最大间距≤40倍老旧线路铁塔主材最小回转半径。

优选地，老旧线路铁塔完成加固工作后净截面强度计算公式如下：

式中：

N是进行加固工作后老旧线路铁塔主材计算轴力设计值；

A_n是进行加固工作后老旧线路铁塔主材的净截面积，包括原老旧线路铁塔主材和外贴钢板面积，并已扣除螺栓圆孔影响；

f是钢材强度设计值；

μ是加固净截面影响系数，当铁塔主材为轴心受拉时取值为1.15，轴心受压时为1.35，当铁塔主材受节点连接因素制约无法进行双面加固，单面外背角钢取1.15倍μ值。

优选地，外贴钢板，为有螺栓圆孔的钢板材料；外贴钢板的厚度≥4mm，且老旧线路铁塔主材肢厚≥外贴钢板的厚度≥1/2老旧线路铁塔主材肢厚；外贴钢板上螺栓圆孔的数量、位置及孔径大小根据老旧线路铁塔主材原有螺栓圆孔数量、位置及尺寸实际放样确定，外贴钢板与塔身主材贴合后二者之间的螺栓圆孔位置重合；

内部连接构件，由两块竖向钢板通过角焊缝连接方式同向焊接在水平钢板的两侧腰上构成，钢板厚度≥老旧线路铁塔主材肢厚，焊脚尺寸根据竖向钢板和水平钢板厚度确定，当钢板厚＜12mm时，最小焊脚尺寸≥5mm，当钢板厚≥12mm时，最小焊脚尺寸≥6mm；竖向钢板为角钢材料，中心处开设一个长圆孔，孔径d、水平段长度l，开孔尺寸为dxl；水平钢板为等腰梯形钢板材料；钢板制孔工艺均采用钻孔；

外部连接构件，由制弯的角钢构件组成，外部连接构件厚度≥老旧线路铁塔主材肢厚；角钢上两端留设两个长圆孔，长圆孔在角钢上的位置根据角钢制弯后与内部连接构件连接时，角钢的两个长圆孔与内部连接构件的两个竖向钢板上的长圆孔重合的条件确定；

螺栓，采用双螺母垫片形式，6.8级M16螺栓的螺栓拧紧力矩为145-193N·m，6.8级M20螺栓的螺栓拧紧力矩为282-376N·m。

优选地，外贴钢板(2)、辅助构件及螺栓(7)生产制造时均采用热镀锌工艺。

本发明的有益效果：本发明能够做到针对局部节间提高铁塔构件承载能力，消除因锈蚀产生的承载能力削弱影响，满足新的使用要求；其经济效益在于能够不进行原塔全部拆除更换或者新立铁塔的基础上，对铁塔角钢构件净截面承载能力不足位置进行局部加固补强，即能够节约投资造价、减少停电时间，又能有效提高铁塔极限承载能力；同时本发明办法利用原有节点螺栓孔进行连接操作，通过夹具进行固定，能够有效降低高空焊接和螺栓钻孔的施工作业难度及工作量，具备安装简便，可实施性强的特点。

附图说明

图1为本发明铁塔塔身及改造办法实施示意图；

图2为本发明铁塔节点处外贴钢板与塔身主材连接示意图；

图3为本发明铁塔节点处增设构件与塔身主材连接示意图；

图4为本发明内部连接件三视图；

图5为本发明外部连接件示意图；

附图标记说明：

1、老旧线路铁塔主材，2、外贴钢板，3、节点板，4、斜材，5、辅助材，6、脚钉，7、螺栓，8、内部连接构件，9、外部连接构件，10、竖向钢板，11、水平钢板，12、长圆孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施实例1：参考图1至图5，一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法，所述方法包括：确定老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位，然后对老旧线路铁塔主材1进行年平工况下承载能力进行复核，最后在老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位增设外贴钢板2，并使用辅助构件增强外贴钢板2与老旧线路铁塔主材1的连接。在原老旧线路铁塔上对其净截面积承载能力薄弱部位进行净截面强度加强工作，节约了人力物力资源。

优选地，确定老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位的方法包括：首先根据《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551-2018)规定，结合老旧线路铁塔的使用条件和新规划要求计算老旧线路铁塔电气荷载效应，再通过空间桁架模型及结构力学计算方法，结合老旧线路铁塔实际锈蚀状况确定老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位；老旧线路铁塔电气荷载效应的计算工况包括：大风、覆冰、不均匀覆冰、低温、断线、安装和年平；精确定位老旧线路铁塔需要进行净截面强度加强的部位，可以缩小铁塔加固工作范围，节约财力，节省物力资源，减轻工作量。

优选地，老旧线路铁塔主材1年平工况下承载能力复核过程包括，先根据《架空输电线路杆塔结构设计计算规定》(DL/T 5154-2012)中计算原则及计算公式，按照单面节点板3连接传力复核连接螺栓7承载能力及老旧线路铁塔主材1净截面强度，按照单面支撑状态复核老旧线路铁塔主材1稳定性，得出老旧线路铁塔年主材1平工况下承载能力的复核结果。因为本发明的加固办法对老旧线路铁塔主材1和与其相连接的斜材4、辅助材5及节点板3进行螺栓7脱开处理，在这一过程中老旧线路铁塔主材1的受力状态将有所改变，因此对老旧线路铁塔主材1进行年平工况下承载能力复核；因为本发明的加固办法对老旧线路铁塔主材1和与其相连接的斜材4、辅助材5及节点板3进行螺栓7脱开处理，在这一过程中老旧线路铁塔主材1的受力状态将有所改变，因此对老旧线路铁塔主材1进行年平工况下承载能力复核。

优选地，在老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位增设外贴钢板2的具体工作包括：根据不同塔型的铁塔正面和侧面受力不同的特性，按照铁塔受力面小侧先脱开原则，并根据对老旧线路铁塔主材1年平工况下承载能力的复核结果，先完成塔身主材1净截面积承载能力薄弱部位上受力最小侧面的外贴钢板2增设工作，再进行下一侧面的的外贴钢板2增设工作；增设外贴钢板2的工作为，先对老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位上受力最小面的节点进行螺栓7脱开工作，然后将外贴钢板2紧贴在螺栓7脱开的节点外部并将节点螺栓7重新拧紧；老旧线路铁塔主材1上的脚钉6孔洞作为辅助连接使用；增设外贴钢板2的工作提高了老旧线路铁塔主材1净截面积承载能力薄弱部位的净截面积，并起到了加固的作用。

优选地，辅助构件包括内部连接构件8和外部连接构件9，辅助构件连接外贴钢板2与老旧线路铁塔主材1的过程包括：完成所有增设外贴钢板2的工作后，将内部连接构件8增设于老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位的节间内部处，避开老旧线路铁塔原有节间构件，并与外部连接构件9通过螺栓7进行连接；内部连接构件8最大间距≤40倍老旧线路铁塔主材1最小回转半径。辅助构件用于加强外贴钢板2和老旧线路铁塔主材1的连接，起到协同变形的作用。

优选地，老旧线路铁塔完成加固工作后净截面强度计算公式如下：

式中：

N是进行加固工作后老旧线路铁塔主材1计算轴力设计值；

A_n是进行加固工作后老旧线路铁塔主材1的净截面积，包括原老旧线路铁塔主材1和外贴钢板2面积，并已扣除螺栓圆孔影响；

f是钢材强度设计值；

μ是加固净截面影响系数，当铁塔主材1为轴心受拉时取值为1.15，轴心受压时为1.35，当铁塔主材1受节点连接因素制约无法进行双面加固，单面外贴钢板2取1.15倍μ值。

优选地，外贴钢板2，为有螺栓圆孔的钢板材料；外贴钢板2的厚度≥4mm，且老旧线路铁塔主材1肢厚≥外贴钢板2的厚度≥1/2老旧线路铁塔主材1肢厚；外贴钢板2上螺栓圆孔的数量、位置及孔径大小根据老旧线路铁塔主材1原有螺栓圆孔数量、位置及尺寸实际放样确定，外贴钢板2与老旧线路铁塔主材1贴合后二者之间的螺栓圆孔位置重合；外贴钢板2用于提高老旧线路铁塔主材1的净截面积，并起到加固的作用。

内部连接构件8，由两块竖向钢板10通过角焊缝连接方式同向焊接在水平钢板11的两侧腰上构成，钢板厚度≥老旧线路铁塔主材1肢厚，焊脚尺寸根据竖向钢板10和水平钢板11厚度确定，当钢板厚＜12mm时，最小焊脚尺寸≥5mm，当钢板厚≥12mm时，最小焊脚尺寸≥6mm；竖向钢板10为角钢材料，中心处开设一个长圆孔12，孔径d、水平段长度l，开孔尺寸为dxl；水平钢板11为等腰梯形钢板材料；钢板制孔工艺均采用钻孔，不得使用冲孔，防止在开孔过程中对铁塔产生冲击，影响铁塔稳定性；内部连接构件8可以用于灵活固定辅助连接的位置，在工作人员进行加固作业时便于携带，施工简便。

外部连接构件9，由制弯的角钢构件组成，外部连接构件9厚度≥老旧线路铁塔主材1肢厚；角钢上两端留设两个长圆孔12，长圆孔12在角钢上的位置根据角钢制弯后与内部连接构件8连接时，角钢的两个长圆孔12与内部连接构件8的两个竖向钢板10上的长圆孔12重合的条件确定；长圆孔12降低了对预制构件开孔位置精度的要求。

螺栓7，采用双螺母垫片形式，用于增加螺栓7与构件之间的接触面积，减小压力，防止螺栓7松动，起到保护构件和螺栓7的目的；6.8级M16螺栓的螺栓拧紧力矩为145-193N·m，6.8级M20螺栓的螺栓拧紧力矩为282-376N·m。

优选地，外贴钢板2、辅助构件及螺栓7生产制造时均采用热镀锌工艺，使外贴钢板2、辅助构件及螺栓7具有防腐功能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法，其特征在于，所述方法包括：确定老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位，然后对老旧线路铁塔主材(1)进行年平工况下承载能力进行复核，最后在老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位增设外贴钢板(2)，并使用辅助构件增强外贴钢板(2)与老旧线路铁塔主材(1)的连接。

2.根据权利要求1所述的一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法，其特征在于，确定老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位的方法包括：首先根据《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551-2018)规定，结合老旧线路铁塔的使用条件和新规划要求计算老旧线路铁塔电气荷载效应，再通过空间桁架模型及结构力学计算方法，结合老旧线路铁塔实际锈蚀状况确定老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位；老旧线路铁塔电气荷载效应的计算工况包括：大风、覆冰、不均匀覆冰、低温、断线、安装和年平。

3.根据权利要求1所述的一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法，其特征在于：老旧线路铁塔主材(1)年平工况下承载能力复核过程包括，先根据《架空输电线路杆塔结构设计计算规定》(DL/T 5154-2012)中计算原则及计算公式，按照单面节点板(3)连接传力复核连接螺栓(7)承载能力及老旧线路铁塔主材(1)净截面强度，按照单面支撑状态复核老旧线路铁塔主材(1)稳定性，得出老旧线路铁塔年主材(1)平工况下承载能力的复核结果。

4.根据权利要求1所述的一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法，其特征在于，在老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位增设外贴钢板(2)的具体工作包括：根据不同塔型的铁塔正面和侧面受力不同的特性，按照铁塔受力面小侧先脱开原则，并根据对老旧线路铁塔主材(1)年平工况下承载能力的复核结果，先完成塔身主材(1)净截面积承载能力薄弱部位上受力最小侧面的外贴钢板(2)增设工作，再进行下一侧面的的外贴钢板(2)增设工作；增设外贴钢板(2)的工作为，先对老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位上受力最小面的节点进行螺栓(7)脱开工作，然后将外贴钢板(2)紧贴在螺栓(7)脱开的节点外部处并将螺栓(7)重新拧紧；老旧线路铁塔主材(1)上的脚钉(6)孔洞作为辅助连接使用。

5.根据权利要求1所述的一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法，其特征在于，辅助构件包括内部连接构件(8)和外部连接构件(9)，辅助构件连接外贴钢板(2)与老旧线路铁塔主材(1)的过程包括：完成所有增设外贴钢板(2)的工作后，将内部连接构件(8)增设于老旧线路铁塔主材净截面积承载能力薄弱部位的节间内部处，避开老旧线路铁塔原有节间构件，并与外部连接构件(9)通过螺栓(7)进行连接；内部连接构件(8)最大间距≤40倍老旧线路铁塔主材(1)最小回转半径。

6.根据权利要求1所述的一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法，其特征在于，老旧线路铁塔完成加固工作后净截面强度计算公式如下：

式中：

N是进行加固工作后老旧线路铁塔主材(1)计算轴力设计值；

A_n是进行加固工作后老旧线路铁塔主材(1)的净截面积，包括原老旧线路铁塔主材(1)和外贴钢板(2)面积，并已扣除螺栓圆孔影响；

F是钢材强度设计值；

μ是加固净截面影响系数，当铁塔主材(1)为轴心受拉时取值为1.15，轴心受压时为1.35，当铁塔主材(1)受节点连接因素制约无法进行双面加固，单面外贴钢板(2)取1.15倍μ值。

7.根据权利要求1所述的一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法，其特征在于：

外贴钢板(2)，为有螺栓圆孔的钢板材料；外贴钢板(2)的厚度≥4mm，且老旧线路铁塔主材(1)肢厚≥外贴钢板(2)的厚度≥1/2老旧线路铁塔主材(1)肢厚；外贴钢板(2)上螺栓圆孔的数量、位置及孔径大小根据老旧线路铁塔主材(1)原有螺栓圆孔数量、位置及尺寸实际放样确定，外贴钢板(2)与塔身主材(1)贴合后二者之间的螺栓圆孔位置重合；

内部连接构件(8)，由两块竖向钢板(10)通过角焊缝连接方式同向焊接在水平钢板(11)的两侧腰上构成，钢板厚度≥老旧线路铁塔主材(1)肢厚，焊脚尺寸根据竖向钢板(10)和水平钢板(11)厚度确定，当钢板厚＜12mm时，最小焊脚尺寸≥5mm，当钢板厚≥12mm时，最小焊脚尺寸≥6mm；竖向钢板(10)为角钢材料，中心处开设一个长圆孔(12)，孔径d、水平段长度l，开孔尺寸为dxl；水平钢板(11)为等腰梯形钢板材料；钢板制孔工艺均采用钻孔；

外部连接构件(9)，由制弯的角钢构件组成，外部连接构件(9)厚度≥老旧线路铁塔主材(1)肢厚；角钢上两端留设两个长圆孔(12)，长圆孔(12)在角钢上的位置根据角钢制弯后与内部连接构件(8)连接时，角钢的两个长圆孔与内部连接构件(8)的两个竖向钢板(10)上的长圆孔重合的条件确定；

螺栓(7)，采用双螺母垫片形式，螺栓拧紧力矩符合如下规定：6.8级M16螺栓的螺栓拧紧力矩为145-193N·m，6.8级M20螺栓的螺栓拧紧力矩为282-376N·m。

8.根据权利要求7所述的一种外贴板式老旧线路铁塔提高净截面强度加固办法，其特征在于：外贴钢板(2)、辅助构件及螺栓(7)生产制造时均采用热镀锌工艺。

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