ｌ，ｈ＿＝几＝ Ｌ 电网设汁 重霞冰区５００ ｋｖ酒杯型钢管塔设计及试验研究 叨咖哪嘞嘞哑国： 盖
重覆冰区５００ ｋＶ酒杯型 钢管塔设计及试验研究
徐明鸣，何洪波 （ ｆ－同能源建设集 湖南省电力没计院有限公司，湖南长沙４１０００７）
摘要：５ＪＴ４３ｌ重覆冰区酒杯型单回路耐张塔，全高３９ ｍ，单基重量５７．１４ ｔ。整体采用钢管构件，除地线支架及 横担平面交叉斜材采用角钢构件，钢管材质为Ｑ３４５及Ｑ２３５。真型试验成功通过了大风、安装、断线及覆冰工 况等９个试验工况，未有构件明显损坏，表明该塔设计正确，节点型式合理，整体安全可靠。 关键词：输电线路：重覆冰区；酒杯型钢管塔：真型试验。 中图分类号：ＴＭ７５文献标志码：Ａ文章编号：ｌ６７ｌ－９９１３（２０１７）０５—００４５－０５
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔ ｆｏｒ Ｃｕｐ—ｔｙｐｅ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｕｌａｒ Ｔｏｗｅｒ ｆｏｒ ５００ ｋＶ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ ｉｎ Ｈｅａｖｙ Ｉｃｉｎｇ Ａｒｅａ
ＸＹＵ Ｍｉｎｇ—ｍｉｎｇ，ＨＥ Ｈｏｎｇ－ｂｏ （Ｈｕｎａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４ １ ０００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ５ＪＴ４３ １ ｃｕｐ—ｔｙｐｅ ａｎｇｌｅ ｔｏｗｅｒ ｗｉｔｈ ｈｅｉｇｈｔ ３９ｍ ａｎｄ ｗｅｉｇｈｔ ５７．１ ４ｔ，ｉｓ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ・ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｏｗｅｒ ｆｏｒ ５００ ｋＶ ｈｅａｖｙ ｉｃｅ ｒｅｇｉｏｎｓ．Ｅｘｃｅｐｔ ｔｈｅ ｂｒａｃｅｄ ｐａｎｅｌ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｐｐｏ￣ｓ ａｎｄ ｃｒｏｓｓ ａｒｍ，ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ａｒｅ ａｐｐｌ ｉｅｄ ｉｎ ｗｈｏｌｅ ｔｏｗｅｒ． Ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｕｂｕｌａｒ ｓｔｅｅｌ ｉｓ Ｑ３４５．Ｔｈｅ Ｆｕｌｌ—ｓｃａｌｅ ｔｅｓｔ ｈａｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｐａｓｓｅｄ ｎｉｎｅ ｔｅｓｔｓ ｕｎｄｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｗｉｎｄ ａｎｄ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｉｎｅ ｂｒｏｋｅｎ ａｎｄ ｉｃｅ ｏｖｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ａｃｃｕｒａｔｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｎｏｄｅ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｐａｔｔｅｒｎ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｔｏｗｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ；ｈｅａｖｙ ｉｃｉｎｇ ａｒｅａ；ｃｕｐ—ｔｙｐｅ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ｔｏｗｅｒ；ｆｕｌｌ—ｓｃａｌｅ ｔｅｓｔ．
１概述 近年来，覆冰荷载对电力设备的影响受到 越来越Ｊ ‘泛的关注，覆冰灾害成为影响电网安 全的重要【天Ｊ素。输电线路不可避免穿越山区、 峡谷以及微地形区域等重覆冰地区，如何以较 小投资保证重覆冰地区输电线路安全是目前摆 在电网建设者面前的难题。重覆冰区铁塔的特 点是：需抵御覆冰情况卜各种不利冰风荷载组 合，在严重覆冰情况下不但覆冰荷载大，传统 的角钢结构，铁塔自身受到的风荷载也较大。 ５００ ｋＶ交流线路耐张塔在３０ ｍｍ及以上重覆 冰区主材需要采用组合角钢构件，铁塔构造特
别是节点构造复杂化，不同荷载组合卜传力路 线复杂，难以准确计算，给设计、加Ｉ：、安装 带来难度。如果采用钢管结构，一方面可以简 化铁塔结构型式，减小塔身覆冰荷载及塔身风 荷载，降低基础荷载；另一方面钢管构件管径、 厚度种类多，单构件承载能力大，能充分发挥 钢材强度，降低钢材指标。 目前，钢管塔在输电线路 ｌ：程中的应用越 来越广泛，国内针对ｌ０ ｍｍ及以下轻冰区线路 钢管塔设计关键技术、设计加啊Ｌ标准等研究取 得了较全面成果，而重覆冰区钢管塔应用在国 内尚未开展工作。本文对５００ ｋＶ耐张塔５ＪＴ４３ｌ 的关键设计及试验进行介绍和分析。
收稿日期：２０１６—０８－０３ 作者简介：徐明呜（１９８１。）， ，浙江富 人，研究 ，高级ｌ 帅，从事输电线路结构设计１ 作。
２０１７年１ｏ月第５期 ４５ 甘 骊ｌ＝凸－＿ ２酒杯型钢管塔设计 ２．１设计基本参数 ５ＪＴ４３ｌ酒杯 钢管耐张塔ｕ乎称高２７．０ ｍ， 铁塔根丌ｌ３．２ ｍ，塔 高度２８．５ ｍ，横于ｆ｝总宽 度３１．１ ｍ， 高３９．０ ｍ，单基 量５７．１４ ｔ。导 线 水平排列采用４×儿ＨＡ１／ＧｌＡ一４６５／６０， 地线采用ＸＧＪ—ｌ８０，设计水平梢距３００／１ ５０ ｍ， 难直１：、Ｊｊ距６４０／１６０ ｍ，５ＪＴ４３ｌ设计使用条件见 农１。
表１ ５ＪＴ４３１设计使用条件
２７ ３０ 兰 ｘ ｃ，０￣３（１ 、 ｊ ０ ＿： －！ 、 、 消杯掣耐张塔能彳丁效缓解采用“千”字型 耐张塔难以满４＋－足导地线脱冰跳跃要求的缺陷， 日．对ｒ ３０ ｍｍ～５０ ｍｍ重冰区， ‘般处于海 拔高、高差人的山地，耐张绝缘子串容易出现 拔 Ｉ ｉ．－压的情况，采用“＝Ｆ”字型耐张塔容 易 致耐张线央出口处导线对塔身和横担电气 ３真型试验 ３．１试验概况 ５ＪＴ４３Ｉ试验塔在－ＩＪ国电力科学研究院北京 良乡杆塔基地进行真型试验验证，加荷点通过 连仃测力传感器的钢丝绳 加荷用液压缸相连， ４６ ２ｏ１７年１０月第５期 距离不满足规程要求，对塔放电ｒＪ１起跳闸的啦 故。所以３０ ｍｍ及以上霞冰 的 ． 路耐张塔 推荐采用洒杯型塔。 本塔采用钢管及角铡组合结构，土材均采 用钢管构什，地线支架斜材及横 上卜 交 义斜材采川角钢构件，其余斜材均采用俐管构 件，钢管材质为Ｑ３４５及Ｑ２３５。塔身法 除变 坡处均采用Ｑ３４５锻造法兰，插板主要采用Ｃ 型及十字插板。 经过计算，Ｋ 点 采川插极连接型ｊ＝ ， ！Ｊ！ｆＪ在连接板与 管焊接端部 力集ｌ１１现象较为 严重，节点刚度较小，１ 点本身的位移较人。 敝重冰区酒杯型钢管塔Ｋ节 ｒ 推荐采刚十口贯焊 连接型式，适 １采用加劲肋以减少 力集 ｛】刈‘ ｌ＿１ 管局部承载力的影响，同时在支管 ｊｔ管火 角小于３０。，节点支管承载力计算可继续使用 现行规范汁算，并考虑 点次弯矩『天］素，建议 留１０％～ｌ５％以上的安全裕度。Ｋ ＾ 式见 图１、图２。
ｌ冬Ｉ２插板Ｋ 点喂式 加荷系统为液压闭环自动测控系统。位移测 采用令站仪，应变测量采用应变数 采集仪。 根据设计，选择了控制朴件较多和具有代 表性的 况进行试验。加荷级别按ｊ｛｛｛相天规定， 般］ 况加载川贝序为０—５０％一７５％一９０％一 ９５％一１ｏ０％一０，超载Ｉ：况加载顺序为０一 －：ｍ魁：几＝ ．Ｌ 电 设计 ， ．．ｊ。、 一 － －０ ． ／－ｂ 叨聊哪嘞唧嘧
５０％一７５ 一９０％一９５％一ｌ００％一１０５％一 １ｌ０ 一ｌ】５％一１２０％。本次试验分别进行了 安装（紧线、挂线）、断线、正常运行、不均匀 冰等Ｊ：况荷载试验，最 选取验算覆冰工况进 行超载试验，测试其抗冰能力。试验塔顺利通 过全部９项ｌ 况试验，未有构什明显损坏，试 验＿Ｊ：况及』Ｊｌ】载情况见表２。 表２试验工况及加载情况
１ 地线挂线（小转ｍ） １００％ 通过 ２ 线紧线（大转ｆｆＪ） ｌ００％ 通过 ３ 断 地、 线（小转ｆｆＪ） １００％ 通过 ４ 惭 、－ｔ，甘线（转ｆ『】 １００％ 通过 ５ ９０。人ｊｘＬ（人转加） １００％ 通过 ６ 改汁攫冰（人转珀） １００％ 通过 ７ 小均匀冰最人弯（小转ｆｎ） １００％ 通过 ８ 小均匀冰域人扭（小转舶） ｌ ００％ 通过 ９ 验算褴冰Ｉ夫转】．ｆｊ） ｌ２Ｏ％ 通过
３．２应变数据分析 试验应变测量数据量大，而３０ ｍｍ重冰区 耐张塔大多数构件均由验算覆冰工况控制，本 文选取了典型构件在验算覆冰工况下的应力数 据进行分析比较。图３为５ＴＪ４３ｌ单线图，图４ 为５ＴＪ４３ｌ应变片位置图。
图３ ５ＴＪ４３Ｉ单线图
图４ ５ＴＪ４３ １应变片位置图 由表３数据可知：（１）加载１００％设计荷载 时，构件理论与实测应力基本吻合，塔身及塔 腿结构布置简洁，传力清晰，相比于塔头，吻 合程度更好：（２）曲臂主材及塔腿主材的实测值 大于理论值，这主要是由于构件端部及Ｋ节点 的次弯矩引起的，其中Ｋ节点实测值较理论值 增加约９％，设计时必须考虑该因素：（３）各构 件实测应力均未超过材料的设计强度，表明设 计是合理而安全的。 由表４数据可知：（１）试验超载荷载到 ｌ２０％时，塔腿主材和塔腿辅助材已经超过了 材料的屈服强度，而构件并没有明显变形及破 坏，表明钢管构件具有较好的延性和承载能力； （２）从各加载跳级和应力增加的关系看，进入超 载条件Ｆ，杆塔变形大部分处于弹性状态，部 分构件渐入塑形状态，铁塔整体处于弹塑性变 形。主要表现为，随着超载级别的提高，各构 件实测应力增加的速率降低，已到达或接近材 料屈服强度的构件尤为明显。 由表５数据可知：（１）各挂点位移的理论 计算值普遍大于试验值，主要数值的偏差约为 ｌ５％：（２）因为钢管塔构件节点主要采用法兰和 插板，刚度较强，对构件端约束较大，而理论 计算无法考虑到这点，因此位移理论计算值大 于试验值是合理的。
２０１７ｆ１５１０Ｎ第５期。４７