CN114033235B - 一种外背角钢提高老旧铁塔净截面强度及稳定性加固办法 - Google Patents

一种外背角钢提高老旧铁塔净截面强度及稳定性加固办法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种外背不等边角钢老旧线路铁塔提高净截面强度及稳定性加固办法，包括：通过计算得到铁塔主材承载能力薄弱部位，并对铁塔主材1年平工况下承载能力进行复核，最后对铁塔主材承载能力薄弱部位的节点板3外侧增设不等边角钢2进行加固，并在不等边角钢2和铁塔主材1之间增设填板7进行辅助连接；本发明既有效提高铁塔净截面强度及稳定性，又有良好的经济效益，且安装简便，可实施性强。

Description

一种外背角钢提高老旧铁塔净截面强度及稳定性加固办法
技术领域
本专利涉及一种外背角钢提高老旧铁塔净截面强度及稳定性加固办法，属于架空输电线路工程领域。
背景技术
已经建成的输电线路铁塔极限承载能力是确定的，随着铁塔使用年限的增长，老旧输电线路铁塔的承载能力因为铁塔构件的锈蚀等原因有所降低，并且许多老旧输电线路铁塔承载能力难以满足新的铁塔使用标准和使用要求，此时为了符合使用标准或使用要求，不满足使用标准和使用要求的老旧输电线路铁塔多会被废弃不用甚至推倒，并且重新建立符合规定的新塔；而废弃老旧输电线路铁塔会造成很大的资源浪费，而且建立新塔所需经济成本很高，会花费很大的人力物力资源；所以如何在老旧输电线路铁塔承载能力不满足现实需求时，提高已建老旧输电线路铁塔的极限承载能力，使其满足现行规范规程和使用条件并且继续投入使用，成为了目前急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种外背不等边角钢老旧线路铁塔提高净截面强度及稳定性加固办法，在不进行原塔整基更换的基础上，提高铁塔构件承载能力，以解决因锈蚀产生铁塔的承载能力削弱的问题。
本发明的技术方案是：一种外背角钢老旧铁塔提高净截面强度及稳定性加固办法，所述方法包括：通过计算得到铁塔主材承载能力薄弱部位，并对铁塔主材年平工况下承载能力进行复核，最后对铁塔主材承载能力薄弱部位的节点板外侧增设不等边角钢进行加固，并在不等边角钢和铁塔主材之间增设填板进行辅助连接。
优选地，根据《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551-2018)规定、铁塔实际使用条件和新规划铁塔使用的要求，计算大风、覆冰、不均匀覆冰、低温、断线、安装和年平七种工况下铁塔的电气荷载效应；然后按照空间桁架模型及结构力学计算方法，结合铁塔的实际锈蚀状况确定铁塔主材承载能力薄弱部位。
优选地，对铁塔主材年平工况下承载能力进行复核的工作包括，由《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2012)中的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铁塔主材强度，安装单面支撑状态复核铁塔主材稳定性，通过计算得到铁塔主材年平工况下承载能力的复核结果。
优选地，在铁塔主材薄弱部位增设不等边角钢和填板的方法包括：在铁塔主材薄弱部位增设不等边角钢和填板的方法包括：先避开铁塔主材上原有的螺栓圆孔，对铁塔主材承载能力薄弱部位的铁塔主材新钻螺栓圆孔，并进行节点板一侧螺栓脱开工作，将不等边角钢紧贴在铁塔主材螺栓脱开的节点板侧，在不等边角钢覆盖铁塔主材的范围内插入填板，使填板贴合铁塔主材后拧紧螺栓，然后对节点板一侧进行螺栓脱开和增设不等边角钢工作后拧紧螺栓；铁塔主材承载能力薄弱部位的两个侧向支撑点之间增设的填板个数≥2个，填板最大间距≤40倍铁塔主材最小回转半径。
优选地，根据铁塔主材年平工况下承载能力的复核结果，按照直线塔及大角度耐张塔先拆除侧面后拆除正面，小转角耐张塔及终端塔先拆除正面后拆除侧面的处理顺序原则，先完成铁塔主材薄弱部位受力最小面增设不等边角钢和填板的工作，再进行铁塔主材薄弱部位其它面增设不等边角钢和填板的工作。
优选地，对铁塔主材增设不等边角钢和填板后，铁塔净截面强度计算公式如下：
对铁塔主材增设不等边角钢和填板后，铁塔稳定性计算公式如下：
式中：
N是不等边角钢计算轴力设计值；
An是增设不等边角钢后铁塔净截面积，已包括不等边角钢面积并已扣除螺栓孔洞影响；
A是增设不等边角钢后铁塔截面积，已包括不等边角钢面积；
f是钢材强度设计值；
是轴心受压构件稳定性系数，按照《钢结构设计标准》(GB50017-2017)中，C类构件取值同时计入偏心受力的影响，计入方法按照《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2012)中，附录C两端偏心受压情况执行；
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，不等边角钢，为肢厚≥1/2铁塔主材肢厚，且肢厚≥4mm，长边肢宽与铁塔主材等宽的角钢材料，角钢长边位置开设螺栓孔洞，角钢长边上的螺栓孔洞位置根据铁塔主材节间处螺栓的开孔位置确定；
填板，为根据铁塔主材规格进行制弯的钢板材料；钢板厚度等于铁塔主材的节点板厚度，钢板开设螺栓圆孔，填板的螺栓孔洞的孔径＞螺栓直径1.5mm，中心距取5倍螺栓直径，边距≥1.3倍螺栓直径，端距≥1.5倍螺栓直径，填板上螺栓排数≥2排，单肢螺栓列数根据铁塔主材尺寸确定，当铁塔主材规格为L110及以下时单肢螺栓列数为单列，当铁塔主材规格为L125及以上时单肢螺栓列数为双列；增设填板时，填板的螺栓孔洞与铁塔主材和不等边角钢的新钻螺栓孔圆孔位置重合；
螺栓，采用双螺母双垫片形式，当铁塔主材的角钢材料为L63以下规格时用M16螺栓，6.8级M16螺栓的螺栓拧紧力矩为145-193N·m；当铁塔主材的角钢材料为L63及以上规格时用M20螺栓，6.8级M20螺栓的螺栓拧紧力矩为282-376N·m。
优选地，所有开孔工作完成后均对螺栓孔洞位置进行涂刷防腐油漆工作。
优选地，不等边角钢、填板和螺栓均采用热镀锌工艺制造。
本发明的有益效果：本发明在不进行拆除更换或新立铁塔的基础上，对铁塔角钢构件净截面承载能力及稳定性不足位置进行局部加固补强，既能够节约投资造价、减少停电时间，又能有效提高铁塔极限承载能力，满足新的使用要求；同时本发明有效降低了高空作业难度及工作量，安装简便，可实施性强。
附图说明
图1为本发明外贴板式铁塔角钢构件提高净截面强度加固办法实施示意图；
图2为本发明a-a剖面图；
图3为本发明b-b剖面图；
图4为本发明c-c剖面图；
图5为填板示意图；
附图标记说明：
1、铁塔主材，2、不等边角钢，3、节点板，4、斜材，5、辅助材，6、螺栓，7、填板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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5，一种外背角钢老旧铁塔提高净截面强度及稳定性加固办法，所述方法包括：通过计算得到铁塔主材承载能力薄弱部位，并对铁塔主材1年平工况下承载能力进行复核，最后对铁塔主材承载能力薄弱部位的节点板3外侧增设不等边角钢2进行加固，并在不等边角钢2和铁塔主材1之间增设填板7进行辅助连接；本方法加固构件便于携带，且施工简单，可实施性强。
优选地，根据《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551-2018)规定、铁塔实际使用条件和新规划铁塔使用的要求，计算大风、覆冰、不均匀覆冰、低温、断线、安装和年平七种工况下铁塔的电气荷载效应；然后按照空间桁架模型及结构力学计算方法，结合铁塔的实际锈蚀状况确定铁塔主材承载能力薄弱部位；确定铁塔主材承载能力薄弱部位，可以缩小加固施工范围，节省物力财力和人力施工时间。
优选地，对铁塔主材1年平工况下承载能力进行复核的工作包括，由《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2012)中的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6承载能力及铁塔主材1强度，安装单面支撑状态复核铁塔主材1稳定性，通过计算得到铁塔主材1年平工况下承载能力的复核结果；因为在对铁塔主材1进行净截面强度加强和稳固的过程中，需要对铁塔主材1进行螺栓6脱开工作，这需要对铁塔主材1进行强度和稳定性判断，因此需要对铁塔主材1年平工况下承载能力进行复核。
优选地，在铁塔主材薄弱部位增设不等边角钢2和填板7的方法包括：
在铁塔主材薄弱部位增设不等边角钢2和填板7的方法包括：先避开铁塔主材1上原有的螺栓圆孔，对铁塔主材承载能力薄弱部位的铁塔主材1新钻螺栓圆孔，并进行节点板一侧螺栓6脱开工作，将不等边角钢2紧贴在铁塔主材1螺栓6脱开的节点板3侧，在不等边角钢2覆盖铁塔主材1的范围内插入填板7，使填板7贴合铁塔主材1后拧紧螺栓，然后对节点板一侧进行螺栓6脱开和增设不等边角钢2工作后拧紧螺栓；铁塔主材承载能力薄弱部位的两个侧向支撑点之间增设的填板7个数≥2个，填板7最大间距≤40倍铁塔主材1最小回转半径；不等边角钢2便于工作人员携带至铁塔需要加固的部位，并且在加固后能增大铁塔主材1的净截面强度和稳定性，填板7增大了铁塔主材1和不等边角钢2之间的接触面积，使二者之间的连接更为稳固。
优选地，根据铁塔主材1年平工况下承载能力的复核结果，按照直线塔及大角度耐张塔先拆除侧面后拆除正面，小转角耐张塔及终端塔先拆除正面后拆除侧面的处理顺序原则，先完成铁塔主材薄弱部位受力最小面增设不等边角钢2和填板7的工作，再进行铁塔主材薄弱部位其它面增设不等边角钢2和填板7的工作；根据不同塔型的铁塔受力面不同的特性，在保持铁塔稳定的情况下对铁塔进行增设不等边角钢2和填板7的加固工作。
优选地，对铁塔主材1增设不等边角钢2和填板7后，铁塔净截面强度计算公式如下：
对铁塔主材1增设不等边角钢2和填板7后，铁塔稳定性计算公式如下：
式中：
N是不等边角钢2计算轴力设计值；
An是增设不等边角钢2后铁塔净截面积，已包括不等边角钢2面积并已扣除螺栓孔洞影响；
A是增设不等边角钢2后铁塔截面积，已包括不等边角钢2面积；
f是钢材强度设计值；
是轴心受压构件稳定性系数，按照《钢结构设计标准》(GB50017-2017)中，C类构件取值同时计入偏心受力的影响，计入方法按照《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2012)中，附录C两端偏心受压情况执行；
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，单面不等边角钢2时取1.15倍μ值。
通过计算加固后铁塔的净截面积强度和稳定性，判断铁塔加固后是否能继续投入使用。
优选地，不等边角钢2，为肢厚≥1/2铁塔主材1肢厚，且肢厚≥4mm，长边肢宽与铁塔主材1等宽的角钢材料，角钢长边位置开设螺栓孔洞，角钢长边上的螺栓孔洞位置根据铁塔主材1节间处螺栓6的开孔位置确定，不等边角钢可以提高铁塔主材净截面积及回转半径，并且便于携带。
填板7，为根据铁塔主材1规格进行制弯的钢板材料；钢板厚度等于铁塔主材1的节点板3厚度，钢板开设螺栓圆孔，填板7的螺栓孔洞的孔径＞螺栓直径1.5mm，中心距取5倍螺栓直径，边距≥1.3倍螺栓直径，端距≥1.5倍螺栓直径，填板7上螺栓排数≥2排，单肢螺栓6列数根据铁塔主材1尺寸确定，当铁塔主材1规格为L110及以下时单肢螺栓6列数为单列，当铁塔主材1规格为L125及以上时单肢螺栓6列数为双列；增设填板7时，填板7的螺栓孔洞与铁塔主材1和不等边角钢2的新钻螺栓孔圆孔位置重合；填板6用以连接铁塔主材1和不等边角钢2，增大铁塔主材1和不等边角钢2之间的接触面积，使其共同受力、协调变形。
螺栓6，采用双螺母双垫片形式，当铁塔主材1的角钢材料为L63以下规格时用M16螺栓，6.8级M16螺栓的螺栓拧紧力矩为145-193N·m；当铁塔主材1的角钢材料为L63及以上规格时用M20螺栓，6.8级M20螺栓的螺栓拧紧力矩为282-376N·m。
优选地，所有开孔工作完成后均对螺栓孔洞位置进行涂刷防腐油漆工作，提高螺栓孔洞的抗蚀能力。
优选地，不等边角钢2、填板7和螺栓6均采用热镀锌工艺制造，使其具有防腐功能。
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，还可以做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 (6)

1.一种外背角钢老旧铁塔提高净截面强度及稳定性加固办法，其特征在于，所述办法包括：通过计算得到铁塔主材承载能力薄弱部位，并对铁塔主材(1)年平工况下承载能力进行复核，最后对铁塔主材承载能力薄弱部位的节点板(3)外侧增设不等边角钢(2)进行加固，并在不等边角钢(2)和铁塔主材(1)之间增设填板(7)进行辅助连接；
在铁塔主材薄弱部位增设不等边角钢(2)和填板(7)的方法包括：先避开铁塔主材(1)上原有的螺栓圆孔，对铁塔主材承载能力薄弱部位的铁塔主材(1)新钻螺栓圆孔，并进行节点板一侧螺栓(6)脱开工作，将不等边角钢(2)紧贴在铁塔主材(1)螺栓(6)脱开的节点板(3)侧，在不等边角钢(2)覆盖铁塔主材(1)的范围内插入填板(7)，使填板(7)贴合铁塔主材(1)后拧紧螺栓，然后对节点板一侧进行螺栓(6)脱开和增设不等边角钢(2)工作后拧紧螺栓；铁塔主材承载能力薄弱部位的两个侧向支撑点之间增设的填板(7)个数≥2个，填板(7)最大间距≤40倍铁塔主材(1)最小回转半径；
根据铁塔主材(1)年平工况下承载能力的复核结果，按照直线塔及大角度耐张塔先拆除侧面后拆除正面，小转角耐张塔及终端塔先拆除正面后拆除侧面的处理顺序原则，先完成铁塔主材薄弱部位受力最小面增设不等边角钢(2)和填板(7)的工作，再进行铁塔主材薄弱部位其它面增设不等边角钢(2)和填板(7)的工作。
2.根据权利要求1所述的一种外背角钢老旧铁塔提高净截面强度及稳定性加固办法，其特征在于：根据《架空输电线路荷载规范》DL/T 5551-2018规定、铁塔实际使用条件和新规划铁塔使用的要求，计算大风、覆冰、不均匀覆冰、低温、断线、安装和年平七种工况下铁塔的电气荷载效应；然后按照空间桁架模型及结构力学计算方法，结合铁塔的实际锈蚀状况确定铁塔主材承载能力薄弱部位。
3.根据权利要求1所述的一种外背角钢老旧铁塔提高净截面强度及稳定性加固办法，其特征在于：对铁塔主材(1)年平工况下承载能力进行复核的工作包括，由《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T 5154-2012中的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(6)承载能力及铁塔主材(1)强度，按照单面支撑状态复核铁塔主材(1)稳定性，通过计算得到铁塔主材(1)年平工况下承载能力的复核结果。
4.根据权利要求1所述的一种外背角钢老旧铁塔提高净截面强度及稳定性加固办法，其特征在于：对铁塔主材(1)增设不等边角钢(2)和填板(7)后，铁塔净截面强度计算公式如下：
对铁塔主材(1)增设不等边角钢(2)和填板(7)后，铁塔稳定性计算公式如下：
式中：
N是不等边角钢(2)计算轴力设计值；
An是增设不等边角钢(2)后铁塔净截面积，已包括不等边角钢(2)面积并已扣除螺栓孔洞影响；
A是增设不等边角钢(2)后铁塔截面积，已包括不等边角钢(2)面积；
f是钢材强度设计值；
是轴心受压构件稳定性系数，按照《钢结构设计标准》GB50017-2017中，C类构件取值同时计入偏心受力的影响，计入方法按照《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T5154-2012中，附录C两端偏心受压情况执行；
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，单面不等边角钢(2)取1.15倍μ值。
5.根据权利要求1所述的一种外背角钢老旧铁塔提高净截面强度及稳定性加固办法，其特征在于：
不等边角钢(2)，为肢厚≥1/2铁塔主材(1)肢厚，且肢厚≥4mm，长边肢宽与铁塔主材(1)等宽的角钢材料，角钢长边位置开设螺栓孔洞，角钢长边上的螺栓孔洞位置根据铁塔主材(1)节间处螺栓(6)的开孔位置确定；
填板(7)，为根据铁塔主材(1)规格进行制弯的钢板材料；钢板厚度等于铁塔主材(1)的节点板(3)厚度，钢板开设螺栓圆孔，填板(7)的螺栓孔洞的孔径＞螺栓直径1.5mm，中心距取5倍螺栓直径，边距≥1.3倍螺栓直径，端距≥1.5倍螺栓直径，填板(7)上螺栓排数≥2排，单肢螺栓(6)列数根据铁塔主材(1)尺寸确定，当铁塔主材(1)规格为L110及以下时单肢螺栓(6)列数为单列，当铁塔主材(1)规格为L125及以上时单肢螺栓(6)列数为双列；增设填板(7)时，填板(7)的螺栓孔洞与铁塔主材(1)和不等边角钢(2)的新钻螺栓孔圆孔位置重合；
螺栓(6)，采用双螺母双垫片形式，当铁塔主材(1)的角钢材料为L63以下规格时用M16螺栓，6.8级M16螺栓的螺栓拧紧力矩为145-193N·m；当铁塔主材(1)的角钢材料为L63及以上规格时用M20螺栓，6.8级M20螺栓的螺栓拧紧力矩为282-376N·m。
6.根据权利要求5所述的一种外背角钢老旧铁塔提高净截面强度及稳定性加固办法，其特征在于：所有开孔工作完成后均对螺栓孔洞位置进行涂刷防腐油漆工作。
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