本发明属于输电线路防灾减灾技术领域，尤其涉及一种基于单片圆弧板钢管输电塔构件抗压补强装置及其制作方法。
背景技术：
目前常用的铁塔抗压补强措施大多利用螺栓开孔、焊接、胶合等连接方式在原有塔材基础上增设辅助主材的思路，增大输电铁塔构件及整体抗压稳定性，但是螺栓开孔和焊接会影响甚至降低原有塔材的材料性能，难以评估补强措施对整体安全性的影响；胶合连接在输电塔野外复杂环境中存在耐久性问题，影响相应铁塔补强装置的实际应用效果。
技术实现要素：
针对现有方案存在的缺陷和不足，本发明一种基于单片圆弧板钢管输电塔构件抗压补强装置及其制作方法，可在不破坏原铁塔主材截面及材料性能的前提下，对已建钢管铁塔的关键构件进行抗压能力补强，提高铁塔安全性。
其具体采用以下技术方案：
一种基于单片圆弧板钢管输电塔构件抗压补强装置，其特征在于，包括：单片圆弧板和多个夹具；所述单片圆弧板紧贴安装于拟补强钢管塔杆件外表面，并通过若干等距排列的夹具与钢管塔杆件紧固连接；所述夹具由u形螺栓和支撑底座组成。
优选地，所述单片圆弧板的圆心与拟加强的钢管构件圆心重合，且单片圆弧板的内表面半径与拟补强钢管塔杆件的外表面半径相同。
优选地，所述u形螺栓套设于单片圆弧板和拟补强的钢管构件外侧，通过与支撑底座连接，将单片圆弧板与拟补强钢管塔杆件紧密固定。
优选地，所述u型螺栓与支撑底座的连接部设置有防松螺帽或防松垫片。
优选地，所述支撑底座的钢材型号和最小厚度大于拟补强钢管塔杆件的钢材型号和厚度。
优选地，所述支撑底座为八字形阶梯结构，与拟补强钢管构件之间设置有垫片。
以及根据以上基于单片圆弧板钢管输电塔构件抗压补强装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤s1通过有限元仿真，进行钢管输电塔振动响应分析，确定钢管塔受压最大杆件；
步骤s2根据分析的杆件受力情况与原设计工况下的受力进行对比，确定所述钢管塔受压最大杆件的实际受压增大幅值δf；
步骤s3：根据δf的数值确定抗压补强装置的参数取值。
优选地，步骤s3具体包括以下过程：
补强后的钢管构件整体抗压能力提升值由下式确定：
fs＝e×η×s×σc(1)
式中，e为经验系数；fs为补强后构件整体抗压力提升值；η为抗力系数；s为补强后所述单片圆弧板的截面积；
σc为临界应力，按下式计算：
式中，σy为单片圆弧板的屈服应力；
α为无量纲的长度修正系数，按下式确定：
式中，le为杆件有效长度系数；l为单片圆弧板长度；r和e分别为单片圆弧板最小半径和弹性模量；
结合δf的大小，通过选取单片圆弧板的l、s、σy和e参数，确定单片圆弧板尺寸和材料特征，使得补强后杆件整体抗压能力提升值fs大于δf。
本发明及其优选方案提供的补强装置采用单片圆弧板紧贴安装于拟补强钢管塔杆件外表面，并通过若干等距排列的夹具与钢管塔杆件紧固连接。可在不破坏原铁塔主材截面及材料性能的前提下，对已建钢管铁塔的关键构件进行抗压能力补强，提高铁塔安全性。本发明计算原理清晰，制备方法简单，在输电线路防灾减灾领域有广泛的应用价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1是本发明实施例整体结构侧视示意图；
图2是本发明实施例a-a截面剖视示意图；
图中：1-单片圆弧板；2-夹具；3-u形螺栓；4-支撑底座；5-垫片；6-拟补强钢管塔杆件。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：
如图1、图2所示，本实施例提供的基于单片圆弧板1钢管输电塔构件抗压补强装置方案，包括：包括：单片圆弧板1和多个夹具2；单片圆弧板1紧贴安装于拟补强钢管塔杆件6外表面，并通过若干等距排列的夹具2与钢管塔杆件紧固连接；夹具2由u形螺栓和支撑底座4组成。
本实施例中，针对的拟加强的钢管构件为圆柱形。单片圆弧板1的圆心与拟加强的钢管构件圆心重合，且单片圆弧板1的内表面半径与拟补强钢管塔杆件6的外表面半径相同。u形螺栓套设于单片圆弧板1和拟补强的钢管构件外侧，通过与支撑底座4连接，将单片圆弧板1与拟补强钢管塔杆件6紧密固定。
本实施例中，u型螺栓3与支撑底座4的连接部设置有防松螺帽或防松垫片5。若构件位于距地面15m范围内，应采取相应的防盗措施，如加设锁扣等结构。支撑底座4的钢材型号和最小厚度大于拟补强钢管塔杆件6的钢材型号和厚度。
本实施例中，支撑底座4为八字形阶梯结构，保证具备足够的摩擦力以确保固定的可靠性，与拟补强钢管构件之间设置有垫片5，避免支撑底座4挤压造成钢管构件损伤。
以上实施例提供的装置的具体参数和选型可以通过以下步骤完成：
步骤s1：通过有限元仿真技术，开展钢管输电塔振动响应分析，确定钢管塔受压最大杆件；
步骤s2：根据上述分析的杆件受力情况与原设计工况下的受力进行对比，确定该杆件实际受压增大幅值δf；
步骤s3：根据δf的数值确定本发明提供的抗压补强装置截面积、材料等参数取值。
其中，步骤s3具体包括以下过程：
补强后的钢管构件整体抗压能力提升值由下式确定：
fs＝e×η×s×σc(1)
式中，e为经验系数；fs为补强后构件整体抗压力提升值(n)；η为抗力系数；s为补强后单片圆弧板1截面积(mm2)。
σc为临界应力(mpa)，按下式计算：
式中，σy为单片圆弧板1的屈服应力(mpa)。
α为无量纲的长度修正系数，按下式确定：
式中，le为杆件有效长度系数；l为单片圆弧板1长度(mm)；r和e分别为单片圆弧板1最小半径(mm)和弹性模量(mpa)。
结合δf的大小，通过合理选取单片圆弧板1的l、s、σy和e等参数，确定单片圆弧板1尺寸、材料特征，使得补强后杆件整体抗压能力提升值fs大于δf，以达到抗压补强目的。
基于以上方案，本实施例还提供了一个设计实例以便于本领域技术人员更好地理解本发明方案：
通过有限元仿真计算，分别开展钢管输电塔在实际情况和设计工况下的振动响应分析，确定实际情况下杆件压力增大幅值δf。例如，对于某塔腿杆件(tube1)，长度为700mm，其δf为15kn。
单片圆弧板1紧贴安装于拟补强钢管塔杆件6外表面，长度l为650mm，弹性模量e为200000mpa，材料屈服强度σy等于439mpa，截面积s等于220mm2，最小半径r为6mm。单片圆弧板1通过若干等距排列的夹具2与钢管塔杆件紧固连接，夹具2的间距为100mm。
单片圆弧板1的圆心与拟加强的钢管构件圆心重合，且其内表面半径与拟补强的钢管构件外表面半径相同，以保证单片圆弧板与拟补强杆件紧密贴合，接触良好。每片圆弧形厚板1长度相等且长度方向边缘距拟补强钢管构件杆端为25mm。
夹具2由u形螺栓3和支撑底座4组成，u形螺栓3套于单片圆弧板1和拟补强的钢管构件外侧，通过与支撑底座4连接，将单片圆弧板1与拟加强的钢管构件紧密固定。
通过上述补强设置，对于tube1杆件，抗力系数η取为0.85，杆件有效长度系数le取为0.5，长度修正系数α，可按下式确定，
那么，临界应力σc为，
由此可得补强后tube1杆件的抗压能力增大值为，
fs＝0.3×η×s×σc＝0.3×0.85×220×347.4＝19.5(kn)
经对比，fs＝19.5kn>δf＝15kn。说明上述抗压补强装置满足要求。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的基于单片圆弧板钢管输电塔构件抗压补强装置及其制作方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
1.一种基于单片圆弧板钢管输电塔构件抗压补强装置，其特征在于，包括：单片圆弧板和多个夹具；所述单片圆弧板紧贴安装于拟补强钢管塔杆件外表面，并通过若干等距排列的夹具与钢管塔杆件紧固连接；所述夹具由u形螺栓和支撑底座组成。
2.根据权利要求1所述的基于单片圆弧板钢管输电塔构件抗压补强装置，其特征在于：所述单片圆弧板的圆心与拟加强的钢管构件圆心重合，且单片圆弧板的内表面半径与拟补强钢管塔杆件的外表面半径相同。
3.根据权利要求1所述的基于单片圆弧板钢管输电塔构件抗压补强装置，其特征在于：所述u形螺栓套设于单片圆弧板和拟补强的钢管构件外侧，通过与支撑底座连接，将单片圆弧板与拟补强钢管塔杆件紧密固定。
4.根据权利要求1所述的基于单片圆弧板钢管输电塔构件抗压补强装置，其特征在于：所述u型螺栓与支撑底座的连接部设置有防松螺帽或防松垫片。
5.根据权利要求1所述的基于单片圆弧板钢管输电塔构件抗压补强装置，其特征在于：所述支撑底座的钢材型号和最小厚度大于拟补强钢管塔杆件的钢材型号和厚度。
6.根据权利要求1所述的基于单片圆弧板钢管输电塔构件抗压补强装置，其特征在于：所述支撑底座为八字形阶梯结构，与拟补强钢管构件之间设置有垫片。
7.根据权利要求1所述的基于单片圆弧板钢管输电塔构件抗压补强装置的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤s1通过有限元仿真，进行钢管输电塔振动响应分析，确定钢管塔受压最大杆件；
步骤s2根据分析的杆件受力情况与原设计工况下的受力进行对比，确定所述钢管塔受压最大杆件的实际受压增大幅值δf；
步骤s3：根据δf的数值确定抗压补强装置的参数取值。
8.根据权利要求7所述的基于单片圆弧板钢管输电塔构件抗压补强装置的制作方法，其特征在于：
步骤s3具体包括以下过程：
补强后的钢管构件整体抗压能力提升值由下式确定：
fs＝e×η×s×σc(1)
式中，e为经验系数；fs为补强后构件整体抗压力提升值；η为抗力系数；s为补强后所述单片圆弧板的截面积；
σc为临界应力，按下式计算：
式中，σy为单片圆弧板的屈服应力；
α为无量纲的长度修正系数，按下式确定：
式中，le为杆件有效长度系数；l为单片圆弧板长度；r和e分别为单片圆弧板最小半径和弹性模量；
结合δf的大小，通过选取单片圆弧板的l、s、σy和e参数，确定单片圆弧板尺寸和材料特征，使得补强后杆件整体抗压能力提升值fs大于δf。
技术总结