桿塔材質耐久性研究范文

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《鋼結構雜志》2014年第六期

1材質試驗的研究

材質試驗主要是對多年服役的輸電桿塔進行現場檢測及材質試驗室試驗。現場檢測主要檢查緊固件、銹蝕、涂層等狀況，對桿件做一個初步判斷。實驗室試驗，分為桿件的試驗及材料力學性能的試驗，判定輸電桿塔桿件的受壓承載能力及桿件材質的變化狀況。

1.1現場檢測現場對輸電塔檢測的內容包括：普通緊固件連接檢查、鋼結構涂層檢測的檢查。本次試驗采用廣州兩基1989年投產的兩基桿塔。

1.1.1普通緊固件連接檢查普通螺栓作為永久性連接螺栓時，對其進行螺栓實物最小拉力載荷復驗。永久性普通螺栓緊固應牢固、可靠，外露絲扣不應少于2扣，檢測方法是肉眼觀察和用小錘敲擊。必要時，可采用扭矩扳手對螺栓的最大扭松力矩數值進行測試。

1.1.2鋼結構涂層檢測鋼結構的涂層檢測主要是防腐涂層厚度檢測、涂層附著力的檢測。由于鋼結構的涂層直接保護著鋼結構材質，因此對投運多年鋼材進行涂層檢測，判斷其涂層厚度的變化（圖1）。采用QNLX8500涂層測厚儀，依據CECS80∶96《塔桅鋼結構施工及驗收規程》及GB／T4956－2003《磁性基體上非磁性覆蓋層覆蓋層厚度測量磁性法》，對瑞花甲線08號塔桿件進行鍍鋅層檢查，檢測結果見表1。

1.1.3鋼結構構件銹蝕情況檢查采用觀察法對構件表面銹蝕情況進行普查。件表面不應誤涂、漏涂，涂層不應脫皮和返銹等，且涂層應均勻，無明顯皺皮、流墜、針眼和氣泡等。當鋼結構處于腐蝕介質或外露且設計有要求時，應進行涂層附著力測試，在檢測處范圍內涂層完整度應達到70％以上。根據現場檢測的內容，投產運行23年的桿塔，在正常運行維護下，鋼構架的外觀尺寸未發生明顯的變化。螺栓的扭矩未發生損失，鍍鋅及油漆層（桿塔投產運行后每隔幾年就需涂抹保護油漆）的厚度也能達到要求。

1.2實驗室試驗現場檢測的內容主要側重外觀檢查，考察鋼材的銹蝕、螺栓扭矩、焊縫損傷及涂層厚度狀況。實驗室試驗主要通過對實驗室材質及鋼構件的受壓屈服荷載進行試驗，直接驗證鋼材各項指標。試驗選取了投運23～28年的桿塔，制作成適宜的長度及標準構件，并定制了加載支座（圖2）。構件的失穩可以引起工程構件的屈曲破壞。雖然可以通過歐拉理論計算確定細長桿件的臨界承載力，但實際桿件由于邊界約束、桿件截面、桿件長度系數、材質的不同使得計算結果與實際情況相差很大。考慮到舊桿塔在較長的運行周期中，其材質老化、震動、連接磨損等損害都可能影響其受壓穩定的模態及其承載能力，所以對于舊桿塔，需要進行此項評估以確定其桿件的承載能力是否滿足設計要求。表2記錄了9根試件的極限屈服荷載。材質力學性能試驗過程中，隨著對標準試件施加張力，鍍鋅涂層開始剝落，裸露出光亮如新的鋼試件，這也充分論證了鍍鋅層對鋼結構的保護。實驗室對服役20多年的鋼結構試件試驗表明，無論鋼材服役多久，只要有必要的涂層保護、鋼材未銹蝕，鋼結構材質的性能及鋼試件的性能就不會變化。

1.3真型老塔試驗原位真型老塔試驗，就是利用退役的桿塔，在現場對其進行承載能力試驗。真型老塔實驗室試驗，就是將退役真型桿塔運輸到桿塔試驗基地，通過基地的專業加載裝置進行加載試驗。通過真型老塔試驗可直接測量老舊桿塔的承載能力。本試驗選用1989年投產、2009年退役的500kV的桿塔。原位試驗選用2基桿塔進行雙倍起吊試驗，實驗室試驗則進行了大風工況、斷線工況及雙倍起吊的試驗。真型老塔原位試驗：對于運行多年并退運的輸電線路桿塔，在原來的基礎位置上，利用重塊、傳感器、滑輪等工具對其施加荷載，檢驗雙倍起吊等工況的承載能力。真型老塔實驗室試驗：對于運行多年并退運的輸電線路桿塔，拆除整體部件（如橫擔）搬運至試驗場地進行加載試驗，檢驗該部件的雙倍起吊工況、大風工況、斷線工況的承載能力。兩種試驗工況及狀況如下。真型老塔原位試驗：1）原位塔1，雙倍起吊工況，加載至104kN時，桿塔橫擔破壞（垂直荷載設計值88．31kN）；2）原位塔2，雙倍起吊工況，加載至109kN時，桿塔橫擔破壞（垂直荷載設計值88．31kN）。真型老塔實驗室試驗：1）大風工況，超載120％，橫擔未破壞，退荷（垂直荷載設計值46．3kN，橫向荷載設計值82．6kN）；2）斷線工況，超載150％，橫擔未破壞，退荷（縱向荷載設計值16．2kN，橫向荷載設計值15．9kN）；3）雙倍起吊工況，超載119％，105．1KN，橫擔破壞（垂直荷載設計值88．3kN）。由試驗狀況可知：1）兩種試驗模式下的結果表明，老舊桿塔仍能滿足當初設計承載能力；2）兩種模式中，雙倍起吊的破壞荷載差異在5％以內，說明鋼材材質非常穩定。

2桿塔結構破壞實例

2007年12月廣州某500kV線路發生了橫擔自然折段而跳閘的事故（圖3），該線路投產運行18年。事故原因分析主要是：原有的設計標準較低，桿件經濟螺栓較少。桿塔在日積月累的運行振動過程中，橫擔主材連接螺栓孔由于長期受振動荷載，發生疲勞破壞所致。因此，對受力振動強烈部位，應采取相關措施以防止節點疲勞破壞。

3國外經典案例

經典鋼結構工程“埃菲爾鐵塔”及“金門大橋”，是人類歷史上里程碑式的工程，它們歷經百年，仍然發揮著它的承載能力。之所以如此，是因為他們日常維護中會不定期地涂層油漆，以防止鋼材腐蝕。從這兩個案例中可知：只要控制好鋼構件的腐蝕，由于鋼材本身具有的致密結構層的保護，其力學性能不會隨著時間的變化而改變。

4結語

本文通過對大量老舊桿塔進行試驗得出如下結論：1）輸電桿塔在未發生腐蝕時，運行荷載未超過設計荷載，材質力學性能基本穩定，桿塔的承載能力變化不大。2）桿塔結構的振動引起的疲勞損傷也會使桿件失效，在受力振動強烈部位，需設計一定技術措施防止節點的疲勞破壞。

作者：蘇春發單位：廣州電力設計院