CN205046920U - 一种钢管格构式构架避雷针 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种钢管格构式构架避雷针，其自下而上包括根部连接法兰、主体为格构式的主承载结构、过渡段针管以及避雷针针尖，所述主承载结构采用断面为矩形的钢管格构形式，由腹材与各主弦杆相贯焊连接而成，主结构采用矩形采用格构式结构，抗弯承载力大、抗风能力强；钢管格构式结构挡风系数小，对横风向风振不敏感；材料利用率高，节省材料；结构适应性强，可根据承载大小设定根开值，满足不同受力的需要。

Description

一种钢管格构式构架避雷针

【技术领域】

本实用新型属于电力电气领域，涉及一种钢管格构式构架避雷针。

【背景技术】

构架避雷针是变电站(换流站)中普遍使用的结构，在构架柱顶部设置避雷针，不仅可以直接利用构架作为底部支撑结构，减小避雷针净高，而且可以减小单独设置独立避雷针所带来的新增占地等问题。

对于设置高度较低、挂线荷载及风压均较小的地区，采用传统的实腹式圆钢管结构即可满足受力及变形要求。但对于构架高度低但避雷针针尖高度(地线柱顶高度)及风压均较大的地区，实腹式结构将不可避免的暴露出受风面积大、抗弯刚度小、自振周期大、风振响应明显的缺点，如处理不当，容易导致避雷针产生过大变形甚至折断的事故，给变电站(换流站)正常运行造成不利影响。因此，设计一种承载力高、抗风能力强的自立式格构式悬臂结构构架避雷针具有一定的现实意义。

传统的实腹式避雷针采用圆钢管截面，该截面呈中心对称，闭口，风荷载体型系数为0.6。采用单根圆钢管作为独立悬臂结构，截面单一，构造简单，渐变拔稍杆的造型也较美观，与钢管人字柱、钢管横梁、格构梁等结构外在形式容易保持一致，在现有变电站(换流站)中得到广泛应用。

上述实腹式截面形式虽造型简单，应用广泛，但随着特高压、超高压变电站(换流站)的大规模建设，对更高、挂载更大(兼挂地线的情形)、承受更大场地风压的构架避雷针的需求越来越多。综合起来，单一实腹式截面具有如下缺点：

1、受风面积相对较大。虽然独立圆形截面的风荷载体型系数为0.6，但由于是实腹式截面，挡风系数为1.0，最终受风面积并不小。外部尺寸相当的四边形格构式截面(挡风系数按0.2考虑，体型系数近似取1.44),其风荷载仅不到前者的一半。

2、除受顺风向风振影响外，大直径实腹式圆管截面对横风向风振更加敏感，需要采取额外措施，防止圆形截面因涡激共振产生大的振动、变形或疲劳破坏。

3、抗弯刚度较小，材料利用率低。虽然截面各部分分布在距离圆心为半径大小的圆周上，但由于远离任一过形心的中性轴的截面所占比例少，独立圆形截面的抗弯刚度并不是很大，截面受弯时距离中性轴近的弯曲应力很小以至于接近于零，材料总体使用效率不高，同时导致自重较大。

4、截面适应性不强。薄壁圆管截面的抗弯刚度仅与直径、壁厚这两个参数直接相关，可供调整的几何、物理参数不多。加大壁厚会明显增加质量，增加直径会增加受风面积，且都会对结构的自振特性带来影响，进而影响风荷载响应。对抗弯刚度要求很大的悬臂结构，直接增加直径或壁厚都会对结构的经济型带来明显影响。

5、采用单一圆管截面的悬臂结构属于静定结构，结构超静定次数为零，无法像超静定结构那样在超载状况下进行内力重分布。破坏具有突然性。

6、同上述第2条，以承受弯矩为主的圆钢管截面采用法兰连接时，由于螺栓直径及强度由距离圆心最远的螺栓控制，同样存在螺栓利用率不高的问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种承载力高、抗风能力强的钢管格构式构架避雷针。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种钢管格构式构架避雷针，自下而上依次包括根部连接法兰、主体为格构式的主承载结构、过渡段针管以及避雷针针尖，所述主承载结构采用断面为矩形的圆钢管格构形式，由腹材与各主弦杆相贯焊连接而成。

进一步，所述主承载结构为矩形连续渐变断面。

本实用新型的优点是：

(1)主结构采用四边形采用格构式结构，抗弯承载力大、抗风能力强；

(2)钢管格构式结构挡风系数小，对横风向风振不敏感；

(3)材料利用率高，节省材料；

(4)结构适应性强，可根据承载大小设定根开值，满足不同受力的需要；

(6)格构式结构整体轻巧，且自下而上呈连续渐变断面，造型比较美观；

(7)由于断面尺寸一般较小，为加工厂分段焊接，现场分段拼装创造了条件。

【附图说明】

图1避雷针立面布置图

图2主弦杆根部连接法兰示意图

图3避雷针顶部构造

图4避雷针主体承载结构连接节点构造

图5a不挂地线情况下的断面形态

图5b兼挂地线情况下的断面形态

图中：1-主体承载结构；2-过渡段针管；3-避雷针针尖；4-根部连接法兰；5-横隔。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如附图1和图3所示，避雷针(兼挂地线)由高度为H1+H2的下部主体格构式主承载结构1、高度为H3的过渡段针管2和高度为500mm的避雷针针尖3构成，上述三段具体长度可根据实际避雷针(地线柱)高度需要进行分段。

如图1所示，主体格构式结构四根弦杆通过连接法兰4与构架柱顶板相连，由于弦杆根部内力最大，大风区尚需要考虑风振疲劳的影响，因此该处采用刚性法兰以加强连接，螺栓、加劲360度均匀分布。

过渡段针管根部构造可如图2所示，直接与格构段顶板焊接(按强度要求设置加劲)，也可考虑分段运输的便利，采用法兰与顶板连接。

如图4所示为避雷针(地线柱)主体承载结构连接节点构造，腹杆与主弦杆采用相贯焊连接，连接节点满足管节点各种破坏模式的受力要求。该连接节点传力直接，构造简单，无节点板等额外挡风板件，结构外观也比较轻巧。

避雷针(或地线柱)主要承载结构为下部四边形钢管格构式支撑结构(腹材与各主弦杆相贯焊连接)，通过4个支腿根部的连接法兰分别与构架柱顶板相连，其顶部根据要求设置过渡段针管和针尖(仅避雷针设置)。其自下而上具体组成为：根部连接法兰、主体格构式主承载结构(根部断面尺寸根据需要调整，顶部尺寸为300mmx300mm，中间断面连续渐变)、一定高度直立圆钢管过渡段以及顶部0.5m长避雷针针尖(φ25不锈钢针尖)。

如图5a所示，对于不挂线的构架避雷针，由于仅受风荷载影响，且两个正交方向受力的概率和大小按无差别考虑，因此主弦杆布置可采用正四边形布置方式；如图5b所示，对于避雷针兼挂接地线的情形，或者单纯的地线柱，考虑两个方向受力差异的大小，主弦杆布置可采用矩形布置方式(B≥A)，以反映挂线、无挂线方向受力不同时对构件抗弯能力要求的差异。

为减少作用于结构杆件上的风荷载，构架避雷针(地线柱)主体承载结构不采用角钢格构式结构，而采用主弦杆及腹杆均为圆钢管(整体体型系数约为角钢塔架的0.6倍)的钢管格构式结构，且腹杆与弦杆通过相贯焊连接，以减少节点板耗材及挡风效应。此外，为了增加结构的整体性和杆件受力的协同性，需在悬挂地线处设置横隔5，按构造要求，尚需按构造沿主体承载结构每隔一定高度设置横隔。

本实用新型的特点：

(1)采用格构式结构以分散结构构件，减小挡风面积，增加抗弯刚度；

(2)增加结构抗弯刚度，减小自振周期，减小杆件直径，避免横风向风振；

(3)提高材料利用率。

Claims (2)

1.一种钢管格构式构架避雷针，其特征在于：自下而上依次包括根部连接法兰(4)、主体为格构式的主承载结构(1)、过渡段针管(2)以及避雷针针尖(3)，所述主承载结构(1)采用断面为矩形的圆钢管格构形式，由腹材与各主弦杆相贯焊连接而成。

2.如权利要求1所述的钢管格构式构架避雷针，其特征在于：所述主承载结构(1)为矩形连续渐变断面。