一种轻质高强可拆卸可自动调节的输电铁塔横隔补强装置

技术领域

本发明涉及电网运维技术领域，尤其是一种轻质高强可拆卸可自动调节的输电铁塔横隔补强装置。

背景技术

输电铁塔的永久性加固通常采用增大截面法、高强钢替代法来实现，通过螺栓连接、焊接等方式在原有杆件上附加一根杆件，以实现增加有效承载截面的目的；或者通过Q420高强钢替换现有Q235或者Q345钢来实现同等截面下承载性能的一个提高。这些加固方法效果明显，但是往往工程量大、施工周期长，随之而来的也是投入很大。对于一些只在极端气象条件下超载的输电铁塔来说，花费大量人力和物力来抵御极小概率并可预知的自然外力显然不合理。

随之而来的是对输电铁塔的临时加固，就是在强台风来临前对不满足极端气象条件下的老旧输电塔进行临时性加固，通常在台风登陆前采用打设拉线的方式进行加固，但是对于固定风向有很好效果，如果风向发生变化，需要打设多根拉线，显然不能实现，同时打设拉线还涉及占地问题，对于很多杆位则不能满足要求；另外对于水田或者池塘、溪流周围的输电铁塔由于土质及地形问题很难打设拉线，路边也不能将拉线打设到路中央，因此通常的打设拉线方法不适用。

输电铁塔是一种高柔性空间桁架结构，强风是其控制荷载，为了保证空间桁架结构的整体受力性能以及分配剪力和扭矩，一般在输电铁塔塔身每隔一段高度都要设计横隔面，但是在以往的风致倒塔事故中发现很多输电塔都是在两横隔中间后者横隔面上部位置发生塔材失效从而导致倒塔事故发生。而目前从静力分析角度来说横隔的设计能满足结构要求，但是从动力上分析可以得到输电塔前几阶振型都是发生在横隔中间的塔身处的局部振型（见图1），在风荷载这种脉动荷载作用下很容易出现主材的变形过大造成失稳破坏，因此对于输电塔抗风来说横隔起到了很大作用，然而老旧输电塔在设计时横隔设置过少间距过大，或者横隔结构不合理，横隔材规格偏小都会造成横隔作用不明显，导致整塔的抗风性能下降。因此有效提升横隔作用也是输电塔抗风加固补强的关键。

个别横隔结构不合理或者横隔材规格偏小会在风作用下发生图2箭头所示方向的弯曲，横隔材会发生较大扰度，导致限制主材长细比的支撑发生移位，起不到很高的减小主材长细比的作用。因此增设和补强横隔、限制横隔材的向外屈曲变形是提高输电塔抗风的整体性，为输电塔抗风临时加固的关键。

发明内容

本发明提出一种轻质高强可拆卸可自动调节的输电铁塔横隔补强装置，为柔性轻质高强便携式可拆卸可自动调节的输电铁塔横隔补强装置，可广泛用于线路增容改造或者台风登陆前旧塔临时加固补强。

本发明采用以下技术方案。

一种轻质高强可拆卸可自动调节的输电铁塔横隔补强装置，所述补强装置包括多个可调长度的横向的连接杆，所述连接杆成对地用于每个铁塔横隔面，每对连接杆支撑于铁塔横隔面侧边横隔材件处形成交叉形补强结构；所述连接杆包括顺序连接的多段子杆，各子杆相互连接的部位处设有用于调节连接杆长度的驱动机构，所述驱动机构为手动机构或电动机构。

所述交叉形补强结构的四个端部，分别与铁塔横隔面处对向的两对横隔材件两连，形成可防止横隔材件过度屈曲变形的支撑结构。

当驱动机构为电动机构时，电动机构为位于两根子杆之间的电动伸缩杆。

所述补强装置还包括控制模块和监测单元；所述监测单元为设置于铁塔横隔面横隔材件与斜材件相交处的节点板弯起外缘的应力传感器，当驱动机构为与控制模块相连的电动机构时，控制模块经应力传感器采集节点处的应力变化数据，并据此控制电动伸缩杆的伸缩工况。

所述补强装置还包括光伏发电设备，所述光伏发电设备对控制模块和监测单元提供48伏直流电供电。

所述子杆为用于输电工程的延长杆，延长杆之间以旋转连接器相连；所述电动伸缩杆伸缩行程在500mm以内。

电动伸缩杆选用行程500mm工业级DC48V直流电动往复伸缩杆来，其载荷相关的规格为0.3～1.5吨。

当驱动机构为手动机构时，子杆为拉棒，手动机构为位于拉棒与铁塔横隔面节点板之间的花篮螺丝。

一种轻质高强可拆卸可自动调节的输电铁塔横隔补强装置的方法，采用以上所述的补强装置，所述补强装置中，应力传感器采用高精度应力传感器，安装于横隔材件与两根斜材件相交的横隔节点板弯起的外缘上，用来监测横隔材受力后发生平面外屈曲变形后的应力变化，控制模块接收并分析应力传感器的监测数据，使用方法包括：

方法A、如果应力传感器的监测数据表明应力变化有正向的增加，说明有横隔材有向外的屈曲变形，控制模块输出指令给电动伸缩杆，通过电动伸缩杆的缩短来调整连接杆的有效长度，以拉力对横隔材件的向外屈曲变形进行校正，进而保证横隔材件不产生较大的弯曲变形；

方法B、如果应力传感器的监测数据表明应力变化有负向的增加，说明有横隔材件有向内的屈曲变形，控制模块输出指令给电动伸缩杆，通过电动伸缩杆的伸长来调整连接杆的有效长度，以推力对横隔材件的向内屈曲变形进行校正，调整横隔材受力性能，优化铁塔中的横隔材件对主材的限制作用，使输电铁塔整体性能不降低。

所述补强装置用于铁塔塔身未设置横隔的位置时，对铁塔的交叉斜材件的交点进行调整及限制，使斜材件减小平面外屈曲变形以提升承载性能；

所述补强装置的安装方法为：选择无风无冰的天气进行加固，此时的铁塔状态作为应变传感器的初始基准点；

首先在地面安装用于核心监测的传感器、控制模块以及可调长度的连接杆；连接杆中的子杆为用于输电工程的延长杆，延长杆之间以旋转连接器相连，选取不同规格和不同数量的延长杆以适合铁塔的各级连接尺寸；

然后在横隔材件与斜材件相交的节点板弯起外缘上安装应变传感器，并在横隔材件中间的水平节点板上打孔，同时在铁塔塔身横隔上方4个交叉斜材交点内侧安装4个起吊定滑车，用定滑车将连接好的用于核心监测的传感器、控制模块以及可调长度的连接杆起吊至横隔处进行就位，就位后用节点板进行连接；

最后将光伏发电设备太阳能电池安装就位，连接供电线路，为控制模块和传感器供电，最后拆除起吊滑车。

本发明的核心技术基于减小横隔材变形、强化横隔抗风作用的思路，设计研发一种柔性轻质高强便携式可拆卸可自动调节的输电铁塔横隔补强装置，区别以往只能通过增大截面法来进行加固耗时耗力的输电塔加固方法，可广泛用于线路增容改造或者台风登陆前旧塔临时加固补强。

本发明的优点在于：

1、本发明通过限制横隔材变形，进而保持对主材的良好支撑，另外也能提高横隔的整体性，进而提高在风荷载作用下输电塔的承载性能。

2、本发明可以实现自动控制，通过监测横隔材与斜材相交的节点板弯起外缘的应力变化来闭环控制电动伸缩杆，电机伸缩杆的伸长与缩短来调节装置长度，实现限制横隔材变形的目的。

3、本发明不仅可以对现有横隔进行加固，也可以在塔身未设置横隔位置来限制交叉斜材交点的位置，使斜材减小平面外屈曲变形，提高斜材承载性能，也起到了一定的加固作用。

4、本发明装置采用可调连接装置这种柔性构件进行传力，相对角钢加固要减轻很大重量，可在搬运、安装和拆卸时更为便捷，只需要滑车和棕绳起吊即可，现场安装和拆卸工作量小，劳动强度低，可实现快速安装和拆卸。

5、如果短期内临时加固使用可以省略核心监测及控制单元和太阳能电池模块，只需要在拉棒和节点板之间连接花篮螺丝即可实现调节长短作用，是台风前临时加固更为快捷高效。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是输电铁塔前6阶振型中的局部振型示意图；

附图2是脉动风作用下输电铁塔的横隔变形示意图；

附图3是本发明连接杆收缩时的示意图；

附图4是本发明的俯视向示意图；

附图5是连接杆安装后的示意图；

图中：1-连接杆；2-控制模块；3-光伏发电设备；4-横隔材件；5-旋转连接器；6-子杆；7-电动伸缩杆。

具体实施方式

如图所示，一种轻质高强可拆卸可自动调节的输电铁塔横隔补强装置，所述补强装置包括多个可调长度的横向的连接杆1，所述连接杆成对地用于每个铁塔横隔面，每对连接杆支撑于铁塔横隔面侧边横隔材件4处形成交叉形补强结构；所述连接杆包括顺序连接的多段子杆6，各子杆相互连接的部位处设有用于调节连接杆长度的驱动机构，所述驱动机构为手动机构或电动机构。

所述交叉形补强结构的四个端部，分别与铁塔横隔面处对向的两对横隔材件两连，形成可防止横隔材件过度屈曲变形的支撑结构。

当驱动机构为电动机构时，电动机构为位于两根子杆之间的电动伸缩杆7。

所述补强装置还包括控制模块2和监测单元；所述监测单元为设置于铁塔横隔面横隔材件与斜材件相交处的节点板弯起外缘的应力传感器，当驱动机构为与控制模块相连的电动机构时，控制模块经应力传感器采集节点处的应力变化数据，并据此控制电动伸缩杆的伸缩工况。

所述补强装置还包括光伏发电设备3，所述光伏发电设备对控制模块和监测单元提供48伏直流电供电。

所述子杆为用于输电工程的延长杆，延长杆之间以旋转连接器5相连；所述电动伸缩杆伸缩行程在500mm以内。

本例中，旋转连接器用来连接节点板和延长杆以及延长杆与延长杆之间串联。

电动伸缩杆选用行程500mm工业级DC48V直流电动往复伸缩杆来，其载荷相关的规格为0.3～1.5吨。

当驱动机构为手动机构时，子杆为拉棒，手动机构为位于拉棒与铁塔横隔面节点板之间的花篮螺丝。

一种轻质高强可拆卸可自动调节的输电铁塔横隔补强装置的方法，采用以上所述的补强装置，所述补强装置中，应力传感器采用高精度应力传感器，安装于横隔材件与两根斜材件相交的横隔节点板弯起的外缘上，用来监测横隔材受力后发生平面外屈曲变形后的应力变化，控制模块接收并分析应力传感器的监测数据，使用方法包括：

方法A、如果应力传感器的监测数据表明应力变化有正向的增加，说明有横隔材有向外的屈曲变形，控制模块输出指令给电动伸缩杆，通过电动伸缩杆的缩短来调整连接杆的有效长度，以拉力对横隔材件的向外屈曲变形进行校正，进而保证横隔材件不产生较大的弯曲变形；

方法B、如果应力传感器的监测数据表明应力变化有负向的增加，说明有横隔材件有向内的屈曲变形，控制模块输出指令给电动伸缩杆，通过电动伸缩杆的伸长来调整连接杆的有效长度，以推力对横隔材件的向内屈曲变形进行校正，调整横隔材受力性能，优化铁塔中的横隔材件对主材的限制作用，使输电铁塔整体性能不降低。

所述补强装置用于铁塔塔身未设置横隔的位置时，对铁塔的交叉斜材件的交点进行调整及限制，使斜材件减小平面外屈曲变形以提升承载性能；

所述补强装置的安装方法为：选择无风无冰的天气进行加固，此时的铁塔状态作为应变传感器的初始基准点；

首先在地面安装用于核心监测的传感器、控制模块以及可调长度的连接杆；连接杆中的子杆为用于输电工程的延长杆，延长杆之间以旋转连接器相连，选取不同规格和不同数量的延长杆以适合铁塔的各级连接尺寸；

然后在横隔材件与斜材件相交的节点板弯起外缘上安装应变传感器，并在横隔材件中间的水平节点板上打孔，同时在铁塔塔身横隔上方4个交叉斜材交点内侧安装4个起吊定滑车，用定滑车将连接好的用于核心监测的传感器、控制模块以及可调长度的连接杆起吊至横隔处进行就位，就位后用节点板进行连接；

最后将光伏发电设备太阳能电池安装就位，连接供电线路，为控制模块和传感器供电，最后拆除起吊滑车。

本例中，对于输电塔结构，本发明的补强装置在每个横隔面均进行安装补强，装置尺寸根据输电塔典型设计中的常见塔型进行设计。一般1条线路的直线塔都出至于典设中的一个塔型，只是采用不同呼高，差别在于塔身下部和塔腿结构。因此塔身上部横隔补强装置规格都是一致的，塔身下部和塔腿处横隔补强装置的尺寸可根据典设塔型进行设计。