输电线路铁塔辅助材研究

于学玉

(四川电力设计咨询有限责任公司，四川成都610016)

1 理论分析

输电线路铁塔设计中，经常通过增加辅助材支撑，减少受压构件自由长度，以提高其承载能力。

以压杆两分为例，中间辅助材支撑相当于一个弹性支座，如果它的弹簧刚度很弱，则所起的作用不大，不能把主材承载能力提高很多。因此，必须对辅助材所应具有的刚度做出分析，使之能起刚性支座的作用。当支撑刚度足够而杆屈曲时，杆轴线呈一个全波，如图1(a)中虚线所示。在计算中取图1(b)的简图，设弹簧支座有无穷小的压缩量d，杆件在弹性支座处的反弯点相当于一个铰。对此取矩，可得

因此

图1 单支撑点变形

当在压杆三分点加两个辅助材支撑时，屈曲时呈三个半波，计算简图有两种不同的可能图形，即两个弹簧向同一方向压缩(图2b)和向相反方向压缩(图2c)。仍设弹簧刚度为k，并有无限小的压缩量d，计算得这两种情况分别为

显然，辅助材刚度应至少达到式(4)所给的值，否则不可能实现把压杆计算长度由3L减少到L的目的。

图2 双支撑点变形

依次推算，当把压杆分成长度为L的N个等段，则弹簧刚度应至少为

画成曲线如图3，可以看出理想压杆辅助材所需刚度随主材分段数增加而增大，当N无限增大时，kL/N趋近于4。

图3 支撑所需刚度与主材分段的关系

2 试验分析

输电线路铁塔主材，虽然不是理想压杆，但其辅助材受力规律应与理想压杆类似。为进一步摸清输电线路铁塔辅助材受力规律，选用220 kV双回路直线塔SZ801进行了真型试验。

铁塔辅助材应变片编号如图4所示，应变测量采用数据采集仪。双回路直线塔SZ801通过了12个工况的设计荷载测试，其中最后一个工况(控制铁塔主材)超载至120%，铁塔未破坏。

图4 SZ801铁塔辅助材应变片布置

最后一个工况(控制铁塔主材)，从0%到120%逐级加载过程中，铁塔辅助材各应变片的应变值(uε)列表如下。

表1 铁塔辅助材应变值

续表1

根据表1中数据可计算出各辅助材在主材支撑点处的合力最大值，以及该支撑力与铁塔主材内力的比值，如表2。

表2 铁塔辅助材与主材的力

由表2可以看出，辅助材支撑力与铁塔主材内力的比值，在二分、三分、四分、七分情况下最大值分别为0.0072、0.0081、0.0114、0.0183。可见辅助材支撑力与铁塔主材内力的比值，随主材分段数增加而增大，与前面论述的辅助材刚度随主材分段数增加而增大吻合。

《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(以下简称《规定》)中规定铁塔辅助材的承载能力一般不低于所支撑主力内力的2%。通过表2可以看出，铁塔主材三分及以下时，辅助材支撑力不足主力内力的1%，只有当主材七分时，辅助材支撑力才接近《规定》中的数值。因此当铁塔主材三分及以下时，辅助材内力按照《规定》计算是偏于保守的，建议按照主力内力的1.5%计算，铁塔主材四分及以上按照《规定》计算是合理的。

3 结论及建议

(1)理想压杆辅助材所需刚度随主材分段数增加而增大。

(2)铁塔辅助材支撑力与塔身主材内力的比值，随主材分段数增加而增大。

(3)铁塔辅助材内力按照《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》计算是偏于保守的，建议主材三分及以下时按照主力内力的1.5%计算，主材四分及以上按照主力内力的2%计算。