某特高压工程铁塔真型试验分析

何 川， 罗先国， 邹相国

（湖北省电力勘测设计院有限公司， 湖北 武汉 430040）

1 试验原理及方法

1）加荷：采用液压加荷装置，通过钢丝绳串联拉力传感器，按试验分级要求，逐步将垂直、水平及张力负荷施加在杆塔指定荷载作用点上。

2）观测：通过拉力传感器控制水平负荷及张力负荷加载的大小值；采用应变测量仪，测出各主要杆件的应变值得到各杆件的应力；在杆塔的正侧面各设置一台经纬仪，分别测得杆塔正侧面的挠度变形值及横担扭转位移值。

2 设计条件

1）导线：8×JL1/G3A-1250/70钢芯铝合金绞线。

2）档距（水平/垂直）：590/700 m。

3）基本风速覆冰：27 m/s、10 mm。

4）杆塔全高：77.5 m。

3 铁塔加荷方案

3.1 试验工况

该塔进行以下两组共计六个工况的试验：工况1，90°大风；工况 2,断左地线；工况 3,断左导线；工况4，锚左地线，右地线已锚；工况5，左导线施工提线，右侧导线、地线已安装；以上工况试验荷载均为100%设计荷载；工况6，45°大风；试验荷载为超载至150%设计荷载。

3.2 加荷步骤

加荷级别分别如下。

1）工况 1—5（横向、纵向、垂直）加载分别为0-50%-75%-90%-95%-100%-0。

2）工况6超载（横向、纵向、垂直）加载分别为0-50%-75%-90%-95%-100%-105%-110%-115%-120%-125%-130%-135%-140%-145%-150%-破坏。

4 试验情况

开始试验后，依次进行工况 2、3、4、5、1，试验荷载为100%设计荷载，所有工况都顺利通过试验。工况6，45°大风，试验荷载为超载至150%设计荷载，当荷载加至100%时，工况顺利通过，当荷载加至139%时，被试塔倒塔破坏。

5 试验数据分析

5.1 实测位移影响因素分析

一般杆塔真型试验均要求获得位移和应变数据，这些数据会受到很多因素影响。

1）设计加工方面：与杆件布置方式、节点构造、加工精度等有关。

2）组装方面：与组装方式、螺栓紧固程度等有关。

3）试验顺序：与工况试验顺序、持荷时间、加荷速度等有关。

Z2塔位移测点共布置16个，测点布置见下页图1（图中1～16是应变片在塔上的黏贴位置）。第1-3工况位移实测值比计算值大15%左右，而第4-5工况位移实测值和计算值相差在7%左右。原因是部分螺栓在前几个工况加载后发生滑移，而在后几个工况加载中误差就减小了，因此先加载的工况试验结果与计算偏差较大，后加载的工况差距明显减小。

5.2 实测应变影响因素分析

在弹性范围内铁塔的实测应变可通过应力应变公式计算出实测内力。铁塔的实测与计算内力有差距，主要由以下因素引起。

图1 试验塔位移测点图

1）应变片测量误差的影响：应变片的测量精度与多方面因素有关，应变片黏贴也是非常关键的要素之一。

2）节点非铰接影响：理论计算时将节点统一视为铰接，但实际中节点都有一定的刚度，并非理想的铰接。

Z2塔应变测点共布置67点，黏贴应变片134片。从计算内力和实测内力对比可看出：除断地线工况差异稍大外，该塔大部分测点实测内力与计算内力基本相符，误差在10%以内；杆塔主材实测内力与计算内力吻合程度较高，验证了计算模型的合理性。塔身主材（44号测点）实测结果与计算结果的相对误差为5%，塔腿主材（61号测点）的相对误差为4%；导线横担上平面主材与塔身相连处，角钢两肢的应变分别为552和579，两肢受力较为接近。这说明采用相互垂直焊接的节点板与横担上平面主材两肢相连后，这个部位传力已经接近于双面连接。横担上平面主材按双面连接设计，与以往单面连接设计相比可使横担上平面主材规格降1～2级。

5.3 超载及破坏情况分析

1）试验塔选取“45°大风”作为超载破坏试验工况，加载至100%时，腿部主材应变测点61，实测应变值1 316με，换算成内力为2 934 kN，而该杆件设计内力值2 894 kN（100%设计荷载时），实测内力偏差1.3%。这些数据证明计算理论与实际受力情况吻合。

2）试验后对杆件进行材料性能试验，试验结果是：腿部主材实测屈服强度为470 MPa。

3）由《钢结构设计规范》可知，对于Q420钢，≤16 mm时设计强度为380 N/mm2，分项系数γR为1.111。对于腿部主材在100%设计荷载时应力比为0.9。按设计理论计算其破坏超载级别为1÷0.9×1.111×470÷420=138.1%，与实际 139%破坏很接近。

5.4 试验塔分析小结

1）Z2塔顺利通过6个工况100%设计荷载试验；45°大风工况超载至139%设计荷载时，塔腿主材破坏；通过位移和应变分析，得出计算模型和实际试验结果吻合较好，关键部位节点构造合理，计算理论和设计理念能够保证杆塔安全。

2）横担上平面主材与塔身相连处采用相互垂直焊接的节点板双面连接后，两肢受力接近，表明此处可按双面连接设计，可使横担上平面主材规格降低1～2级。

3）理论计算该塔应在塔腿主材破坏，而实际也是如此。

6 结语

通过对某特高压直流Z2塔进行真型试验研究，验证了被试杆塔结构在特高压输电线路中的安全可靠性和经济合理性，不仅能为特高压杆塔优化设计提供试验依据，而且能为特高压线路的建设和安全运行提供技术支持，是保证我国特高压输变电线路杆塔结构经济可靠运行的关键。