±800kV 特高压灵绍线JC27101耐张塔真型试验研究

张 健，张文涛，吴光臣

（东北电力设计院，长春 130021）

为检验工程主要塔型在各种主要荷载工况下受力构件理论计算值和实际受力的符合性，验证塔型结构、节点构造的安全可靠性，需对耐张塔进行真型试验。灵州—绍兴±800kV 特高压直流输电线路起于宁夏回族自治区银川市境内宁东换流站，止于浙江绍兴换流站，线路路径全长1 720km，采用6×JL1／G2A－1250／100大截面钢芯铝绞线。通过增大安装临时拉线平衡张力，优化构件布置，精细化节点设计，减小铁塔质量。为验证此方案的可靠性和保证±800kV 特高压灵绍直流输电线路工程安全可靠运行，本文选择JC27101耐张塔进行真型试验研究分析。

1 经济技术分析

本工程导线采用的6×JL1／G2A－1250／100 钢芯铝绞线，是国内工程中采用的最大截面导线，由于安装张力巨大，导致耐张塔导线横担及以下的身部和腿部构件基本为安装工况控制。为减小塔质量、节省投资，提出将本工程安装临时拉线平衡张力由DL／T 5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》规定的每相40kN 增大到160kN，塔腿主材、导线横担上、下平面以及身部主材材质均用Q420钢，2种临时拉线平衡张力方案的铁塔计算结果比较见表1。

经比较，安装临时拉线平衡张力采用160kN时，塔腿主材、导线横担上、下平面以及身部主材规格均较平衡张力40kN 时规格小，塔身的质量由108.48t降低到97.83t，可降低单基塔身质量约10%，经济优势明显。为验证此方案的可靠性，特将锚线安装工况定为本试验超载工况。

表1 2种临时拉线平衡张力方案计算结果

2 铁塔试验情况

2.1 铁塔试验工况

JC27101塔试验选取了大风、断线、锚线等8个控制工况，试验工况顺序及控制部位见表2。

表2 试验工况及控制部位

2.2 铁塔位移数据分析

JC27101耐张塔在导、地线挂点、塔身顶部、塔身变坡点、塔腿等关键部位共布置了15个位移观测点，测点布置见图1，主要工况关键变形方向的计算位移和实测位移统计见表3。

图1 铁塔位移观测点布置

a.横向位移分析。本试验塔各工况中90°大风时铁塔横向位移最大。实测数据显示，在90°大风工况下，3号观测点在加载至100%时的位移观测值为323mm，扣除残余变形47mm，实际位移值应是276mm，比理论计算值305mm 小29mm，相对偏差约－9.5%，实测值略小于计算值，说明塔身刚度较好，同时实测位移与理论值相差不大。

表3 主要工况100%荷载计算位移和实测位移

b.纵向位移分析。本试验塔各工况中锚外侧导线、内侧导线未锚工况时铁塔纵向位移最大。实测数据显示，在该工况下，10 号观测点在加载至100%时的位移观测值为828 mm，扣除残余变形141mm，实际位移值应是687 mm，比理论计算值493mm 大196mm，相对偏差稍大，约为39.7%。

c.垂直位移分析。本试验塔各工况中紧内侧导线、外侧导线已紧工况时铁塔垂直位移最大。实测数据显示，在该工况下，9号观测点在加载至100%时的位移观测值为293 mm，扣除残余变形109 mm，实际位移值应是184 mm，比理论计算值220 mm 小36mm，相对偏差约为－16.4%。

由表3中可看出：本塔部分实测位移小于计算位移，部分实测位移大于计算位移，且有明显的工况之分；安装及事故工况实测位移大于理论计算，正常运行工况实测位移小于理论计算。在锚外侧导线工况，塔身受扭，地线支架和导线横担端部实测变形值最大，但塔身变形不大，应该是塔身扭转引起。由于锚线工况是瞬时荷载，且荷载撤销后变形可恢复，不会影响铁塔的正常使用和视觉感官，因而无须考虑增强铁塔的抗扭转能力。正常运行工况，塔身变形均小于理论计算值，整体刚度很好，且各个方向的位移值都不大，说明铁塔刚度可靠，能满足规范和线路运行的刚度要求。

2.3 铁塔应变数据分析

JC27101耐张塔应变测点共布置29点，粘贴应变片70片，测点布置见图2，主要工况关键构件计算内力和实测内力统计见表4，残余值为该工况试验时退荷到0%后测量位移值。

表4 主要工况100%荷载构件计算和实测内力

图2 铁塔应变测点布置

从表4可看出，由于试验中应变测量未考虑铁塔自身质量影响，实测内力大多小于计算内力；总体来看实测内力与计算内力吻合较好，说明该塔型设计方法合理，铁塔强度安全可靠。

2.4 超载工况破坏杆件分析

JC27101耐张塔在锚内侧导线，外侧导线、地线已锚工况超载到122%时，横担下平面主材与身部相接处节间屈曲，导致铁塔破坏。

横担下平面主材采用双肢Q420L180mm×16 mm 角钢，T 型布置，节间长度较短（1 410mm）。该主材属于短粗形，且肢宽较大，具有发生受压弯扭屈曲的可能性，因此在设计计算中除考虑正常计算外，还根据GB 50017—2003《钢结构设计规范》，其绕对称轴应计及扭转效应。

通过对横担下平面主材应力试验值与设计值的比较，试验值在各加载阶段的应力数值均比设计值大7%～9%，分析原因主要是由于在铁塔理论计算中，组合角钢构件是按整体统一的理想化构件模式参与计算的，即假设组合角钢两肢受力均匀，无相对位移，能协调变形及抵抗外力。而实际受力中，由于需通过节点板连接传力，因此，两角钢间存在传力的不同时性和不均匀性，且该杆件长细比较小，附近节点布局密、刚度大，引发的次应力较大。

建议铁塔设计中，当横担下平面主材采用双肢角钢、T 型布置时，应考虑留有适当裕度。

3 结论

a.JC27101耐张塔整体刚度好，能满足规范和线路运行的刚度要求。

b.JC27101耐张塔内力理论计算与实际情况吻合，设计方法合理，铁塔强度安全可靠。

c.JC27101耐张塔通过将临时拉线平衡张力由40kN 增加到160kN，降低单基塔质量约10%；试验中铁塔受力状况良好，验证了此方案合理有效，可在工程中推广应用。

d.铁塔设计中，当横担下平面主材采用双肢角钢、T 型布置时，应留有适当裕度。