500kV雙回內(nèi)窗目字型鐵塔真型試驗方案淺析

郭文星 周軍 韋波 葉敏

摘要： 為了驗證新型500kV雙回內(nèi)窗目字型鐵塔結構的可靠性，必須進行鐵塔真型試驗，制定真型試驗方案。本文對500kV雙回內(nèi)窗目字型鐵塔真型試驗方案制定過程進行簡要敘述。

關鍵詞： 500kV雙回;內(nèi)窗目字型;鐵塔真型試驗

前言：

在與高速公路、高速鐵路共用走廊地段建設高壓線的難度很大，為了解決這一工程難題，規(guī)劃設計了一種新型500kV雙回內(nèi)窗目字型鐵塔，鐵塔型式見圖1。雙回內(nèi)窗目字型鐵塔導線采取塔窗內(nèi)排列形式，每層橫擔水平布置兩相導線，分三層布置。主要受力構件選用Q345/Q420鋼管，鋼管采用剛性法蘭/插板進行連接。

一、500kV雙回內(nèi)窗目字型鐵塔真型試驗的必要性

500kV雙回內(nèi)窗目字型鐵塔缺乏設計、加工制造經(jīng)驗。根據(jù)《DL/T5154-2012架空輸電線路鐵塔結構設計技術規(guī)定》1.0.6條：鐵塔結構設計采用新理論、新材料或新結構型式，當缺乏實踐經(jīng)驗時，應經(jīng)過試驗驗證。另外，該類新型鐵塔用于高速公路、高速鐵路共用走廊地段，鐵塔對鐵路和公路的倒塔距離一般無法滿足規(guī)范要求的“鐵塔全高+3.1m”。由于新塔型的可靠性直接關系到鐵路、公路、電網(wǎng)的運行安全，鐵塔真型試驗是驗證鐵塔結構可靠性的必要手段，所以進行雙回內(nèi)窗目字型鐵塔真型試驗十分有必要。

真型試驗主要為達到以下幾個目的：

1）通過試驗檢驗塔型結構設計成果的安全可靠性;

2）通過試驗檢驗結構布置形式及節(jié)點構造處理是否合理，檢驗實際受力情況下的傳力結果與理論設計是否一致;

3）通過試驗檢驗輸電塔在各工況荷載作用下的整體/局部的變形、位移情況與理論設計是否一致。

二、鐵塔真型試驗一般過程及要求

鐵塔真型試驗大致可分為試驗規(guī)劃階段、試驗準備階段、試驗加載測試以及試驗資料整理分析與總結四個階段。

2.1 試驗規(guī)劃階段

鐵塔真型試驗是一項細致復雜的工作，任何疏忽大意都可能影響試驗的正常進行，甚至影響試驗結果或導致試驗失敗或危機人身安全。因此，應做好試驗的具體規(guī)劃。

先要簽訂試驗委托協(xié)議，明確試驗的目的。委托方在試驗鐵塔交付前的約定時間內(nèi)向試驗站提供試驗技術要求，主要包括：

1）試驗的氣象條件。

2）試驗鐵塔的組裝結構圖。

3）試驗鐵塔裝配或拆卸的要求、螺栓緊固程度的要求。

4）試驗鐵塔的最大基礎作用力，基礎的水平誤差和試驗鐵塔垂直誤差的要求。

5）插接式部件應施加的額定力、插接長度及誤差的要求等。

6）試驗各工況荷載掛點的準確位置及各點施加的設計荷載。

7）應變片的位置或方向、撓度測點位置等。

8）試驗中拍攝試驗鐵塔圖像資料的位置等內(nèi)容。

鐵塔試驗站根據(jù)委托方提供的技術要求編制試驗方案，主要包括：

1）試驗日期和安排。

2）基礎鋼梁、加荷繩索的布置形式;附加裝置如試驗底座或高低腿的圖紙等。

3）施加荷載的方法，如加載制度、荷載圖式、加載設備、最后級別荷載的持續(xù)時間等。

4）測量要求，包括觀測項目、測點布置、儀表的選擇與標定、儀表的布置、應變的布置等，并根據(jù)試驗目的和測量項目制定觀測記錄表格。

5）應變片的位置和方向（如果需要），荷載、撓度、應變等的測量誤差。

6）安全措施。

7）試驗進度與組織管理。

2.2 試驗準備階段

試驗準備階段是將規(guī)劃階段確定的被試塔按要求在鐵塔廠進行加工制作，并運輸?shù)皆囼炚具M行安裝與就位，并將變測點、位移觀測點按試驗方案布置妥當，將標定合格的測試儀表安裝就位，加荷繩和附加裝置布置完畢，并進行相應的連線、連機調試工作。

填制詳細的加載制度表格，準備各種記錄表格。

2.3 試驗加載階段

按試驗規(guī)劃階段和試驗準備階段確定的加載制度進行正式加載試驗，填寫各種測量測試結果，保留圖像記錄。

桿塔真型試驗的主要控制工況施加荷載的級別一般按設計荷載的

50%、75%、90%、95%和100%進行加載。對需進行超載破壞性試驗的工況，其荷載達到設計荷載的100%后，再按5%的級差加至破壞。

2.4 試驗資料整理分析與總結

按試驗目的和要求，對試驗原始資料進行歸類整理，對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理，編制試驗測試報告。試驗報告主要包括以下內(nèi)容：

1）試驗依據(jù)的標準、試驗站通過審查認可和計量認證的證書編號。

2）試驗日期和試驗地點，試驗桿塔名稱、類型和簡要描述。

3）試驗桿塔加工和/或組裝圖紙清單，試驗桿塔修改記錄。

4）組裝方法和安裝測量方法，組裝期間遇到的所有異常和問題的記錄，委托方采取矯正措施的記錄。

5）試驗條件的簡單描述，包括力傳感器的數(shù)量、位置、加載方式

撓度測點的數(shù)量、位置、測量方法等。

6）加荷繩布置圖，各試驗工況、各加荷級別所有加荷點的加荷值。

7）相關測量設備的校準記錄、撓度測量記錄、應變測量記錄。

8）破壞情況下，破壞前施加于試驗桿塔的最大荷載、破壞情況的描述。

9）試驗前、試驗中和試驗后試驗鐵塔的整體照片，如果試驗鐵塔發(fā)生破壞，破壞處的特寫照片。

10）試驗結論。

三、鐵塔真型試驗原理及方法

3.1 鐵塔真型試驗原理

根據(jù)荷載等效原理，通過液壓荷載加載裝置串聯(lián)拉力傳感器，按照試驗分級要求，逐步將X、Y、Z三個方向的荷載施加在真型試驗塔指定的荷載作用點上，模擬輸電塔在現(xiàn)實條件的受荷條件，從而達到檢驗設計成果的目的。

3.2 雙回內(nèi)窗目字形鐵塔真型試驗工況的確定

本次進行真型試驗的雙回內(nèi)窗目字形塔總共有96種組合工況，經(jīng)過計算分析，挑選其中10種主要控制工況組合作為真型試驗工況，具體如下。

3.3 雙回內(nèi)窗目字形塔真型試驗方法

分工況按相應步驟進行加荷：

1）第1、第3～第10工況分別按0%-50%-70%-90%-95%-100%-0%的步驟進行加載;

2）第2工況按0%-50%-70%-90%-95%-100%-105%-110%-0%的步驟進行加載。

每級加載完成須停留2分鐘后再觀測和記錄，觀測和記錄完成后方可進行下一步驟。

觀測方法：在桿塔的45°角方向設置一臺全站儀，分別測得桿塔各監(jiān)測點位移值;采用應變測量儀，監(jiān)測真型塔各應力監(jiān)測點應力變化情況。

四、雙回內(nèi)窗目字形塔真型試驗結果

雙回內(nèi)窗目字形塔順利通過鐵塔驗證性試驗。在進行鐵塔破壞性試驗時，上部塔窗與下部塔身的連接節(jié)點最先出現(xiàn)破壞，為了提高該類型鐵塔的可靠度，后續(xù)將對真型試驗過程中的數(shù)據(jù)進行詳細分析，制定相應的節(jié)點優(yōu)化設計方案。

參考文獻

[1] 電力工程高壓送電線路設計手冊（第2版）[M].中國電力出版社，2002.

[2] DL/T5154-2012 架空輸電線路桿塔結構設計技術規(guī)定 [S]. 2012.

[3] GB50017-2017 鋼結構設計標準 [S]. 2017.

[4] 喻明志，龍小樂，鮑務均. 輸電桿塔結構受力線性及非線性設計分析[J].山東電力技術，1998.

[5] 傅春蘅. 我國500kV輸電線路塔型設計的回顧與展望[J].電力建設，1994.

[6] 傅春蘅. 高壓輸電線路鐵塔結構設計幾點分析[J].電力建設，2003.

1.深圳供電規(guī)劃設計院有限公司 廣東深圳 518054;2.深圳供電局有限公司 廣東深圳 518054