输电塔结构八地脚螺栓塔座板的抗拉承载力试验与计算方法研究

彭昆　邓甜

【摘  要】近年来，输电工程趋向高电压、大容量、多回路，输电强增加，输电塔承受的荷载不断的增加，对于塔脚的强度要求也在不断的提升，四地脚螺栓已经无法满足高强度工程的要求，八地脚螺栓的应用性较强，应用范围也在不断的扩大。但八地脚螺栓搭脚板承载力的计算公式不够完全，不能够对于八地脚螺栓的抗拉承载力进行精准的计算，对输电塔建设工程不利。本文主要对于八地脚螺栓的抗压承载力进行了分析，并提出了八地脚螺栓的搭座板建议公式。通过与实验结果的比对，发现文章提出的公式和实现结过吻合，能够实现规范设计和整理。

【关键词】输电塔;八地脚螺栓;抗拉承载力

近年来随着电力行业的不断进步，我国人民生活对于电力的需求不断的增加，输电线路逐渐向着大容量、高电压、多回路方面发展，罪属于输电塔结构具有着较高的要求。搭脚板是输电塔中非常基础和重要的构件，随着人们对于输电塔要求的提升，承载的电荷也在不断的增加，而传统的四地脚螺栓对于电荷的承载能力不够，现阶段八地脚螺栓搭座板由于更能适应大荷载而被广泛的应用。

八地脚螺栓分为两种，柔性板和刚性板。柔性板相对来说构造较为简单，焊缝较少，刚性板刚度更强，受力较为均匀，不易产生形变。

由于国外地广人稀，人口不丰盛，对于电压等级的要求不高，因此，对于大电量、高电压、多回路的塔座板应用较少，因此研究较少，在国外文献中国也难以找到相关的内容。国内相关的研究也是刚刚起步，关于地脚螺栓塔座板在输电线塔中的应用理论尚不完善。尽管相关学者对八地脚螺栓塔座板的承载力进行了预测，并提出了相关的公式，但仍旧存在问题：首先，研究没有考虑搭脚板螺栓孔位对八地脚螺栓塔座板承载力具有影响。其次，对于螺栓受力情况在八地脚螺栓搭座板承载力的影响忽略不计。

本文针对这两点对公式产生了合理的质疑，并从这两点出发对八地脚螺栓的承载力进行了研究。并提出了八地脚螺栓塔座板的计算公式。

1八地脚螺栓搭座板承载力试验

1.1实验目的

取得八地脚螺栓塔座板不同的构型与受力特征，得到实际的抗拉承载力。

1.2实验的装置

研究了主要对搭脚板几何参数进行了变化，考虑变量对于搭脚板承载力的影响，包括：板厚变化，螺栓孔位置变化、加劲板尺寸变化等因素。

实验装置包括：实验样本、连接装置、加载装置以及反力装置。实验过程为：通过加载装置以及反力装置的共同作用力，对试验样品的水平拉力进行测试。

图1加载装置示意图

1.3加载制度

实验采用过程分级制度，主要分为三个阶段：一、实验前十级，每级取理论极限荷载的百分之五，稳定加载三十秒，并对荷载数和位移数进行记录。二、在十级以后的每一级别都只需增加极限荷载的百分之三，稳定加载三十秒后，对于荷载书和位移数进行记录。三、在达到理论极限荷载的百分之八十五以后，可以每次增加20kN的荷载，直到实验样本性能发生不稳定，出现试件位移、应变片不能够自动卸荷的情况。在进行第三段加载实验之前，为保证时间各部分的接触良好，要进行预加载。

1.5实验结果

1.5.1实验破坏过程分析

输电塔破坏的过程中分为三个时期。初期，塔座板的变形程度处于弹性阶段，其底座与加劲板的形变随着荷载的增加而增加，若这是荷载减少或不持续增加，不会继续形变。而在荷载持续增加的过程中，各个测点的应变发展加快，出现了拐点，塔座板发生變形。如果持续增加荷载，将会达到其极限承载力，导致塔座板的彻底损坏。

通过实验能够发现，当底板比较薄时，形变较大。让底板较厚时，形变比较不明显。

1.5.2承载力确定

试件的破坏过程有规律可循，具有累积性，是渐进式而非脆性破坏的。换言之，塔座板的变形随着荷载的增加而增加，在这个过程中，材料应变也在不断地变化，分别经历了弹性阶段、塑料性阶段，最后达到极限承载力。在工程中，尽量选择厚度较大的底板、螺栓孔较为靠近靴板、加劲板适当加长，都有助于提升输电塔的承载力。

2八地脚螺栓塔座板的承载力的计算方法

2.1分析方法

我们能够简化塔座板的承载力计算方式，运用等效梁来进行计算。等效时可以假定为弹性工作状态，或者弹塑性甚至全塑性状态，从而通过公式进行承载力的计算。当按照弹性承载力进行计算的过程中，底板的厚度较大时，形变较小，这是比较适用于不希望产生撬力的场合。当按照塑性承载力发展进行计算的过程中，应当把撬力计入，底板比较薄，形变相对较大。

基于弹性分析法具有保守性，而塑性分析法具有可行性，能够分析并得出利用屈服线法的踏脚板承载力计算公式，主要分为理论和实际两个方面：在理论上，构件的破坏模式为线性塑性铰，在几何协调方程的基础上，对于构件充分发生塑性屈服极限状态进行分析，并获得相应的抗压承载力。在实际过程中，工程设计中还需要考虑安全储备的设计。根据现实问题对设计进行合理的更正，例如，将塑性极限弯矩换成弹性极限弯矩。[1]

2.2八地脚螺栓塔座板底板厚度建议公式

八地脚螺栓的厚度建议需要考虑各种因素的影响，包括屈服线转角：

2.3建议公式、规范和试验结果

通过对本文得出的建议公式、《架空输电线电路杆它结构设计技术规定》与实验结果进行对比，可以看出吗，运用规范的结构过于保守，并不适用经济考量，主要原因包括：仅考虑弹性阶段、忽略了地板厚度的影响、以及不能够完全的考量塔座板底座的应力状态。通过对实际生过的结合我们能够发现，按照现行的桂规范涉及相对的保守，本文所提出的设计充分的考量了螺栓孔位置、加劲板以及地脚螺栓的承载力，运用了屈服线法，基于塑性分析，弹性设计的思路，以及考虑到了安全储备因素提出了公式，结合结果来说，具有更好的经济实用性。

3结论

本文通过对八地脚螺栓塔座板进行抗拉承载力的实验，得到了八地脚螺栓塔座板抗拉承载力的计算公式。此公式相对于《架空输电线电路杆它结构设计技术规定》得出的公式具有更好的经济实用性，能够为现行八地脚螺栓塔设计提供准确的数字分析和理论基础，有利于我国的电力建设的发展。

参考文献：

[1]刘俊卿，袁红丽，文凡，王学明，薛晓敏.输电塔结构八地脚螺栓塔座板的抗拉承载力试验与计算方法研究[J].土木工程学报，2019，52（07）：48-56.

（作者单位：1.中国电建集团江西省电力设计院有限公司;2.江西建设职业技术学院）