何 川， 羅先國， 鄒相國

（湖北省電力勘測設計院有限公司， 湖北 武漢 430040）

1 試驗原理及方法

1）加荷：采用液壓加荷裝置，通過鋼絲繩串聯(lián)拉力傳感器，按試驗分級要求，逐步將垂直、水平及張力負荷施加在桿塔指定荷載作用點上。

2）觀測：通過拉力傳感器控制水平負荷及張力負荷加載的大小值；采用應變測量儀，測出各主要桿件的應變值得到各桿件的應力；在桿塔的正側面各設置一臺經(jīng)緯儀，分別測得桿塔正側面的撓度變形值及橫擔扭轉位移值。

2 設計條件

1）導線：8×JL1/G3A-1250/70鋼芯鋁合金絞線。

2）檔距（水平/垂直）：590/700 m。

3）基本風速覆冰：27 m/s、10 mm。

4）桿塔全高：77.5 m。

3 鐵塔加荷方案

3.1 試驗工況

該塔進行以下兩組共計六個工況的試驗：工況1，90°大風；工況 2,斷左地線；工況 3,斷左導線；工況4，錨左地線，右地線已錨；工況5，左導線施工提線，右側導線、地線已安裝；以上工況試驗荷載均為100%設計荷載；工況6，45°大風；試驗荷載為超載至150%設計荷載。

3.2 加荷步驟

加荷級別分別如下。

1）工況 1—5（橫向、縱向、垂直）加載分別為0-50%-75%-90%-95%-100%-0。

2）工況6超載（橫向、縱向、垂直）加載分別為0-50%-75%-90%-95%-100%-105%-110%-115%-120%-125%-130%-135%-140%-145%-150%-破壞。

4 試驗情況

開始試驗后，依次進行工況 2、3、4、5、1，試驗荷載為100%設計荷載，所有工況都順利通過試驗。工況6，45°大風，試驗荷載為超載至150%設計荷載，當荷載加至100%時，工況順利通過，當荷載加至139%時，被試塔倒塔破壞。

5 試驗數(shù)據(jù)分析

5.1 實測位移影響因素分析

一般桿塔真型試驗均要求獲得位移和應變數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會受到很多因素影響。

1）設計加工方面：與桿件布置方式、節(jié)點構造、加工精度等有關。

2）組裝方面：與組裝方式、螺栓緊固程度等有關。

3）試驗順序：與工況試驗順序、持荷時間、加荷速度等有關。

Z2塔位移測點共布置16個，測點布置見下頁圖1（圖中1～16是應變片在塔上的黏貼位置）。第1-3工況位移實測值比計算值大15%左右，而第4-5工況位移實測值和計算值相差在7%左右。原因是部分螺栓在前幾個工況加載后發(fā)生滑移，而在后幾個工況加載中誤差就減小了，因此先加載的工況試驗結果與計算偏差較大，后加載的工況差距明顯減小。

5.2 實測應變影響因素分析

在彈性范圍內鐵塔的實測應變可通過應力應變公式計算出實測內力。鐵塔的實測與計算內力有差距，主要由以下因素引起。

圖1 試驗塔位移測點圖

1）應變片測量誤差的影響：應變片的測量精度與多方面因素有關，應變片黏貼也是非常關鍵的要素之一。

2）節(jié)點非鉸接影響：理論計算時將節(jié)點統(tǒng)一視為鉸接，但實際中節(jié)點都有一定的剛度，并非理想的鉸接。

Z2塔應變測點共布置67點，黏貼應變片134片。從計算內力和實測內力對比可看出：除斷地線工況差異稍大外，該塔大部分測點實測內力與計算內力基本相符，誤差在10%以內；桿塔主材實測內力與計算內力吻合程度較高，驗證了計算模型的合理性。塔身主材（44號測點）實測結果與計算結果的相對誤差為5%，塔腿主材（61號測點）的相對誤差為4%；導線橫擔上平面主材與塔身相連處，角鋼兩肢的應變分別為552和579，兩肢受力較為接近。這說明采用相互垂直焊接的節(jié)點板與橫擔上平面主材兩肢相連后，這個部位傳力已經(jīng)接近于雙面連接。橫擔上平面主材按雙面連接設計，與以往單面連接設計相比可使橫擔上平面主材規(guī)格降1～2級。

5.3 超載及破壞情況分析

1）試驗塔選取“45°大風”作為超載破壞試驗工況，加載至100%時，腿部主材應變測點61，實測應變值1 316με，換算成內力為2 934 kN，而該桿件設計內力值2 894 kN（100%設計荷載時），實測內力偏差1.3%。這些數(shù)據(jù)證明計算理論與實際受力情況吻合。

2）試驗后對桿件進行材料性能試驗，試驗結果是：腿部主材實測屈服強度為470 MPa。

3）由《鋼結構設計規(guī)范》可知，對于Q420鋼，≤16 mm時設計強度為380 N/mm2，分項系數(shù)γR為1.111。對于腿部主材在100%設計荷載時應力比為0.9。按設計理論計算其破壞超載級別為1÷0.9×1.111×470÷420=138.1%，與實際 139%破壞很接近。

5.4 試驗塔分析小結

1）Z2塔順利通過6個工況100%設計荷載試驗；45°大風工況超載至139%設計荷載時，塔腿主材破壞；通過位移和應變分析，得出計算模型和實際試驗結果吻合較好，關鍵部位節(jié)點構造合理，計算理論和設計理念能夠保證桿塔安全。

2）橫擔上平面主材與塔身相連處采用相互垂直焊接的節(jié)點板雙面連接后，兩肢受力接近，表明此處可按雙面連接設計，可使橫擔上平面主材規(guī)格降低1～2級。

3）理論計算該塔應在塔腿主材破壞，而實際也是如此。

6 結語

通過對某特高壓直流Z2塔進行真型試驗研究，驗證了被試桿塔結構在特高壓輸電線路中的安全可靠性和經(jīng)濟合理性，不僅能為特高壓桿塔優(yōu)化設計提供試驗依據(jù)，而且能為特高壓線路的建設和安全運行提供技術支持，是保證我國特高壓輸變電線路桿塔結構經(jīng)濟可靠運行的關鍵。