500kV双回内窗目字型铁塔真型试验方案浅析

郭文星 周军 韦波 叶敏

摘要： 为了验证新型500kV双回内窗目字型铁塔结构的可靠性，必须进行铁塔真型试验，制定真型试验方案。本文对500kV双回内窗目字型铁塔真型试验方案制定过程进行简要叙述。

关键词： 500kV双回;内窗目字型;铁塔真型试验

前言：

在与高速公路、高速铁路共用走廊地段建设高压线的难度很大，为了解决这一工程难题，规划设计了一种新型500kV双回内窗目字型铁塔，铁塔型式见图1。双回内窗目字型铁塔导线采取塔窗内排列形式，每层横担水平布置两相导线，分三层布置。主要受力构件选用Q345/Q420钢管，钢管采用刚性法兰/插板进行连接。

一、500kV双回内窗目字型铁塔真型试验的必要性

500kV双回内窗目字型铁塔缺乏设计、加工制造经验。根据《DL/T5154-2012架空输电线路铁塔结构设计技术规定》1.0.6条：铁塔结构设计采用新理论、新材料或新结构型式，当缺乏实践经验时，应经过试验验证。另外，该类新型铁塔用于高速公路、高速铁路共用走廊地段，铁塔对铁路和公路的倒塔距离一般无法满足规范要求的“铁塔全高+3.1m”。由于新塔型的可靠性直接关系到铁路、公路、电网的运行安全，铁塔真型试验是验证铁塔结构可靠性的必要手段，所以进行双回内窗目字型铁塔真型试验十分有必要。

真型试验主要为达到以下几个目的：

1）通过试验检验塔型结构设计成果的安全可靠性;

2）通过试验检验结构布置形式及节点构造处理是否合理，检验实际受力情况下的传力结果与理论设计是否一致;

3）通过试验检验输电塔在各工况荷载作用下的整体/局部的变形、位移情况与理论设计是否一致。

二、铁塔真型试验一般过程及要求

铁塔真型试验大致可分为试验规划阶段、试验准备阶段、试验加载测试以及试验资料整理分析与总结四个阶段。

2.1 试验规划阶段

铁塔真型试验是一项细致复杂的工作，任何疏忽大意都可能影响试验的正常进行，甚至影响试验结果或导致试验失败或危机人身安全。因此，应做好试验的具体规划。

先要签订试验委托协议，明确试验的目的。委托方在试验铁塔交付前的约定时间内向试验站提供试验技术要求，主要包括：

1）试验的气象条件。

2）试验铁塔的组装结构图。

3）试验铁塔装配或拆卸的要求、螺栓紧固程度的要求。

4）试验铁塔的最大基础作用力，基础的水平误差和试验铁塔垂直误差的要求。

5）插接式部件应施加的额定力、插接长度及误差的要求等。

6）试验各工况荷载挂点的准确位置及各点施加的设计荷载。

7）应变片的位置或方向、挠度测点位置等。

8）试验中拍摄试验铁塔图像资料的位置等内容。

铁塔试验站根据委托方提供的技术要求编制试验方案，主要包括：

1）试验日期和安排。

2）基础钢梁、加荷绳索的布置形式;附加装置如试验底座或高低腿的图纸等。

3）施加荷载的方法，如加载制度、荷载图式、加载设备、最后级别荷载的持续时间等。

4）测量要求，包括观测项目、测点布置、仪表的选择与标定、仪表的布置、应变的布置等，并根据试验目的和测量项目制定观测记录表格。

5）应变片的位置和方向（如果需要），荷载、挠度、应变等的测量误差。

6）安全措施。

7）试验进度与组织管理。

2.2 试验准备阶段

试验准备阶段是将规划阶段确定的被试塔按要求在铁塔厂进行加工制作，并运输到试验站进行安装与就位，并将变测点、位移观测点按试验方案布置妥当，将标定合格的测试仪表安装就位，加荷绳和附加装置布置完毕，并进行相应的连线、连机调试工作。

填制详细的加载制度表格，准备各种记录表格。

2.3 试验加载阶段

按试验规划阶段和试验准备阶段确定的加载制度进行正式加载试验，填写各种测量测试结果，保留图像记录。

杆塔真型试验的主要控制工况施加荷载的级别一般按设计荷载的

50%、75%、90%、95%和100%进行加载。对需进行超载破坏性试验的工况，其荷载达到设计荷载的100%后，再按5%的级差加至破坏。

2.4 试验资料整理分析与总结

按试验目的和要求，对试验原始资料进行归类整理，对试验数据进行分析处理，编制试验测试报告。试验报告主要包括以下内容：

1）试验依据的标准、试验站通过审查认可和计量认证的证书编号。

2）试验日期和试验地点，试验杆塔名称、类型和简要描述。

3）试验杆塔加工和/或组装图纸清单，试验杆塔修改记录。

4）组装方法和安装测量方法，组装期间遇到的所有异常和问题的记录，委托方采取矫正措施的记录。

5）试验条件的简单描述，包括力传感器的数量、位置、加载方式

挠度测点的数量、位置、测量方法等。

6）加荷绳布置图，各试验工况、各加荷级别所有加荷点的加荷值。

7）相关测量设备的校准记录、挠度测量记录、应变测量记录。

8）破坏情况下，破坏前施加于试验杆塔的最大荷载、破坏情况的描述。

9）试验前、试验中和试验后试验铁塔的整体照片，如果试验铁塔发生破坏，破坏处的特写照片。

10）试验结论。

三、铁塔真型试验原理及方法

3.1 铁塔真型试验原理

根据荷载等效原理，通过液压荷载加载装置串联拉力传感器，按照试验分级要求，逐步将X、Y、Z三个方向的荷载施加在真型试验塔指定的荷载作用点上，模拟输电塔在现实条件的受荷条件，从而达到检验设计成果的目的。

3.2 双回内窗目字形铁塔真型试验工况的确定

本次进行真型试验的双回内窗目字形塔总共有96种组合工况，经过计算分析，挑选其中10种主要控制工况组合作为真型试验工况，具体如下。

3.3 双回内窗目字形塔真型试验方法

分工况按相应步骤进行加荷：

1）第1、第3～第10工况分别按0%-50%-70%-90%-95%-100%-0%的步骤进行加载;

2）第2工況按0%-50%-70%-90%-95%-100%-105%-110%-0%的步骤进行加载。

每级加载完成须停留2分钟后再观测和记录，观测和记录完成后方可进行下一步骤。

观测方法：在杆塔的45°角方向设置一台全站仪，分别测得杆塔各监测点位移值;采用应变测量仪，监测真型塔各应力监测点应力变化情况。

四、双回内窗目字形塔真型试验结果

双回内窗目字形塔顺利通过铁塔验证性试验。在进行铁塔破坏性试验时，上部塔窗与下部塔身的连接节点最先出现破坏，为了提高该类型铁塔的可靠度，后续将对真型试验过程中的数据进行详细分析，制定相应的节点优化设计方案。

参考文献

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[2] DL/T5154-2012 架空输电线路杆塔结构设计技术规定 [S]. 2012.

[3] GB50017-2017 钢结构设计标准 [S]. 2017.

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[6] 傅春蘅. 高压输电线路铁塔结构设计几点分析[J].电力建设，2003.

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