动态地表变形对输电铁塔内力和变形的影响

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地表水平变形对高压线铁塔的影响研究

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摘要：以采动影响下高压线铁塔为原型，采用数值模拟方法对地表水平变形与铁塔内力和变
形的关系进行了研究．分析了高压线铁塔在不同地表拉伸、压缩变形影响下铁塔内力和位移的变化规律．研究表明，随着地表水平拉伸变形值的增加，高压线铁塔内杆件的轴向压应力和拉应力均呈二次方关系增加；随着地表水平压缩变形值的增加，高压线铁塔内杆件最大压应力和最大拉应力均呈对数关系递增．地表拉伸变形对高压线铁塔的影响大于地表压缩变形的影响；地表水平变形对高压线铁塔倾斜度及横担歪斜度影响相对较小．关键词：采动损害与保护；高压线铁塔；地表水平变形中图分类号：Ｔ８３８Ｄ２．３文献标识码：Ａ文章编号：１７６３—９８（００６～７５— ７７７２ｌ）００２０
ｃｍｐｅｓｖｎｘｓｔｎｉｅｓｒｓｆｔｅｍｅｏｒｓｉｅａｄａｉｅｓｌｔｅｓｏｈｍｂｒｂｒｉｈｏｒｉｃｅｓｓｂｑａｅｗｉｈｔｅｉｃｅｓｆｓｒｅａｎｔｅｔｗｅｎｒａｅｙｓｕｒｔｈｎｒａｅｏｕ－－ｆｃｏｉｏｔｌｔｎｉｔａｎ，ａｄｔｅｃｍｐｅｓｖｎｘｓｔｎｉｅｓｒｓｆｔｅｂｒｂｒｉｈｏｒｉｃｅ — ａｅｈｒｚｎａｅｓｌｓｒｉｅｎｈｏｒｓｉｅａｄａｉｅｓｌｔｅｓｏｈｅｍｍｅａｎｔｅｔｗｅｎｒａｓｓｂｏａｉｈｗｉｈｅｉｒａｅｏｕｆｃｏｅｙｌｇｒｔｍｔｔｎｃｅｓｆｓｒａｅｃｍｐｅｓｖｔａｎ．Ｔｈｅｕｔｌｏｄｍｏｓｒｔｈｔｔｅｅｅｔｏｈｒｓｉｅｓｒｉｅｒｓｌｓａｓｅｎｔａｅｔａｈｆｃｆ

地表倾斜变形对高压线铁塔的影响研究

地表倾斜变形对高压线铁塔的影响研究郭文兵;袁凌辉;郑彬【摘要】以采动影响下高压线铁塔为原型，采用数值模拟方法对地表倾斜变形与铁塔内力和变形特征关系进行了研究，分析了不同地表倾斜变形情况下高压线铁塔内力、位移和基础支座反力和临界地表倾斜值．结果表明：随着地表倾斜值的增加，高压线铁塔杆件的轴向压应力及拉应力最大值均呈二次方关系增加，高压线塔倾斜度及横担歪斜度呈线性关系增加．当采动引起的地表倾斜变形超过安全临界倾斜变形值时，铁塔杆件最大轴向应力超过其许用应力，处于不安全状态；高压线铁塔基础支座反力呈显非线性变化．这些研究为采动区高压线铁塔的安全性分析与评价提供了理论依据．%High-voltage transmission line tower is a kind of high structures and it is sensitive to surface slope due to undermining. Based on the high-voltage transmission line tower effected by mining, the relationship between the stress and deformation of the high-voltage transmission line tower and surface slope was studied by numerical simulation method. The stress, displacement and foundation reverse force of the tower and the criti- cal surface slope were analyzed in different surface slope. The results indicate that the compressive and tensile axis stress of the member bar in the tower increases by square relationship,and the inclination of the tower and its transom increase by linear relationship ,with the increase of surface slope. As the surface slope due to min- ing is larger than the critical surface slope, the axis stress of the bar in the tower will exceed allowable stress so that the tower will be not safe. The foundatio.n reverse force of the tower varies with the increase ofsurface slope by nonlinear relationship. It provide theoretical basis for the safety evaluation of the high-voltage trans- mission tower in coal mining area.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(031)003【总页数】6页(P285-290)【关键词】采动损害与保护：高压线铁塔：地表倾斜变形【作者】郭文兵;袁凌辉;郑彬【作者单位】河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454000;中国煤炭科工集团武汉设计研究院,武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言近年来，我国的煤炭产量逐年增加．煤炭资源的高强度开采所造成的地表移动和变形不仅会影响矿区的生态环境，而且还会对地表建(构)筑物等造成损害[1-2]．高压线路是由导线、铁塔、基础以及附属连接件等组成的空间三维结构，是特殊结构的构筑物[3]．我国大型矿区大部分煤矿井田内均有高压输电线路通过，压占大量煤炭资源[4]．由于高压输电线路分布的特殊性，特别是铁塔对开采引起的地表移动和变形敏感，其安全性显得十分重要[5-6]．多数煤矿面临高压输电线路铁塔下采煤问题，高压输电线路采动损害与保护问题日益突出．开采引起的地表移动变形使位于影响范围内的建(构)筑物产生移动和变形，当建(构)筑物移动和变形大于其允许值时将被损坏[7]．由于高压线铁塔底面积小，高度较大，对开采引起的地表倾斜变形较为敏感，倾斜变形是影响铁塔稳定性的主要因素之一[8]．因此，本文以某矿采煤工作面地表的高压线铁塔为原型，采用ANSYS 数值模拟软件就地表倾斜变形对铁塔内力和变形特征进行了研究，分析铁塔内力、变形与地表倾斜变形之间的关系，研究高压线铁塔所能承受的地表临界变形值，为采动影响下高压线铁塔的安全性评价提供理论依据．1 模拟模型的建立1.1 数值模拟目的及软件研究表明，采动影响下的高压线铁塔损害有2种形式[9]：第一种是高压线铁塔位于采空区的边缘，一侧下沉量大，使铁塔倾斜并向盆地底部移动使塔身变形；第二种是铁塔位于采空区的中间，基础下沉、内收使铁塔变形．第一种情况属于高压线铁塔附近地表的不均匀沉降(地表倾斜)影响的结果．地表倾斜引起铁塔的基础不均匀下沉，铁塔基础底面的不均匀下沉造成上部铁塔塔身内部产生附加应力．当铁塔内部构件的内力超过材料的许可应力时，将造成铁塔结构的破坏．开采引起的地表倾斜变形将引起铁塔基础发生倾斜，高压线铁塔基础倾斜引起的高压线铁塔倾斜增加了基础和高压线铁塔的倾覆力矩，进而影响高压线铁塔的稳定性．利用有限元数值模拟计算，研究高压线铁塔内力和变形与地表倾斜变形之间的关系，可以得到铁塔的应力分布值及各节点的位移值．因为铁塔受外载荷较多，其运行工况也有多种．但铁塔大部分时间处于正常运行工况．因此，本次模拟仅考虑铁塔的正常运行工况．模拟目的为研究高压线铁塔内力和变形与地表倾斜变形之间的关系，分析高压线铁塔所能承受的临界变形值，不考虑导线及外界风、雪等因素对铁塔的影响，仅考虑地表倾斜变形对输电铁塔结构本身的影响．模拟采用ANSYS软件，包括前处理模块、分析计算模块和后处理模块等3个模块．前处理模块主要提供建模、网格划分、加载；分析计算模块进行结构分析等；后处理模块将计算结果以彩色等值线等方式显示出来，或以图表、曲线形式显示．该软件提供了多种单元类型[11]，可以用来模拟高压输电线铁塔的结构和材料．1.2 模型建立以放顶煤工作面上方地表铁塔为原型．铁塔高度为41.5 m，呼高35.0 m，宽侧根开6 m，窄侧根开5.6 m，如图1所示．铁塔由边角钢组成，截面均为L-L状，材料有Q235(A3F)和Q345(16Mn)2种，杆件连接采用粗制螺栓，靠螺栓受剪力连接，整个塔由角钢、连接钢板和螺栓组成．个别部件如塔脚等由几块钢板焊接成组合件，塔腿部主材截面为Q345边角钢，其他斜材、横隔材为Q235钢材．采用ANSYS软件建模，坐标系采用直角坐标系，xoz平面取为水平面，x轴为铁塔长向，z轴为铁塔短向，y轴为垂直方向，规定向上方向为正．文献[12]研究表明：采用梁桁混合模型与刚架模型分别建模计算，可以满足工程分析需要．因此，本文采用刚架模型模拟输电铁塔结构．刚架模型是把铁塔的各杆件简化为梁单元即各杆件刚接而成．刚架模型杆件采用BEAM188梁单元．BEAM188单元是两节点6个自由度的单元，适合从长细到短粗的梁构件．在铁塔杆件的中心轴线交点连接处形成模型节点，两节点间的角钢简化为模型的单元．按照以上建模准则，本研究高压线铁塔模型共划分有16 407个节点，1 025个单元．本文模拟采用钢材理想弹塑性本构关系，只考虑自重，根据高压线铁塔施工图材料表，密度ρ取7.85×103 kg/m3．Q235 和Q345 钢材的弹性模量为E=2.06×1011 Pa，泊松比ν=0.3．1.3 数值计算方法高压线铁塔为角钢组成的高次超静定结构，铁塔内部的拉杆一般为强度破坏，压杆多为失稳破坏，铁塔杆件正常使用范围为该杆件材料的许用应力．对于铁塔内部的压杆，当轴向压应力超过许用应力时，杆件失稳，但杆件失稳后还存在屈曲后承载力，失稳杆件对于铁塔的整体刚度仍然有贡献．对于铁塔内部的拉杆，当杆件承受的轴向拉应力大于许用应力时拉杆强度破坏．此时截面的内力超过了截面材料的最大抵抗能力．强度破坏的拉杆对铁塔整体结构的刚度已没有贡献，杆件两端对结构的拉力也随着杆件破坏急剧下降，从而造成结构构件甚至于整个结构的破坏，最终导致铁塔丧失整体稳定性．因此，在进行高压线铁塔稳定性分析计算时，若有拉杆的轴向应力超过了许用应力(强度破坏)，可认为铁塔己不安全[11-12]．本次模拟分析采用拉杆的许用应力(Q235钢的许用应力为94 MPa)为标准．设高压线铁塔基础不发生破坏或者大变形，即地表倾斜变形通过高压线塔基础作用于铁塔基础支座上，节点不会先于杆件发生破坏．步骤如下：(1)将高压线铁塔处的地表倾斜变形转换成铁塔支座的位移，对各支座进行施加位移，进行结构分析；(2)在对支座施加位移后，如果高压线铁塔处杆件的最大拉应力小于该杆件材料的许用应力，认为塔架是处于安全状态，反之是不安全的；(3)重复进行步骤(1)至(2)，直到杆件轴向拉应力到达许用应力值．1.4 模拟方案以工作面上方地表高压线铁塔为原型进行计算，铁塔的基础类型及支座的布置方式见图2，图2中(1)～(4)分别为铁塔的4个基础编号，1001，2001，3001，4001为节点号．位于地表移动盆地上方的高压线铁塔受开采影响会产生2个方向的倾斜，即顺线路方向的倾斜(短向倾斜)和垂直线路方向的倾斜(长向倾斜)．地表倾斜变形对铁塔的影响实质上是铁塔两侧基础的不均匀沉降造成上部铁塔内部杆件产生附加应力．因此，把地表倾斜变形值转换成铁塔两侧基础不均匀下沉值，设铁塔一侧两基础相对不动，另一侧两基础均匀下沉．模型的边界条件如图2(c)．模拟方案为给定不同的地表倾斜变形，模拟设计采用12个不同的地表倾斜变形值方案．2 模拟结果及分析2.1 数值模拟结果由于本次模拟的高压线铁塔杆件、节点较多，故拟在塔身上取某特征杆件或点作为测量控制杆件及测量控制点，进行计算结果对比．特征点选取原则为：对于基础作用力取4个支座点为测量控制点，内力控制点取高压线铁塔杆件最大内力的节点，对于高压线塔倾斜度测点取塔头中间节点，横担测点取横担中间的位移控制点．根据给定的不同地表倾斜变形值，对铁塔受地表倾斜变形影响情况进行了模拟计算．得到整个铁塔各方案的节点求解结果和单元求解结果，如表1所示．地表倾斜值为40 mm/m的铁塔倾斜变形图、各单元轴向应力分布云图、铁塔总位移分布云图分别见图3～5．图中“MX”代表相应分析的最大值，“MN”代表最小值．以拉杆的许用应力为标准， Q235钢的屈服点应力为235 MPa，在静载荷作用下，杆件的安全因数取2.5，则许用应力为235/2.5=94 MPa．结果表明，当地表倾斜值为30 mm/m时，高压线塔的Q235钢拉杆轴向应力达到了94.918 MPa，超过了杆件许用应力．因此地表倾斜值30 mm/m为该条件下高压线塔的安全临界地表倾斜值．通过模拟结果分析，给出杆件最大压应力、杆件最大拉应力、铁塔倾斜度、横担歪斜度和铁塔支座反力与地表倾斜变形之间的关系．表1 不同地表倾斜变形的模拟计算结果Tab.1 Simulated results of the different surface slope地表倾斜i/mm·m-1最大压应力值/MPa最大拉应力值/MPa塔头部中心(高度为39 800 mm)横担处中心(高度为35 000 mm)x方向位移/mmy方向位移/mmx方向最大位移/mmy方向最大位移/mm1001支座反力/kN2001支座反力/kN3001支座反力/kN4001支座反力/kN337.6649.0856123.83-13.453109.94 -26.9295.87100.8386.2988.52636.11915.488243.34-22.328214.93 -49.6598.12106.6781.6285.101057.57924.026402.68-34.162354.90 -79.97101.12114.4675.3980.541585.32838.953601.86-48.953529.87 -117.86 104.87124.1967.6074.8520113.02059.138801.04-63.745704.85 -155.75 108.61133.9059.8469.1730164.42094.9181 200.00-93.3051 055.40 -231.58 115.80151.0845.7959.1340205.440122.0401 599.50-122.8601 406.30 -307.46 121.62164.2735.2650.6950229.130136.5301 998.70-152.5001 757.00 -383.41 125.64169.0130.6645.6660248.880148.8102 397.80-182.1402 107.50 -459.38 128.98173.0727.0242.6670266.230159.6602 796.80-211.7902 458.10 -535.37 131.68176.0824.0140.1180281.660169.3203 195.90-241.4402 808.60 -611.36133.96178.5721.4737.9890295.480177.9803 594.90-271.0803 159.10 -687.36 135.53180.3519.2836.182.2 杆件最大压应力和最大拉应力随着地表倾斜值的增加，以及压杆的轴向压应力及拉杆的轴向拉应力增加．得出了不同地表倾斜值高压线塔各个杆件的轴向应力分布情况，最大拉应力位于高压线塔腿部斜材位置．压杆最大压应力与地表倾斜值的拟合曲线图见图6，回归公式见式(1)；拉杆最大拉应力与地表倾斜值的拟合曲线图见图7，回归公式见式(2)．σ压 = -0.031 3 i2 + 5.956 4 i +8.171 1，R2 = 0.995 7 ，(1)σ拉=-0.020 9 i2+3.913 6 i-8.201 7，R2=0.995 2．(2)由图6可知：高压线铁塔杆件最大压应力与地表倾斜变形存在二次方关系．当地表倾斜值小于40 mm/m时，杆件最大压应力递增趋势明显；当地表倾斜值大于40 mm/m后，抛物线递增趋势减缓．由图7可知，杆件最大轴向拉应力随着地表倾斜值的增大，呈二次非线性单调递增趋势．当地表倾斜值大于40 mm/m后，抛物线递增趋势减缓；当地表倾斜值约为30 mm/m时，高压线塔部分杆件轴向拉应力到达许可应力．2.3 铁塔倾斜度和横担歪斜度铁塔由于地基不稳而使塔顶部偏离了正常的位置，称高压线塔倾斜．图8是铁塔在不同地表倾斜值时的高压线塔倾斜变形情况．从图8可以看出：随着地表倾斜值的增加，高压线塔倾斜越增大．在一定的倾斜值时，最大位移处位于高压线塔的顶部，从脚部到顶部位移量依次逐渐升高．随着地表倾斜值的增加，高压线塔各个部位的综合位移也增加．图9反映了高压线塔横担倾斜与地表倾斜变形之间的关系，即高压线塔倾斜度及横担歪斜度与地表倾斜变形之间均存在线性单调递增的关系．根据现场监测结果：该煤矿21081工作面上方自立式铁塔基础处地表最大倾斜值达到了15.7 mm/m．21081工作面开采后高压线铁塔处的地表移动变形值未达到高压线塔的安全临界变形值[13-14]．因此，高压线塔能够保证其自身稳定性，处于安全状态．但高压线塔横担及悬垂串出现了明显倾斜，如图10所示．2.4 高压线塔4支座反力根据表1结果，将高压线塔各支座反力与地表倾斜变形关系进行回归分析，得到铁塔四支座反力与地表倾斜值之间的关系式．当地表倾斜值增大时，固定侧2支座3001，4001的反力呈非线性递减，2支座变化递减趋势基本一致．约束位移的2支座1001，2001的反力呈非线性递增，2支座递增趋势基本一致．3 结论(1)开采引起的地表倾斜变形是造成高压线铁塔发生倾斜的主要原因．以煤矿工作面上方的高压线铁塔为原型，模拟研究了地表倾斜变形对高压线铁塔内力和变形特征的影响，分析了高压线铁塔在正常运行工况情况下，铁塔内力、位移和基础支座反力与地表倾斜变形之间的关系和临界地表倾斜值，为采动区高压线铁塔的安全性评价提供理论依据．(2)模拟分析结果表明：随着地表倾斜值的增加，压杆的轴向压应力及拉杆的轴向拉应力最大值呈二次方关系增加，高压线塔倾斜度及横担歪斜度呈线性关系增加；当地表倾斜值增大时，固定侧2支座反力呈非线性递减，2支座变化递减趋势基本一致；下沉一侧的2支座反力呈非线性递增，2支座递增趋势基本一致．(3)本次模拟计算以高压线铁塔内部拉杆的许用应力为标准，当地表倾斜值为30 mm/m时，高压线铁塔的Q235钢拉杆轴向应力超过了其许用应力．因此，可以将地表倾斜值为30 mm/m作为该条件下高压线铁塔的安全临界地表倾斜值．当开采引起的地表倾斜变形超过安全临界倾斜变形值时，铁塔将处于不安全状态．参考文献：[1] 郭文兵,柴华彬.煤矿开采损害与保护[M].北京:煤炭工业出版社,2008.[2] 黄福昌，倪型华，张怀新，等.厚煤层综放开采沉陷与治理技术[M]. 北京：煤炭工业出版社，2007．[3] 郭文兵，郑彬.地表水平变形对高压线铁塔的影响研究[J].河南理工大学学报：自然科学版，2010， 29(6)：725-730,736．[4] 郭文兵，邓喀中.高压线塔采动损害与保护技术现状及展望[J].煤炭科学技术，2010，39(1):97-101．[5] 刘文生.覆岩离层注浆充填保护地面高压线路试验研究[J].煤炭学报，2001，26(3)：236-239．[6] BRUCE HEBBLEWHITE.Outcomes of the independent inquiry into impacts of underground coal mining on natural features 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NSW, Austrilia：University of Uollongong, 2009：112-123．[7] 谭志祥.采动区建筑物地基、基础和结构协同作用理论与应用研究[D].徐州:中国矿业大学,2004.[8] STUMP, DONALD E JR.Grouting to control coal minesubsidence[J].Grouts and Grouting, 1998：128-138．[9] 史振华.采空区输电线路直线自立塔基础沉降及处理方案[J].山西电力技术，1997，17(3)：18-20，35．[10] 刘涛，杨凤鹏.精通ANSYS[M]. 北京：清华大学出版社，2002．[11] 陈建稳，袁广林，刘涛，等.数值模型对输电铁塔内力和变形的影响分析[J].山东科技大学学报：自然科学版，2009，19(6)：40-45．[12] 李逢春，郭广礼，邓喀中.开采沉陷对架空输电线路影响预测方法及其应用[J].矿业安全与环保，2002，29(2)：18-20．[13] 郑彬. 采动影响下高压输电线路铁塔的安全性研究[D]. 焦作：河南理工大学，2009．[14] 郑彬，郭文兵，柴华彬.高压输电线路铁塔下采煤技术的研究[J]. 现代矿业，2009(1)：86-89．。

采动区地表变形对输电塔线体系的影响规律研究

采动区地表变形对输电塔线体系的影响规律研究
陈卫明;陈卫国;王鑫
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2015(030)008
【摘要】利用ANSYS有限元分析软件建立输电塔线体系有限元模型,研究了采动区地表变形下输电塔线体系抗地表变形内力特性、输电塔线体系的极限抗变形能力和破坏机理以及塔线耦联作用对输电塔抵抗各种单一地表变形的影响,分析了输电塔线体系在各种地表变形组合下的薄弱杆件以及塔线耦联作用的贡献,得到输电塔线体系在不同单一地表变形下能够承受的地表变形值及其破坏形态.通过比较塔线体系中3个输电塔在单一地表变形下的内力变化,得到塔线体系耦联作用对输电塔抗地表变形的影响规律.
【总页数】5页(P38-42)
【作者】陈卫明;陈卫国;王鑫
【作者单位】苏州市天地民防建筑设计研究院有限公司,江苏苏州 215006;中国建筑工程第四工程局有限公司,广州 510665;安徽省水利部淮委水利科学研究院,安徽蚌埠233000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.采动区覆冰输电线路塔线体系内力变化规律 [J], 杨风州;夏军武;窦国涛;段晓牧
2.采动区高压输电塔的变形和附加内力分析 [J], 于建兵;于广云;王永锐;杨洋;周长艮
3.高压输电线路输电塔采动区地表变形作用下附加内力研究 [J], 拾峰;史方亮;梅迁
4.采动区转角塔塔线体系内力与变形变化规律 [J], 孔伟;张婷婷
5.滑坡区输电塔线体系抗变形能力及动力响应分析 [J], 王彦海;刘晓亮;任文强;李清泉
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动态地表变形对输电线路铁塔的影响

若地表发生沉降。会产生竖向的变形．从而会产生附加的
剪力和弯矩作用于铁塔。开采前铁塔的基础与地基紧密结合。
地表的沉陷会逐渐延伸到铁塔基部，并随着开了一些不良的影响，比如地表的变形。而输电线路铁塔本身的当开采动土时，采范围的扩大和下沉量的增大，铁塔基础和地基的接触紧密结构稳定性和抗拉伸压缩变形能力有限．一旦遭遇地表的动态变形就容易使输电铁塔遭受破坏。主要表现为：塔身歪斜、移动．导线与地面安全距离缩短．这将直接影响电力的正常供应．并带来极大的安全隐患。因此在设计输电线路铁塔时应做好
降低地表水平变形对输电线路铁塔结构内力和变形的影响
１．２．２竖向沉降的影响
正常运行，也影响到￣ｆｌ＇ｌ的正常工作生活。随着我国对资源的
不断开发，在获得利益和便利的同时．资源的开采工作也带来
前期的勘测和预防工作，分析基地的地质情况及各种自然、非度降低，甚至最终脱离开形成悬空状态，很容易倒塌破坏。
地表的沉陷会降低输电线路铁塔的有效高度．地表的倾
斜会使铁塔倾斜并导致导线处于拉扯紧绷或松弛掉落的状态而地表的水平移动会使相邻输电线路铁塔的档距发生改变。因此在设计输电铁塔时需对铁塔的移动变形进行预测，可

煤矿采动影响区对输电线路塔基稳定性影响的分析和评价——以某输电线路压覆煤矿为例

桥梁工程挠度的变化，见表3。

可见随着曲率半径的增加，控制截面变形情况趋于稳定，当半径超过500m时，挠度分布均匀。

且外侧挠度较内侧挠度大。

随着曲率半径增加，控制截面挠度减少，即曲率半径小，截面挠度分布更加不均匀。

表 3 不同曲率半径控制截面挠度情况（mm）曲率半径控制截面1外侧控制截面1内侧控制截面1外侧控制截面1内侧600.850.03-15.86-9.241000.900.01-17.21-14.30200-0.200.00-12.34-9.155000.540.02-11.50-9.238000.440.01-7.90-7.2610000.400.01-10.24-9.37 2.1.4 截面应力分析针对桥梁工程的应力分析相对复杂，桥梁内外侧应力数值存在很大差异，无法避免，通过桥梁工程设计主要规避弯扭耦合现象，当桥梁工程受到外荷载作用时，扭矩随着弯矩形成而产生，扭矩造成内外侧应力差，需要在设计阶段分析应力差值，见表4。

表 4 不同曲率半径控制截面应力情况曲率半径控制截面1顶板控制截面1底板控制截面1顶板控制截面1底板60-0.860.62 1.95-0.85100-0.350.43 1.52-0.62200-0.270.300.70-0.27500-0.150.250.48-0.17800-0.120.140.24-0.141000-0.100.100.16-0.09由此可见随着曲率半径增加桥梁应力发生明显变化，由于曲率半径差异，桥梁控制截面内外侧应力明显不同，曲率半径越小，内外侧应力分布越不均匀，随着曲率半径增加，应力分布趋于均匀。

在梁端控制截面中，底板应力为负，顶板应力为正。

在跨中控制截面中，顶板应力为负，而底板应力为正。

在支撑条件下，内侧应力应大于外侧应力。

由于桥梁结构应力情况复杂，受到多种因素影响，需要经过应力计算设计桥梁工程，减少内外侧应力差[4]。

2.1.5 荷载分析在重交通条件下，人流量和桥梁自重对桥梁工程荷载能力提出较高要求。

浅议采空区输电铁塔基础形式的选择及铁塔组立后的维护

浅议采空区输电铁塔基础形式的选择及铁塔组立后的维护【摘要】：选取红河供电局110kV临双线#59杆作为研究对象，此杆所在地理位置为典型的煤矿采空区，现已倾斜，是重点监视对象，已列入2012年大修改造计划。

本文主要通过查阅相关资料，总结分析输电铁塔结构在地表变形作用下内力变化机理；采空区杆塔改造时几种基础形式的可行性类比分析并选择最佳；以及铁塔组立后在运行中的加固、纠偏技术的研究。

【Abstract】: Red Power Supply 110kV selected # 59 as a temporary two-lane object of study, geographic location of this bar is a typical coal mining area, has been tilted, the object is the focus of surveillance has been included in the 2012 overhaul reform plan . In this paper, through access to relevant information, analyzed the transmission tower structure on the surface deformation mechanism under the force change; gob tower renovation of several feasibility forms the basis of analysis and select the best analogy; and Tower Group up after running reinforcement, correction technologies.【关键词】：采空区地表变形变化机理类比分析基础形式选择加固纠偏【Keyword】：Gob，Surface deformation，Change mechanism，Analog analysis，Tower foundation，Choose，Reinforcement，Correction随着国民经济对煤炭需求的日益增加，煤炭开采量呈逐年上升的趋势。

地表变形对高压输电塔的影响

14 号杆
9 号~12 号杆 15 号杆
5 号~8 号杆
13 号杆 A 支座
Z B 支座
1 号~4 号杆 C 支座
D 支座
图 4 杆件编号
表 1 各工况下杆件轴力
kN
图 2 地表变形
2 模型建立与计算分析 2． 1 模型的建立
以开采路线的某一段开采区的输电塔为计算实例建立模型，呼高 21 m，总高度为 21． 3 m，根开 3． 73 m，直线跨越塔由各种等边角钢组成，塔腿部主材截面为 Q345 等边角钢，型号为∠200 × 14。将输电铁塔杆件的中心轴线交点连接处作为模型节点，两节点间的角钢简化为模型单元，采用 ANSYS 程序进行数值分析，运用自底向上的建模方式，建立模型时各杆件都用 Beam188 单元，建立的 ANSYS 模型及节点编号见图 3。
2． 3 计算分析
计算基于以下假设： 1）输电铁塔基础不发生破坏或者较大的
变形，即地表变形直接通过输电铁塔基础作用于输电铁塔支座
上； 2）在沉陷变形过程中，节点不会先于杆件发生破坏； 3）采煤方
向与 x 轴或者 y 轴平行，不考虑成角度的情况，即输电铁塔的两侧
2． 2 变形工况
杆件号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
工况一 1． 59 1． 48 － 1． 38 － 1． 55 1． 47 1． 32 － 1． 28 － 1． 36 1． 05 1． 23 － 1． 14 － 1． 07 － 604 － 568 － 567 － 434 － 435
-3.00
图 1 下沉曲线（2010 年）
主要分析输电塔在三种最不利工况下的附加内力及位移，具

试论地表水平变形对高压线铁塔的影响

试论地表水平变形对高压线铁塔的影响摘要：随着社会的不断发展和经济的不断进步，我国的建筑工程以及能源开采产业的开展进程也在不断的加快，因而地表水平变形问题的严峻性也逐步的显现出来。

高压线铁塔的主要构成为：导线、铁塔、地基以及其它线路配件，所形成的三维立体结构，对于其所处于的地表的水平性的变化十分的敏感，因此地表水平变形现象的产生，无疑会对于高压线铁塔的安全性的保障构成不可忽视的潜在的威胁。

开展地表水平变形对高压线铁塔的影响，解决因地表水平变化引起的高压线铁塔的稳定性问题，是实现我国的社会稳定发展所需要开展的重要工作之一。

关键词：地表水平变形；高压线铁塔；影响；稳定性；安全性；探究引言：社会的经济的快速发展，必然促使社会对于能源和建筑的需求量都在不断的增加。

在这种条件下，城市的能源的开展进程和建筑的建设施工进程的开展速度也必然在不断的加快。

大量的能源开采和建筑施工必然导致地表的水平性的降低，甚至会导致地面的塌陷现象。

高压线铁塔的底面积相对较小，但是高度却相对较大，因此在这种大背景下，高压线铁塔的稳定性也必然会降低，影响了电力企业的供电工作的顺利开展。

开展地表水平变形对高压线铁塔的影响探究，有针对性的解决高压线铁塔的不稳定问题，可以有效的提升供电企业的供电服务水平。

一．分析地表水平变形对高压线铁塔的影响的重要性开展地表水平变形对高压线铁塔的影响探究，首先应当明确分析地表水平变形对高压线铁塔的影响的重要性。

社会的不断发展使得其对于电力能源的需求度在不断增多的同时，对于电力能源的供电质量的要求也在不断的提升。

高压线铁塔的稳定性，是影响电力企业的供电水平的关键性因素。

开展地表水平变形对高压线铁塔的影响的探究，并且根据当地的建筑情况、能源开采情况以及地表水平情况，采取科学有效的方式，保障高压线铁塔的安全稳定性，不仅能够有效的提升供电企业的供电质量，确保供电企业在激烈的市场竞争中，获得更加广阔的发展空间和更加优良的发展前景，同时电力企业的供电的稳定性的提升，也为社会的良好发展奠定了稳定的基础和提供了强大的推动力。

特殊地质区输电线路铁塔倾斜原因分析及处理措施

特殊地质区输电线路铁塔倾斜原因分析及处理措施作者：刘金标来源：《华东科技》2013年第10期【摘要】输电线路铁塔建设关系到输电网络的安全和正常运行。

在一些特殊地质区域内，输电线路铁塔出现倾斜和位移的情况比较普遍，应当从这些地质区域的土质情况、煤层开采和地面施工等多方面的因素进行分析，找出导致铁塔倾斜的主客观原因，根据实际情况，及时加固输电铁塔，调整软弱土质，有利于维护输电线路的稳定运行，提高电力企业的输电能力。

【关键词】特殊地质；输电线路；铁塔倾斜；原因；措施我国电力资源的需求正随着经济社会的繁荣发展而不断增加，输电线路的建设正进入如火如荼的发展阶段。

输电铁塔的建设要根据地质情况进行，但有些地质情况比较复杂和特殊的地区很容易由于外力的影响而对输电铁塔造成破坏，如煤矿开采导致地层塌陷等。

对于地表的变化及研究是一个较为复杂的过程，而输电铁塔的倾斜原因也应当综合考虑各方面的因素。

本文以某地500kV输电线路为例，具体阐述铁塔倾斜情况及相关处理措施，为实际工程中输电铁塔的修复工作提供一定的参考范例。

1 输电线路铁塔倾斜实例某地500kV输电线路铁塔出现倾斜情况，倾斜距离超过50cm，而规定的最大倾斜度不应超过41.6cm，且该铁塔周围地面出现较大的裂缝，使该输电线路铁塔向左横向位移了约11cm，远远超过规程最大范围。

该塔出现了局部地质塌陷的情况，地质裂缝情况较为严重。

规定高度超过50m的高度塔最大倾斜度不得超过0.5%，高度低于50m的输电铁塔倾斜度最大允许值为1.0%，电力部门对该区域周边的输电铁塔进行了排查，发现临近的一座500kV线路出现了线路线夹偏斜的情况，其中地线偏斜约为20cm，在运行规定允许的范围内（一般规定绝缘子串顺线路偏斜值不超过30cm）。

据电力系统建设人员考察，该地为丘陵地区，输电铁塔为自立式，采用的是柔性基础加基底板防护。

该地区在建塔之前就是铁矿和煤矿的主要采区，因此在建塔时已经考虑了采煤区的沉降问题，做了防沉降处理。

塌陷区输电线路杆塔建设技术初探

研究；
量的不一致性使输电线路的档距增大或缩小，距的变化在相邻档产档生的不平衡张力导致悬垂串向导线绷紧的一侧偏斜。横线路方向的水平移动使线路发生转角，杆塔也由于受到角度荷载的作用而向转角内侧倾斜。水平移动方向的不一致使杆塔、横担受到扭力矩作用，导致杆塔转角超限或横担变形。
一
３．．１１试验研究（以转角塔］Ｆ２Ｇ４为例）转角塔有侧向荷载作用，对基础的不均匀变形比较敏感；根据空间桁架法对ＪＦ２支座位移荷载的计算结果，Ｇ４塔支座位移作用对塔架上部结构影响较小，试验仅针对下部结构进行。
过程不断向前、向上扩展。当采空区范围扩大到一定范围时，岩层移动过程发展到地表，在地表形成一个比采空区大得多的沉陷盆地。２１老采空区的“ ．２．活化” 煤矿老采空区虽然经过了长时间的自然压实，开采后形成的地下
Ｗｔ（ｙ（／）ｅｐ一ＴｘＸ２ｅｐ一１（— ．．ｒ＿ｘ）１・ｘ（１（— ／）ｘ（Ｔｙｙ７／２０，＝）ｒ・＋））３中期技术——抗变形技术、３１．塌陷区输电杆塔破坏机理及变形能力研究
⑦现有的抗变形技术均为被动适应，结构的调整需要人为干预，没有主动调整措施在工程实际中应用； ⑧输电塔架结构设计在纠偏、顶升等加固施工时的安全性需进一步研究。２前期技术——变形预计、２Ｉ．开采沉陷变形机理和规律２１地下开采引起的地表移动变形规律．．１地下煤层采出后，采空区顶板岩层在自重及其上覆岩层作用下，向下弯曲、移动，当其内部拉应力超过岩层抗拉强度极限时，直接顶便断裂、破碎而冒落；其上部老顶岩层以梁或悬臂梁弯曲的形式沿层面的法向方向移动、曲，而产生断裂、弯进离层。随着回采工作面向前推进，这

山区输电线路基础水平位移对铁塔和基础设计的影响

山区输电线路基础水平位移对铁塔和基础设计的影响摘要：山区输电线路塔位置的地形特征是坡度大、地质条件好、对环境敏感、综合考虑安全、经济和环境保护、水利等因素。

山区输电线路基础设计中使用的基本类型是人工挖孔桩基础。

目前，大量研究主要集中在地基变形对塔力特性的影响以及地基变形对基本施工工艺和设计方法的影响，没有系统地研究地基变形对塔的综合影响，该条例规定了对地基顶部和地面水平移动的一般要求，并提出了山区输电线路基础特征的数值和处理措施。

关键词：山区输电线路基础；水平位移；铁塔和基础设计影响引言杆塔属于保证输电线路良好运行的关键基础设施，其性能是否能够得以充分发挥，会对输电线路经济效益与服务功能产生较大的影响。

电力线路施工环节，杆塔成本与工程总成本比例大概为1:3,因此须要重点做好杆塔选择及设计工作，保证输电线路正常运行。

杆塔基础设计过程中，相关设计人员须要根据输电线路实际需求，将设计环节的细节问题实施全面处理，通过这样的方式，保证杆塔设计质量，在后期使用中满足实际建设要求。

1输电线路铁塔的基本结构输电线路铁塔主要由塔的塔头、塔身和塔腿三个重要部分组成。

直线塔、耐张塔、终端塔、换位塔以及其他类型的塔在外部具有不同的形式，具体取决于它们的使用功能。

在整个结构中，输电线路塔由平面结构组成，这些不同类型的平面更好地组合起来形成一个结构合理的铁塔。

输电线路铁塔设计时，特别需要在塔的横截面处进行分隔，一般来说，需要确保隔膜面积约为塔体平均宽度的2.5倍。

2输电线路杆塔基础面临的问题输电线路杆塔基础其主要作用是保证杆塔使用稳定性，不会受到外力或地质下沉的影响，发生变形、倾斜等不良问题。

杆塔基础设计与施工质量，会对输电线路运行产生较大影响，当前输电线路杆塔基础主要面临以下问题：（1）地质环境复杂。

杆塔基础土质比较为复杂，常常会出现软土等不良地质环境，输电线路杆塔基础不仅要满足常规设计要求，还应对地质环境变化进行考虑，避免使用期间出现严重的沉降问题。

浅谈高压输电线路铁塔内倾的原因及处理办法

浅谈高压输电线路铁塔内倾的原因及处理办法摘要：随着经济的快速发展，使得人们对于电力的需求逐渐增加，对于电力系统而言，输电线路发挥着非常重要的作用，铁塔是整个输电线路中最重要的部分，但是在实际的应用过程中会因为各种因素的影响而导致铁塔出现内倾现象，从而使得电力输送存在一定的安全隐患。

本篇文章主要对铁塔内倾问题进行了研究与分析，阐述了导致该问题出现的主要原因，从而提出了有效的解决措施，保证输电的安全性。

关键词：输电线路；铁塔；内倾目前，在经济快速发展的趋势下，人们对于电力的需求急剧增加。

输电线路是整个电力运输系统中最重要的部分，能够有效的实现电能的传输，当前输电线路建设的数量也越来越多，与此同时也导致了铁塔内倾的问题逐渐加剧，为了避免此类问题的出现，必须要采取有效的措施，本篇文章主要对实际案例进行了分析，从而根据实际情况提出有效的方法。

1铁塔内倾的介绍以实际案例来了解铁塔出现内倾问题的实际情况。

在某一个输变电工程项目中，建设了六条输电线路，但是在验收工作中发现有两条线路都出现了铁塔内倾的问题，同时有16个耐张塔都出现了内倾的问题。

为了解决此类问题，对其中某一条线路中的铁塔进行研究与分析，从而提出有效的解决方法。

该铁塔总共进行了三次挂线工作，铁塔中含有的导线是芯铝绞线，总共的高度为50m左右，铁塔的内倾情况大约在7cm左右。

2验收工作的主要要求在输电线路中铁塔内倾问题的验收工作中，主要需要满足两个方面的要求，其一为必须要严格的按照我国相关的制度与要求卡站相关工作，其二为必须要满足业主提出的要求，主要为以下几点：（1）为了能够保证输电线路能够正常运行，需要开展验收工作，在对铁塔内倾问题进行验收的过程中必须要严格的按照我国相关的规定与制度要求来操作，主要的要求为以下内容：在转角以及耐张塔都建立完成之后，需要对受力的反方向进行预倾斜的处理。

（2）一些供电局对于输电线路有着非常严格的要求，在实际的运行过程中如果出现了倾斜问题，必须要及时的采取措施来对其进行调整。

地表变形对城区土地利用的影响评估

地表变形对城区土地利用的影响评估地表变形是指地球表面在一定时间内发生的变化，包括沉降和抬升等现象。

这些变形会直接影响城区的土地利用，并引发一系列问题。

因此，对地表变形对城区土地利用的影响进行评估至关重要。

首先，地表沉降会导致城区土地的水平位置发生变化。

随着城市的不断扩张和人口的增加，土地利用压力逐渐增大。

沉降会使城市建筑物相对于海平面降低，这可能导致洪涝风险增加，减少城市的防洪能力。

为了避免洪水侵袭，城市规划者需要重新评估土地利用，调整低洼区域的用途。

此外，沉降还可能导致地下设施受损，如地下管道、地铁和电缆等。

评估地表沉降的程度和速率对城市规划和土地利用具有重要意义。

其次，地表抬升也会对城区土地利用造成不可忽视的影响。

抬升可能是由地壳运动或上升地下水位引起的。

这种变形可能导致地下水位上升，引发地下水位过高的问题。

地下水位过高会导致土地稳定性下降，可能引发地面塌陷和建筑物倾斜等问题。

城市规划者需要评估地表抬升对土地稳定性的影响，以避免建筑物倒塌或其他灾害的发生。

此外，抬升还可能导致旱季水源的流失，影响城市的水资源供应。

因此，评估地表抬升的影响对城市的水资源规划也非常重要。

地表变形还会对城区土地利用带来土地错位的问题。

土地错位是指土地利用不适应地表变形的情况。

例如，某片区域原本规划为住宅用地，但由于地表变形导致土地沉降，住宅建设可能出现问题，可能需要重新评估土地利用目标。

此外，土地错位还可能导致基础设施的不适应，如道路、桥梁和人行道等。

城市规划者需要评估地表变形对土地利用的具体影响，以准确确定土地利用目标，以及调整基础设施规划。

最后，地表变形还可能对城区土地的经济价值造成影响。

城市土地的市场价值往往与其位置有关，而地表变形对土地位置造成的变化可能会导致土地价值的波动。

例如，原本位于市中心的土地可能因为地表沉降而失去其优势地位，从而导致土地价值下降。

因此，评估地表变形对土地经济价值的影响对于土地的有效利用和市场估价非常重要。

采空区塔基变形过程对输电铁塔安全性影响

采空区塔基变形过程对输电铁塔安全性影响杨罡; 王天正; 王大伟【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)033【总页数】7页(P206-212)【关键词】采空区; 输电铁塔; 塔基变形过程; 转移路径; 输电铁塔安全性【作者】杨罡; 王天正; 王大伟【作者单位】国网山西省电力公司太原030001【正文语种】中文【中图分类】TM753架空输电线路是分布在野外的电能传输网络，其不可避免地要经过煤矿采空区。

煤炭采空区地表变形必然会引起铁塔基础的变形，进而导致铁塔构件应力增加，降低铁塔的安全性，影响输电线路的运行安全[1—3]。

近年来，中外学者对位于采空区输电铁塔的力学性能做了很多研究。

袁广林等[4]研究了采空区输电塔在地表水平变形和沉降作用下的应力和变形规律。

周景等[5，6]研究了不同地表变形类型，对输电塔抗风承载力的影响规律。

杨风利等[7]、Yang等[8，9]基于有限元模拟方法，对位于采空区输电铁塔，在发生沉降、倾斜、滑移后的受力状态进行了计算分析，并考虑了动力冲击效应的影响。

姜辉等[10]对不同气象工况条件下，输电铁塔基础发生沉降、倾斜和铁塔设置拉线后的铁塔承载力性能做了计算分析。

岳高伟等[11]采用有限元方法，从地表不均匀沉降、模态分析和屈曲分析三个方面，研究了经过采空区输电铁塔的强度和安全性。

Ahmed 等[12]通过考虑螺栓滑移和不考虑螺栓滑移两种情况，对某一塔腿发生沉降时的铁塔结构做了受力分析。

这些研究主要通过不同的有限元模拟方法，探讨采空区输电铁塔能够承受的地表变形限值，为采空区输电铁塔的防治提供参考；但很少研究塔基发生从小到大的变形过程中，铁塔安全性的演化规律。

现以煤炭采空区某500 kV架空输电线路60号铁塔为研究对象，基于有限单元法，研究塔基变形过程中构件最大应力发展和位置转移规律，塔基不同变形类型对铁塔安全性影响的差异，三种气象工况(90°大风、45°大风和覆冰)在塔基变形过程中对铁塔安全性的影响程度；为采空区输电铁塔达到安全临界值之前，对其采取有效的监测和加固治理措施，避免发生倒塔事故提供参考。

地基及基础变位对输电铁塔受力特性影响的模拟分析

地基及基础变位对输电铁塔受力特性影响的模拟分析黄飞龙;张大长;丁志锋;朱海峰;李布辉【期刊名称】《钢结构》【年(卷),期】2016(031)009【摘要】以研究地基及基础位移对整塔内力及变形的影响为目的,通过结构有限元分析软件SAP 2000对现有某220 kV输电线路SJ3转角塔进行建模和分析.考察输电铁塔在90°大风、覆冰和导线张力等外荷载作用下,模拟塔腿基础支座发生不同变位的荷载工况对塔身变形及塔材失效的影响规律,确定不同工况下底部塔材的内力发展过程及其失效位移.研究表明,针对不同的地基及基础变位工况,塔腿上侧横隔面是整塔最薄弱部分,塔腿根部支座位移会引起横隔杆件的快速失效,单只塔腿基础支座沉降对塔腿影响最大;塔腿支座水平外移对底部横隔杆件影响最大;塔腿支座水平内移是引起塔腿斜材失效的最危险工况.【总页数】6页(P34-38,72)【作者】黄飞龙;张大长;丁志锋;朱海峰;李布辉【作者单位】南京工业大学土木工程学院,南京211816;南京工业大学土木工程学院,南京211816;江苏省电力公司经济技术研究院,南京210008;江苏省电力公司经济技术研究院,南京210008;河海大学土木交通工程学院,南京210012【正文语种】中文【相关文献】1.膨胀土地基输电线杆塔基础承载力特性数值模拟 [J], 吕玺琳;苏征;钱建固;刘湘莅2.输变电线路铁塔变截面嵌岩桩受力特性的数值模拟分析 [J], 朱敏;孙珍茂;张衡;王雨佳3.地表硬壳层对柔性基础下复合地基受力特性的影响分析 [J], 俞建霖;张甲林;李坚卿;龚晓南4.软土地基双排桩基础悬臂式挡土墙受力变形的\r现场测试及数值模拟分析 [J], 周珩;苏谦;杨智翔;郭春梅5.采动影响下高压输电线路铁塔地基-基础协同关系模拟研究 [J], 陈金光; 郁文峰; 吴承红; 仲崇武; 查剑锋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。