高层输电输电线线塔在地震作用下的制作与测试.PDFVIP

- 1 - 2014兰州交通大学土木工程第三届“土木年华——卓越工程师之路”科技文化节系列活动之结构设计赛题 顶部有力偶作用的高层输电线塔在地震作用下的制作与测试 1、选题背景 2008 年年初，我国南方部分地区遭受了历史罕见的低温雨雪冰冻灾害，此次冰雪天 气范围广、降温幅度大、持续时间长，导致电网设施遭受严重破坏，电网陆续发生输电 线路倒杆、倒塔、断线等情况，引起大范围的电力供应中断，导致了交通阻塞、部分地 区长时间停电等灾害性事故，给工农业生产和人民群众生活带来了严重影响。 在这次罕见的冰雪灾害中，我国南方地区电网中贵州大部分地区、云南昭通地区、 广西桂林地区、广东清远和韶关地区受灾严重，电网设施遭受了不同程度的损坏，影响 了电网的正常运行和电力供应。 此次罕见的冰雪灾害造成了很大的经济损失和社会影 响，一方面暴露了我国在电网防覆冰、融冰、除冰方法方面的研究力度不够；另一方面 也暴露了我国电网在规划、建设、运行、管理等方面存在的问题。 极端冰灾对输电线路影响主要体现在对输电线塔的设计上面，如图 1 所示。基于当 前全球进入巨震期这一工程背景，本次竞赛引入模拟地震作用作为模型的测试条件，这 对于密切关系人民的电力输电线塔加强与设计具有现实的科学价值和工程意义。 （图 1） 输电塔示意图 - 2 - 2、竞赛模型： 竞赛模型为一塔桅结构输电塔（图 1），采用竹质材料制作，模型的底部尺寸限定在 不超过 220mm×220mm 的正方形内，模型总体高度限定在 1200mm±10mm 高度内，模型主 体结构顶部尺寸（不含挑梁结构部分）限定在 200mm×200mm 范围内，且要求顶部两边 向外挑出 300mm。要求输电塔模型在外挑端点承受大小相等方向相反的水平荷载 4.95kg(荷载的配重采用拉索下挂砝码实现，拉力方向与地震激振方向垂直（图 2），检 验其抗震能力。模型包括小振动台系统、上部输电塔模型和水平拉力荷载配重三个部分， 小振动台系统和水平荷载配重由主办方提供，输电塔结构模型由参赛选手制作，并通过 螺栓和底板固定于振动台上，（图 3）给出了一安装在激振器上的模型示意性结构图，（图 4）给出了本次模型的示意性效果图。 - 3 - 图 2 悬挑梁受力情况示意图 图 3 安装在激振器上的输电塔受力示意图 图 4 输电塔模型示意性效果图 3、模型要求： 3.1 模型几何要求 (1) 底板：多层结构模型用螺栓固定于模型底板上，底板为 300mm×280mm 的钢板， 底板用螺栓固定于振动台上。 (2) 模型大小：模型总高度应为 1200mm，允许误差为±10mm。总高度为模型底板顶 面至模型顶面上表面的垂直距离。模型底面尺寸不得超过 220mm×220mm 的正方形平面， 即整个模型需放置于该正方形平面范围内，模型底面外轮廓与底板边缘应有足够的距离 以保证螺栓能顺利紧固。 - 4 - （a）侧立面 （b）正立面 图 5 模型立面示意图(单位：mm) (3) 模型顶面及外挑尺寸：模型顶面尺寸不得超过 200mm×200mm 的正方形平面。 外挑方向与激振方向一致，两端均对称外挑，外挑点会受到与激振方向垂直的荷载拉力 （水平方向），大小为 5.0kg，即要求模型具有一定的抗扭转承载力，外挑距中心线距离 为 300mm，外挑顶面与模型顶部在一个水平面内，力偶亦在顶部平面内。模型在与激振 垂直方向不允许外挑，（图 5）给出了模型立面示意图。 3.2荷载安装要求 (1) 提供 5.0kg 的带挂钩的砝码。 (2) 在模型顶面两端悬挑施加大小相等方向相反的荷载拉力，拉力的方向与地震激 振方向垂直，采用拉索下挂砝码施加。 （3）模型试验仅在单一水平向施加地震作用，模型的抗侧体系应在计算书中阐述清 楚。试验时模型放置方向应保证地震激振方向和模型悬挑方向一致，以确保悬挑拉力与 激振方向垂直。图给出了模型安装示意图。 （4）提供固定模型的底座是一边长为 300mm×280mm 厚为 8mm的矩形水平钢板，其上 有均匀分布的直径 4mm 的螺栓孔，另有 8 个直径 12mm 的螺栓孔，供此底座与振动台 台面固定用。模型的底部尺寸限制在不超过 220mm×220mm 的正方形内，其底部构件 可通过直径 4mm 的 M4 螺钉等固定在底座上。每用一个 M4 螺钉，模型自重按增加 2g - 5 - 计算。 图 6 模型底板示意图(单位：mm) 4、加载设备介绍： - 6 - 模型顶部外挑端部拉力采用拉索下挂砝码实现拉力为 4.95kg,两端的拉力大小相 等方向相反，水平拉力的方向与激振方向是垂直的。 采用 WS-Z30 小型精密振动台系统（图 7）进行模拟水平地震作用的加载，考察模型 抗震承载力。 水平振动台：型号：WS-Z30-50 指标：水平台尺寸：506×