浅谈真型铁塔试验

浅谈真型铁塔试验

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孙俊华　吕建国

(山西省电力勘测设计院,太原市,030001)

[摘　要]　构件强度不是控制条件,构件失稳才是绝对控制条件,因此构件的强度试验没有必要在铁塔试验中进行。只要不是新型结构的铁塔,用真型铁塔进行验证性试验完全可以保证使用的可靠性,根本没有必要贴应变片。试验加荷时,除最大控制工况荷载加至极限荷载值外,其余非控制工况均无此必要。[关键词]　真型铁塔　验证性试验　稳定　强度

1　概述

众所周知,真型铁塔试验目的是:检验铁塔的实际整体承载能力;整体变形情况;构件及节点的承载能力;整塔结构的实际传力与设计计算的吻合性。

试验方法:

(1)传统的验证性试验;

(2)应变片测量法。

由于线路铁塔主要通过真型超载试验来确定其在工程中使用的可靠性,充分体验它的现实性。目前国际招标工程均采取验证性试验方法,不要求张贴应变片,只要求达到超载试验值即可,不要求检验实际传力与设计的吻合性。而我国铁塔试验大多采用应变片测量法。为此有必要进行探讨和商榷,以期改进我们的试验工作。

无可非议,对新型结构铁塔应着重检验结构实际传力系统与设计计算的吻合性,以验证设计方法的正确性,进而检验节点和整塔的最大承载力。如结构无特殊之处,就没有必要贴应变片。因为只有构件处于弹性受力状况下,应变片才能较理想地反映应力分布的准确性,才有实际价值和意义,也就是说应力应变处在直线比例关系的弹性范围内才有实际意义。如构件随着荷载的加大进入弹塑性阶段后,应力应变呈非线性关系,应变片将失去测量价值。

2　铁塔构件控制条件分析

铁塔构件大多受失稳条件控制,而受压构件的失稳破坏与强度破坏有本质的区别。试验表明,试验塔是由于构件失稳而破坏的,格构式铁塔构件的失稳是绝对控制条件。

美国“输电铁塔设计导则”(A SCE)对试验破坏作如下阐述:

“在被试塔顺利通过全部工况试验后,应将它拆除,并逐个检查全部构件。下面几种情况不应算是破坏:

(1)设计中仅受拉力的构件有残余变形;

(2)节点处有不超过半数的螺孔出现椭圆变形;

(3)节点处不超过半数的螺栓有轻微的永久变形。”

由上述规定可见构件的强度已达极限,但并未引起整塔的垮塌,仍属非破坏性质。“试验通过”表明:构件强度不是控制条件,构件失稳才是绝对控制条件。

众所周知,试验所贴的应变片,均布置在构件失稳的控制点处,在受拉或受压构件螺孔断

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1997年第10期 电　力　建　设

收稿日期:1997-04-28

面削减处(即强度控制点处)无法张贴应变片,也就是说无法测试构件强度。这就提出一个课题,对受压构件,失稳是绝对控制条件,其节点按常规办法处理,没有必要进行强度计算;对受拉构件,其强度控制点在螺孔断面削减处,只要按常规的处理办法处置,不会引发铁塔垮塌,况且铁塔纯受拉构件只有极个别,常规设计足够安全可靠。

受压构件决定于稳定,不决定于强度,这是因为失稳与强度破坏是两种性质截然不同的破坏。

强度破坏:破坏过程缓慢,构件断面产生较大塑性变形,破坏不是突发的,引发构件整体破坏的可能性较小。

稳定破坏:破坏是突发的,构件产生很大的弯曲变形,失去了承载能力,属于稳定性问题。

为此,构件的强度试验没必要在铁塔试验中进行。

理想的中心受压构件是不存在的。构件总存在初始挠度,荷载有一定偏心,断面材质的不均匀会引发偏心,所以,构件实质上是偏心受力的。而铁塔的构造本身使构件在很大偏心条件下受力,各种偏心值存在不同向问题,且又不去测量。施加荷载后,应变片的应变值将失真,只能宏观反映传力系统与理论值的吻合性,不能真实反映出构件控制截面的应力值。

总之,真型铁塔试验不同于单个构件的科学试验,后者加工、测量、测试、加荷等均精确逼真,而前者却很难达到。尽管在设计计算上对上述诸多因素作了技术处理,但差值还是很大。为此,有必要提出一些建议。

3　几点建议

311　验证新塔型设计方法的正确性

31111　采用模拟塔试验,验证力系的分配和传递总体宏观的正确性,加荷等级不需要太高。31112　采用真型铁塔张贴应变片试验,验证力系的分配和传递总体宏观的正确性,加荷等级无需太高,使构件处于弹性工作阶段就足够了。然后再进行超载试验。312　验证铁塔的运行可靠性

31211　由于铁塔是空间超静定桁架结构,其内力计算采用刚度矩阵有限元法最为理想,因此没有必要进行宏观传力系统和设计方法的验证,可不贴应变片;如要贴应变片,也只有构件处在弹性工作阶段时,其应变测试值才有参考价值。继续加大荷载使构件进入弹塑性工作阶段后,应变测试值将毫无意义。

31212　用真型铁塔进行验证性试验,以考核铁塔的整体刚度、承载能力和节点构造处理的强度、刚度的可靠性。只要不是新型结构的铁塔,进行验证性试验完全可以保证使用的可靠性,根本没有必要贴应变片。

4　被试铁塔的试验加荷方法

我们认为我国试验的加荷方法是合情合理的,除最大控制工况荷载加至极限荷载值外,其余非控制工况荷载均不加至极限值。

近年来,一些国外中标工程的铁塔试验,要求所有工况的荷载均加至极限破坏值,并要求均应通过试验,这是不合情理的要求。

由众多工况荷载控制的多杆体系铁塔,各杆件的极限荷载是不同的,各种工况荷载均有控制杆件,应通过极限荷载来考验它的可靠性。要满足所有工况极限荷载的要求,应进行多个铁塔的极限荷载试验,只用1基铁塔进行众多极限荷载工况的试验,显然是达不到要求的,也是不合理的。国外中标工程铁塔试验也是侧重最大荷载的主要控制工况的试验工作,以此作为判断铁塔是否安全可靠的依据,在主要控制工况极限荷载的作用下坚持1m in不垮塌,则判定此塔试验合格。如先进行这个主要控制工况试验,且荷载加至极限值并坚持2m in后铁塔垮倒,则按规定此种控制工况应算通过,但其他很多非控制工况就无法进行试验了。如若先试验一些非控制工况,其中控制杆件坚持了2m in才屈曲,并引发整塔垮塌,照理也应认为通过此工况试验的要求,但下面各工况又如何去试验呢?所以,各种工况均加至极限荷载并坚持1m in而不垮倒的要求,没有科学道理。这种

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