宁夏回族自治区电力设计院有限公司 宁夏 银川 750000
摘要：选取国网通用设计中的两基猫头塔进行真型塔验证试验，试验结果表明，原结构布材较复杂，传力不清晰，导致实际传力与理论计算结果偏差较大，未能通过真型塔试验。通过对猫头塔的结构布置、节点布置等进行了优化设计，改进后的杆塔顺利通过真型塔试验，并且试验结果和理论计算吻合较好。
关键词：猫头塔；结构设计优化；试验研究；输电线路
国网公司于2011年开展了110kV-500kV输电线路铁塔的通用设计，但在选定的通用设计猫头塔进行真型试验时发现有40%的杆塔未能通过真型塔试验[1]。主要原因是110kV-750kV架空输电线路设计规范[2]地线断线张力的取值由原110kV-500kV架空送电线路设计技术[3]的50%提升为100%，导致断地线工况控制的杆件较老规范增加较多，传统的结构布置已经不能很好的适应新的设计规范，导致猫头塔的曲臂容易出现破坏。因此如何对猫头塔的结构布置或节点型式进行优化设计是项亟待解决的关键性问题。
为提高国网通用设计中猫头塔的安全可靠性，本文选定2B4-ZM2和1C2-ZM2两基塔为研究测试塔，开展对猫头塔的理论和试验研究。
1 结构薄弱点分析
以2B4-ZM2猫头塔为例，传统猫头塔下曲臂布置如图1所示。分析可知， A-E节点处，杆件负端距过大，交叉斜材不能交于计算模型轴线，导致结构传力不畅，与计算模型不符。由于下曲臂内侧面主材的交叉，A、B节点处的交叉材退头太大，不能很好的传力，导致传力路径将会沿着1-1、2-2剖面向下曲臂外侧传递。然而1-1、2-2剖面负端距也较大，导致传力仍然不畅，这就造成猫头塔下曲臂传力路径变化复杂，即实际传力路径和计算模型存在一定的差异。而 a-e节点刚度偏小，侧面不能有效传力，导致节点处形成新的薄弱环节。
对铁塔通用设计的10种不同类型的猫头塔进行了真型塔试验，发现其中有4种猫头塔在试验过程中出现不同程度的损坏。破坏的猫头塔共同特征如下：
（1）破坏工况均为断地线工况。
（2）破坏位置大致相同，均为塔头曲臂部位，且均为受拉杆件。
（3）破坏特征相同，均为下曲臂端部整体弯扭破坏。
（4）破坏杆件的理论计算及连接强度均满足规程要求。
（5）结构图中部分杆件节点存在负端距较大的情况。
根据以上特征可得出，试验失败的主要原因为：在规范修改后，对于220kV及以下的单回路猫头塔，传统的塔头布材不再适用于地线张力较大的情况。传统结构布材较复杂，传力不清晰，导致实际理论计算结果偏差较大。塔头的某些杆件节点负端距较大，节点刚度较小，导致实际传力情况与理论计算结果发生变化。
2 结构优化
根据之前的试验结果可知，猫头塔下曲臂的传统布置形式已经不能很好的适应新规范的要求，优化方案如下：
（1）A-D节点处主材材负端距减小并增加连接板，使交叉斜材交于设计钉线，与设计模型保持一致；
（2） a、b节点处侧面连接板，并与正面板焊接，增减节点刚度，使主材侧面更好的传力；
（3）c节点增加连接板，连接边横担和下曲臂主材，从而使下横担端部交叉材交于顶端钉线交点处；
（4）d节点采用十字插板型式连接，有效增加X节点处的刚度，还能使侧面的交叉斜材基本交于设计钉线；
（5）e节点瓶口处正侧面板焊接增加节点刚度，同时在曲臂内侧主材处贴角钢并焊接与侧面连接板；
（6）地线支架挂点处采用鸟嘴布置，地线支架外侧下平面斜材采用交叉材布置，有利与顶部斜材的传力；
（7）中横担与地线支架、上曲臂外侧的连接板采用正侧面焊接连接，增加节点处的刚度，有利于侧面力的传递。
图1 下曲臂传统结构布置
3 试验结果分析
改进后的猫头塔于北京中国电力科学研究院良乡杆塔试验基地顺利通过真型试验，根据试验结果可知，断地线为最不利工况，其应力试验值和设计值比较分析如表1所示。
表1 应力试验值和计算值比较
注：应变编号下所示，表中所选编号为试验较不利的杆件。
由表1可知，除杆件16和39外，其他压杆件的试验值和设计值吻合较好。通过分析杆塔结构图，我们认为试验塔下曲臂内主材直接和横材增加贴板焊接连接，是造成杆件16和39试验值远大于设计值的原因。
论文作者:汪楚清
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/9
标签：节点论文; 地线论文; 侧面论文; 刚度论文; 结构论文; 杆塔论文; 工况论文; 《防护工程》2018年第17期论文;