CN115653380B - 一种用于输电塔的模块化耗能装配式结构 - Google Patents
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Abstract
一种用于输电塔的模块化耗能装配式结构，属于输电塔建设领域，具有底座、两个T形梁、阻尼减振机构、连接板、4个支撑梁。通过阻尼减振机构的滑动从而产生阻尼力和耗能，当位移越大时，系统提供的阻尼力越大，有效减小了输电塔上部结构的振动，降低了上部结构在自然灾害下发生破坏的概率。实现了不同荷载下的分级控制，当结构在强风等动荷载作用下通过阻尼减振机构的小范围滑动能够实现减振耗能的目的，当地震等强烈动荷载作用在结构上时，一方面通过阻尼减振机构减小作用于结构上的冲击，另一方面通过限位装置限制结构的最大位移，有效提升了结构在不同自然灾害下的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及输电塔建设领域，具体涉及一种用于输电塔的模块化耗能装配式结构。
背景技术
我国输电线路建设规模巨大，输电塔基础作为输电线路结构的重要组成部分，其造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中比重大，施工工期占到线路总工期的50%左右。目前，输电塔基础仍以现浇混凝土基础为主，需要面临基坑开挖、模板支护、钢筋绑扎、浇筑混凝土、养护等众多工序，劳动消耗量大且工程质量存在较大差异。同时，我国自然灾害频发，地震断裂带十分活跃，且我国地理位置独特，位于亚欧大陆和太平洋的交汇处，是世界著名的季风区和台风多发地区，输电线路要经受地震、季风、台风等多重灾害的影响。随着我国经济发展的需要，发展跨区域跨省能源调配能够发挥各地区资源优势，输电线路作为一种高效的能源传输方式，大规模开展输电线路建设已成为行业共识。如何提高输电线路建设效率，保障输电线路在地震等自然灾害下的安全稳定运行成为我国基础设施建设面临的一大难题。
传统的装配式基础型式主要集中在预制杯口基础、装配式独立基础、装配式板条基础和装配式条形基础方面。传统装配式基础存在连接可靠性的问题，并且目前的装配式基础未发现采用减振措施。因结构形式和减振措施创新不足，现有的装配式基础无法满足输电线路的安全需要。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种用于输电塔的模块化耗能装配式结构，旨在减小输电塔线体系在风荷载、地震等灾害作用下各个方向的振动响应，以达到提高输电线路安全性的目的；通过提出创新性的输电塔基础型式，达到了基础施工经济高效、结构性能安全可靠的目的。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于输电塔的模块化耗能装配式结构，包括：
底座，其上端设置有若干连接孔，地脚螺栓穿过连接孔后利用螺母将底座固定于地基中；
两个T形梁，呈十字形安装于底座的上端面上，T形梁的两侧分别滑动安装有阻尼减振机构，所述阻尼减振机构上端设置有球头Ⅱ；
连接板，固定于输电塔塔腿的下端，连接板的下端四个边角处分别安装有球头Ⅰ；
4个支撑梁，所述支撑梁上下两端分别设置有球槽，球头Ⅰ转动安装于支撑梁上端的球槽中，球头Ⅱ安装于支撑梁下端的球槽中；
当输电塔在纵向上出现移动时，其通过连接板利用4个支撑梁驱动阻尼减振机构沿T形梁（5）向外侧或向内侧滑动，阻尼减振机构相对T形梁产生运行阻力。
为了提高底座整体刚度，所述底座内部具有空腔，底座的四周设置有与空腔相连通的灌浆孔，混凝土通过灌浆孔浇灌至底座内部的空腔中。
为了起到限位作用，还包括设置于T形梁上端且分别位于阻尼减振机构内外两侧的限位器。
进一步的，所述阻尼减振机构包括：
箱体，其内部具有密闭的空腔，箱体的下端设置有与T形梁相匹配的T形槽，箱体通过T形槽滑动安装于T形梁上；
T形槽上端沿T形梁的长度方向水平设置有长孔，转动轴沿竖直方向设置，其下端穿过长孔后利用轴承转动安装于T形梁上；
传动圆盘，水平安装于转动轴上，传动皮带沿T形梁的长度方向水平设置于箱体内，传动皮带包绕过传动圆盘后，其两端分别固定于箱体内侧端的内壁及外侧端的内壁上；
N个轨道，沿T形梁的长度方向水平设置于箱体顶端的内壁上，每个轨道中滚动嵌装有钢球；以及
耗能盘，水平安装于转动轴上，耗能盘的下端沿竖直方向固定有若干弹簧，弹簧的下端与箱体相连接，在弹簧的弹力下耗能盘的上端面与各个钢球的下端相接触。
还包括分别设置于箱体前后两侧的橡胶垫。
N取值为10。
为了进一步提高阻尼效果，还包括分别设置于箱体左右两端的密闭的阻尼液腔，所述阻尼液腔中设有阻尼液，箱体左右两端分别沿水平方向设置有缸体，所述缸体四周密闭且内侧端开口，缸体的轴线沿左右方向水平设置，活塞沿水平方向滑动安装于缸体中，缸体的外侧端密闭连接有连接管，所述连接管的下端浸泡于阻尼液中，所述转动轴上转动安装有转动套环，转动套环的左右两端分别铰接安装有连接轴，连接座的外侧端通过销轴铰接连接有连杆，所述连杆的外侧端与同侧对应的活塞的内侧端面相连接。
为了进一步提高阻尼效果，还包括分别设置于箱体左右两端的呈门字形结构的槽，所述槽内填装有若干耗能球，所述槽的外侧端底部与阻尼液腔相连通，槽与阻尼液腔相连通部位设置有网孔板Ⅱ，所述网孔板Ⅱ上设置有若干网孔，所述网孔的孔径小于耗能球的外径，所述槽的内侧端底部与缸体相连通，槽与缸体相连通的部位位于活塞的内侧端，槽与缸体相连通的部位设置有网孔板Ⅰ，所述网孔板Ⅰ上设置有若干网孔，所述网孔的孔径小于耗能球的外径。
为了进一步提高阻尼效果，上述连接管中间隔设置有若干阻尼网，所述阻尼网上排布有若干网孔。
为了进一步提高阻尼效果，上述连接管折弯形成波浪形结构。
本发明的有益效果是：实现了各部件工厂化预制生产、现场组装的作业方式，提高了构件生产质量，保障了连接节点的传力可靠性，基础安全性得到显著提升。通过阻尼减振机构的滑动从而产生阻尼力和耗能，当位移越大时，系统提供的阻尼力越大，有效减小了输电塔上部结构的振动，降低了上部结构在自然灾害下发生破坏的概率。实现了不同荷载下的分级控制，当结构在强风等动荷载作用下通过阻尼减振机构的小范围滑动能够实现减振耗能的目的，当地震等强烈动荷载作用在结构上时，一方面通过阻尼减振机构减小作用于结构上的冲击，另一方面通过限位装置限制结构的最大位移，有效提升了结构在不同自然灾害下的安全性。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的阻尼减振机构的主视剖面结构示意图；
图3为本发明的阻尼减振机构的俯视剖面结构示意图；
图4为本发明的阻尼减振机构的侧视剖面结构示意图；
图中，1.连接板 2.输电塔塔腿 3.球头Ⅰ 4.底座 5.T形梁 6.橡胶垫 7.阻尼减振机构 8.灌浆口 9.连接孔 10.支撑梁 11.球头Ⅱ 12.限位器 7.1.箱体 7.2.T形槽 7.3.轴承 7.4.转动轴 7.5.传动圆盘 7.6.传动皮带 7.7.耗能盘 7.8.轨道 7.9.钢球 7.10.弹簧 7.11.转动套环 7.12连接轴 7.13.销轴 7.14.连杆 7.15.连接管 7.16.缸体 7.17.阻尼网 7.18.槽 7.19.耗能球 7.20.网孔板Ⅰ 7.21.网孔板Ⅱ 7.22.阻尼液 7.23.活塞7.24.阻尼液腔。
具体实施方式
下面结合附图1至附图4对本发明做进一步说明。
如附图1所示，一种用于输电塔的模块化耗能装配式结构，包括：底座4，其上端设置有若干连接孔9，地脚螺栓穿过连接孔9后利用螺母将底座4固定于地基中；两个T形梁5，呈十字形安装于底座4的上端面上，T形梁5的两侧分别滑动安装有阻尼减振机构7，阻尼减振机构7上端设置有球头Ⅱ 11；连接板1，固定于输电塔塔腿2的下端，连接板1的下端四个边角处分别安装有球头Ⅰ 3；4个支撑梁10，支撑梁10上下两端分别设置有球槽，球头Ⅰ 3转动安装于支撑梁10上端的球槽中，球头Ⅱ 11安装于支撑梁10下端的球槽中；当输电塔在纵向上出现移动时，其通过连接板1利用4个支撑梁10驱动阻尼减振机构7沿T形梁5向外侧或向内侧滑动，阻尼减振机构相对T形梁5产生运行阻力。输电塔在运行过程中要承受多种荷载，荷载通过输电塔塔腿2传递到连接板1，由于支撑梁10通过球头Ⅰ 3与连接板1转动连接，其通过球头Ⅱ 11与阻尼减振机构7转动连接，因此通过支撑梁10将荷载作用在阻尼减振机构7，阻尼减振机构7在荷载作用下可沿T形梁5滑动，可调节阻尼减振机构7的阻尼力，使其在正常荷载波动范围内不沿连接梁滑动，此时阻尼减振机构7与T形梁5属于固接状态，可将荷载传递给T形梁5，并最终通过底座4将荷载传递给地基，为上部结构提供足够的承载力。
优选的，底座4内部具有空腔，底座4的四周设置有与空腔相连通的灌浆孔8，混凝土通过灌浆孔8浇灌至底座4内部的空腔中。通过在空腔中浇灌混凝土，可以增强整个底座4整体的刚度，确保使用的可靠性。
当强风等动荷载作用于输电塔时，装配式基础承受的荷载也在不断变化。随着荷载增大，超过正常荷载波动范围后，阻尼减振系统会沿连接梁滑动的范围增大，因此优选的，还包括设置于T形梁5上端且分别位于阻尼减振机构7内外两侧的限位器12。通过在T形梁5上设置限位器12，可以对阻尼减振机构7的在内外侧的运动行程进行硬限位，防止阻尼减振机构7移动幅度过大导致其从T形梁5上脱离的情况发生。进一步优选的，还包括分别设置于箱体7.1前后两侧的橡胶垫6。当阻尼减振机构7与限位器12相接触时，由于阻尼减振机构7前后两侧均有橡胶垫6，因此通过橡胶垫6与限位器12实现碰撞缓冲，防止阻尼减振机构7由于与限位器12发生硬碰撞导致损伤的情况发生。
实施例1：
如附图2所示，本发明的阻尼减振机构7的具体结构包括：
箱体7.1，其内部具有密闭的空腔，箱体7.1的下端设置有与T形梁5相匹配的T形槽7.2，箱体7.1通过T形槽7.2滑动安装于T形梁5上。
T形槽7.2上端沿T形梁5的长度方向水平设置有长孔，转动轴7.4沿竖直方向设置，其下端穿过长孔后利用轴承7.3转动安装于T形梁5上。
传动圆盘7.5，水平安装于转动轴7.4上，传动皮带7.6沿T形梁5的长度方向水平设置于箱体7.1内，传动皮带7.6包绕过传动圆盘7.5后，其两端分别固定于箱体7.1内侧端的内壁及外侧端的内壁上。
N个轨道7.8，沿T形梁5的长度方向水平设置于箱体7.1顶端的内壁上，每个轨道7.8中滚动嵌装有钢球7.9，这里优选的N取值为10。
耗能盘7.7，水平安装于转动轴7.4上，耗能盘7.7的下端沿竖直方向固定有若干弹簧7.10，弹簧7.10的下端与箱体7.1相连接，在弹簧7.10的弹力下耗能盘7.7的上端面与各个钢球7.9的下端相接触。
当输电塔塔腿2受力上移时，连接板1利用各个支撑梁10拉动阻尼减振机构7向内侧移动，当输电塔塔腿2受力下移时，连接板1利用各个支撑梁10推动阻尼减振机构7向外侧移动，阻尼减振机构7移动时由于转动轴7.4通过轴承7.3转动安装于T形梁5上，传动圆盘7.5与传动皮带7.6传动连接，因此在阻尼减振机构7移动时利用传动皮带7.6驱动传动圆盘7.5转动，从而实现驱动转动轴7.4转动，转动轴7.4转动时驱动耗能盘7.7转动，由于耗能盘7.7通过弹簧7.10的弹力压紧在钢球7.9上，因此在箱体7.1移动时，钢球7.9在收到压紧力的情况下与转动的耗能盘7.7滚动摩擦，同时钢球7.9沿轨道7.8滚动，从而产生阻尼力，使箱体阻尼减振机构7移动时具备阻尼力，进而实现减振耗能。耗能盘7.7在转动时，弹簧7.10拉伸，当箱体7.1回到初始位置时，弹簧7.10复位从而驱动耗能盘7.7转动到初始状态，实现复位。
实施例2：
如附图2和附图3所示，在实施例1的基础上，为了进一步提高阻尼效果，还包括分别设置于箱体7.1左右两端的密闭的阻尼液腔7.24，阻尼液腔7.24中设有阻尼液7.22，箱体7.1左右两端分别沿水平方向设置有缸体7.16，缸体7.16四周密闭且内侧端开口，缸体7.16的轴线沿左右方向水平设置，活塞7.23沿水平方向滑动安装于缸体7.16中，缸体7.16的外侧端密闭连接有连接管7.15，连接管7.15的下端浸泡于阻尼液7.22中，转动轴7.4上转动安装有转动套环7.11，转动套环7.11的左右两端分别铰接安装有连接轴7.12，连接座7.12的外侧端通过销轴7.13铰接连接有连杆7.14，连杆7.14的外侧端与同侧对应的活塞7.23的内侧端面相连接。阻尼减振机构7向内侧移动或向外侧移动时，转动轴7.4转动，由于两个连接轴7.12铰接安装于转动套环7.11的左右两端，转动套环7.11转动安装于转动轴7.4上，因此阻尼减振机构7时，连接轴7.12摆动，进而通过连杆7.14拉动活塞7.23在缸体7.16中向内侧端滑动，进而缸体内外侧端部位在负压作用下利用连接管7.15将阻尼液腔7.24中的阻尼液7.22抽入到缸体7.16中，阻尼液7.22在连接管7.15中流动时产生阻力，同时活塞7.23在缸体7.16中滑动时也产生阻力，进而使阻尼减振机构7相对T形梁5滑动时的阻尼值更大，进一步提高了在强风等动荷载作用下通过阻尼减振机构7的小范围滑动能够实现优良的减振耗能的效果。
进一步优选的，连接管7.15中间隔设置有若干阻尼网7.17，阻尼网7.17上排布有若干网孔。通过在连接管7.15中设置多个阻尼网7.17，从而使阻尼液7.22在穿过阻尼网7.17时阻力值更大，进一步提高阻尼力。连接管7.15也可以折弯形成波浪形结构，由于设置成波浪形结构的连接管7.15在阻尼液腔7.24中以弯曲的方式折回布置，因此极大的增长了连接管7.15的长度，连接管7.15长度增加可以使阻尼液7.22在连接管7.15中流动的时间增长，进而进一步提高了阻尼力。
实施例3：
如附图2和附图4所示，在实施例2的基础上，为了进一步提高阻尼效果，还包括分别设置于箱体7.1左右两端的呈门字形结构的槽7.18，槽7.18内填装有若干耗能球7.19，槽7.18的外侧端底部与阻尼液腔7.24相连通，槽7.18与阻尼液腔7.24相连通部位设置有网孔板Ⅱ 7.21，网孔板Ⅱ 7.21上设置有若干网孔，网孔的孔径小于耗能球7.19的外径，槽7.18的内侧端底部与缸体7.16相连通，槽7.18与缸体7.16相连通的部位位于活塞7.23的内侧端，槽7.18与缸体7.16相连通的部位设置有网孔板Ⅰ 7.20，网孔板Ⅰ 7.20上设置有若干网孔，网孔的孔径小于耗能球7.19的外径。当活塞7.23向内侧端移动时，由于阻尼液腔7.24中阻尼液7.22进入缸体7.16中，因此阻尼液腔7.24形成负压，此时空气气流经槽7.18内侧端向外侧端流动，经网孔板Ⅱ 7.21进入阻尼液腔7.24内，气体流动时通过各个耗能球7.19之间的缝隙，从而使气流产生阻力，进而进一步提高阻尼减振机构7在移动时的阻尼力。当活塞7.23向外侧端移动时，同理，空气气流经槽7.18外侧端向内侧端流动，也会产生阻力。网孔板Ⅰ 7.20和网孔板Ⅱ 7.21可以防止耗能球7.19掉落。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于输电塔的模块化耗能装配式结构，其特征在于，包括：
底座（4），其上端设置有若干连接孔（9），地脚螺栓穿过连接孔（9）后利用螺母将底座（4）固定于地基中；
两个T形梁（5），呈十字形安装于底座（4）的上端面上，T形梁（5）的两侧分别滑动安装有阻尼减振机构（7），所述阻尼减振机构（7）上端设置有球头Ⅱ（11）；
连接板（1），固定于输电塔塔腿（2）的下端，连接板（1）的下端四个边角处分别安装有球头Ⅰ（3）；
4个支撑梁（10），所述支撑梁（10）上下两端分别设置有球槽，球头Ⅰ（3）转动安装于支撑梁（10）上端的球槽中，球头Ⅱ（11）安装于支撑梁（10）下端的球槽中；
当输电塔在纵向上出现移动时，其通过连接板（1）利用4个支撑梁（10）驱动阻尼减振机构（7）沿T形梁（5）向外侧或向内侧滑动，阻尼减振机构相对T形梁（5）产生运行阻力；
所述底座（4）内部具有空腔，底座（4）的四周设置有与空腔相连通的灌浆孔（8），混凝土通过灌浆孔（8）浇灌至底座（4）内部的空腔中；
所述阻尼减振机构（7）包括：
箱体（7.1），其内部具有密闭的空腔，箱体（7.1）的下端设置有与T形梁（5）相匹配的T形槽（7.2），箱体（7.1）通过T形槽（7.2）滑动安装于T形梁（5）上；
T形槽（7.2）上端沿T形梁（5）的长度方向水平设置有长孔，转动轴（7.4）沿竖直方向设置，其下端穿过长孔后利用轴承（7.3）转动安装于T形梁（5）上；
传动圆盘（7.5），水平安装于转动轴（7.4）上，传动皮带（7.6）沿T形梁（5）的长度方向水平设置于箱体（7.1）内，传动皮带（7.6）包绕过传动圆盘（7.5）后，其两端分别固定于箱体（7.1）内侧端的内壁及外侧端的内壁上；
N个轨道（7.8），沿T形梁（5）的长度方向水平设置于箱体（7.1）顶端的内壁上，每个轨道（7.8）中滚动嵌装有钢球（7.9）；以及
耗能盘（7.7），水平安装于转动轴（7.4）上，耗能盘（7.7）的下端沿竖直方向固定有若干弹簧（7.10），弹簧（7.10）的下端与箱体（7.1）相连接，在弹簧（7.10）的弹力下耗能盘（7.7）的上端面与各个钢球（7.9）的下端相接触。
2.根据权利要求1所述的用于输电塔的模块化耗能装配式结构，其特征在于：还包括设置于T形梁（5）上端且分别位于阻尼减振机构（7）内外两侧的限位器（12）。
3.根据权利要求1所述的用于输电塔的模块化耗能装配式结构，其特征在于：还包括分别设置于箱体（7.1）前后两侧的橡胶垫（6）。
4.根据权利要求1所述的用于输电塔的模块化耗能装配式结构，其特征在于：N取值为10。
5.根据权利要求1所述的用于输电塔的模块化耗能装配式结构，其特征在于：还包括分别设置于箱体（7.1）左右两端的密闭的阻尼液腔（7.24），所述阻尼液腔（7.24）中设有阻尼液（7.22），箱体（7.1）左右两端分别沿水平方向设置有缸体（7.16），所述缸体（7.16）四周密闭且内侧端开口，缸体（7.16）的轴线沿左右方向水平设置，活塞（7.23）沿水平方向滑动安装于缸体（7.16）中，缸体（7.16）的外侧端密闭连接有连接管（7.15），所述连接管（7.15）的下端浸泡于阻尼液（7.22）中，所述转动轴（7.4）上转动安装有转动套环（7.11），转动套环（7.11）的左右两端分别铰接安装有连接轴（7.12），连接座（7.12）的外侧端通过销轴（7.13）铰接连接有连杆（7.14），所述连杆（7.14）的外侧端与同侧对应的活塞（7.23）的内侧端面相连接。
6.根据权利要求5所述的用于输电塔的模块化耗能装配式结构，其特征在于：还包括分别设置于箱体（7.1）左右两端的呈门字形结构的槽（7.18），所述槽（7.18）内填装有若干耗能球（7.19），所述槽（7.18）的外侧端底部与阻尼液腔（7.24）相连通，槽（7.18）与阻尼液腔（7.24）相连通部位设置有网孔板Ⅱ（7.21），所述网孔板Ⅱ（7.21）上设置有若干网孔，所述网孔的孔径小于耗能球（7.19）的外径，所述槽（7.18）的内侧端底部与缸体（7.16）相连通，槽（7.18）与缸体（7.16）相连通的部位位于活塞（7.23）的内侧端，槽（7.18）与缸体（7.16）相连通的部位设置有网孔板Ⅰ（7.20），所述网孔板Ⅰ（7.20）上设置有若干网孔，所述网孔的孔径小于耗能球（7.19）的外径。
7.根据权利要求5所述的用于输电塔的模块化耗能装配式结构，其特征在于：所述连接管（7.15）中间隔设置有若干阻尼网（7.17），所述阻尼网（7.17）上排布有若干网孔。
8.根据权利要求5所述的用于输电塔的模块化耗能装配式结构，其特征在于：所述连接管（7.15）折弯形成波浪形结构。
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