懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法及鋼構(gòu)架的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法及鋼構(gòu)架，對(duì)現(xiàn)有運(yùn)行中的換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的安全性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，在鋼構(gòu)架頂部設(shè)置一根鋼絲纜索，鋼絲纜索與鋼構(gòu)架橫梁之間通過鋼絲繩相連，鋼絲纜索兩端錨固于地面。每根鋼絲吊繩的受力值按擬定豎線載荷分擔(dān)比例計(jì)算求得，鋼絲纜索按一定的矢跨比和鋼絲吊繩吊點(diǎn)受力進(jìn)行找形分析和初始預(yù)應(yīng)力計(jì)算。本發(fā)明提出的懸索式加固措施可以將鋼構(gòu)架的承載能力提高2.27倍，可大幅提高換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的安全性能。避免鋼構(gòu)架橫梁進(jìn)一步下?lián)献冃?，確保結(jié)構(gòu)不至發(fā)生承載失穩(wěn)倒塌。
【專利說明】懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法及鋼構(gòu)架
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及換流站鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，特別是一種懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法及懸吊鋼構(gòu)架。
【背景技術(shù)】
[0002]換流站位于骨干聯(lián)絡(luò)輸電線路的起端和終端，為電力能源的合理調(diào)配并保障其快速供給起到了至關(guān)重要的作用。直流濾波器為換流站的關(guān)鍵電氣設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行是確保換流站正常工作的前提。直流濾波器懸吊方式在我國(guó)多個(gè)換流站采用，即將直流濾波器懸掛于鋼結(jié)構(gòu)橫梁中部，直流濾波器通過絕緣子連接懸掛于鋼結(jié)構(gòu)橫梁上，直流濾波器下端采用彈簧拉線系統(tǒng)將直流濾波器錨固與地面，起到防震減振的目的。鋼構(gòu)架橫梁通過與門型鋼結(jié)構(gòu)立柱鉸接連接達(dá)到荷載傳遞的目的。然而，由于直流濾波器本身結(jié)構(gòu)自重大，承重的鋼結(jié)構(gòu)橫梁中部較易出現(xiàn)垂直向下較大幅度的撓度變形，降低了換流設(shè)備的安全性能。對(duì)于這一問題，國(guó)內(nèi)外對(duì)其加固方法處于空白階段，同時(shí)由于換流站的停電周期非常短，一種快捷并不損傷結(jié)構(gòu)本體的加固方法迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)空白，提供一種懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法及鋼構(gòu)架，提高懸吊鋼構(gòu)架的承載能力，改善懸吊鋼構(gòu)架的安全性能，避免懸吊剛構(gòu)架橫梁下?lián)献冃?，防止鋼?gòu)架倒塌，提高換流站直流濾波器運(yùn)行的安全等級(jí)，確保換流設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法，該方法為:
1)對(duì)換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的安全性能進(jìn)行安全評(píng)價(jià)；
2)利用有限元軟件，計(jì)算得到換流站直流濾波器豎向載荷分擔(dān)比例取值范圍為8%?15% ；
3)通過上述豎向載荷分擔(dān)比例，求得鋼絲吊繩的受力值；
4)采用初張力控制法，將鋼絲纜索按1:10的矢跨比與所述鋼絲吊繩的豎向受力值，進(jìn)行有限元非線性找形分析；鋼絲纜索找形的基本方法為非線性迭代分析法，先建立鋼絲纜索的直線模型，然后在自重作用下采用非線性有限元進(jìn)行迭代計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果適時(shí)調(diào)整線形，直至鋼絲纜索內(nèi)的應(yīng)力值達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的線形即為鋼絲纜索的初始線形；在確定了鋼絲纜索的初始線形后，進(jìn)而計(jì)算鋼絲纜索的初始預(yù)應(yīng)力；
5)在換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架三個(gè)立柱頂部安裝限位鞍座；
6)將鋼絲纜索穿過所述限位鞍座，并在所述鋼絲纜索上固定拉力傳感器，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行放線作業(yè)，將所述鋼絲纜索兩端分別拉伸到換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架兩側(cè)立柱的地面上，保證換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架兩根橫梁上的鋼絲纜索線形與所述初始線形相同； 7)將所述鋼絲纜索通過所述鋼絲吊繩與換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的橫梁連接固定，并對(duì)兩根橫梁采用同步對(duì)稱方法進(jìn)行施工，即由兩側(cè)立柱向中間立柱方向進(jìn)行對(duì)稱施工，確保鋼絲纜繩和鋼結(jié)構(gòu)受力均勻。
[0004]所述鋼絲纜索兩端與水平面之間的夾角均為45°?63°，優(yōu)選夾角為60°，進(jìn)一步改善受力性能。
[0005]所述拉力傳感器距離地面高度為1.5?2m，方便人員操作。
[0006]所述鋼絲纜索直徑為IOOmm ;預(yù)應(yīng)力值為8.3MPa。
[0007]所述鋼絲纜索與每根橫梁之間均勻布置有9對(duì)共計(jì)18根所述鋼絲吊繩；所述鋼絲吊繩直徑為20mm，初始預(yù)應(yīng)力值為4.6MPa。
[0008]本發(fā)明還提供了一種懸索式換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架，包括中間立柱、左側(cè)立柱和右側(cè)立柱，所述中間立柱與所述左側(cè)立柱、右側(cè)立柱之間各通過一根橫梁固定連接；還包括鋼絲纜索；所述中間立柱、左側(cè)立柱和右側(cè)立柱頂部均固定有限位鞍座；所述鋼絲纜索通過所述限位鞍座分別與所述中間立柱、左側(cè)立柱、右側(cè)立柱頂部固定連接，且所述鋼絲纜索在所述橫梁(4)上的部分成拋物線形，所述拋物線形矢跨比為1:10 ;所述鋼絲纜索兩端延伸并錨固在地面上，且所述鋼絲纜索與水平面之間的夾角為45°?63°，優(yōu)選夾角α為60° ;所述鋼絲纜索上固定有拉力傳感器；所述鋼絲纜索通過鋼絲吊繩與所述橫梁固定連接。
[0009]本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明通過大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)以及仿真計(jì)算分析提出了一種經(jīng)濟(jì)可靠并且施工簡(jiǎn)便、不破壞現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架加固方法，本發(fā)明的方法和懸吊鋼結(jié)構(gòu)可以將鋼構(gòu)架的承載能力提高2.27倍，大幅提高了換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的安全性能；有效避免了鋼構(gòu)架橫梁進(jìn)一步下?lián)献冃?，確保懸吊鋼結(jié)構(gòu)不至發(fā)生承載失穩(wěn)而倒塌；本發(fā)明設(shè)計(jì)獨(dú)特，施工周期短，可應(yīng)用于換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的加固工程中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明一實(shí)施例懸吊鋼構(gòu)架主視圖；
圖3為本發(fā)明一實(shí)施例懸吊鋼構(gòu)架立體結(jié)構(gòu)圖；
圖4為本發(fā)明一實(shí)施例限位鞍座示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明方法步驟如下:
對(duì)現(xiàn)有運(yùn)行中的換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的安全性能進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，根據(jù)安全評(píng)價(jià)在鋼構(gòu)架頂部設(shè)置一根懸索，懸索與鋼構(gòu)架橫梁之間通過吊桿或鋼絲繩相連，以提高鋼構(gòu)架橫梁的承載能力和整體剛度。
[0012]對(duì)換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。依據(jù)GB/T 50621-2010《鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和GB 50144-2008《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行外觀檢查、鋼材厚度測(cè)量、變形檢測(cè)。在前期檢測(cè)基礎(chǔ)上，通過有限元力學(xué)計(jì)算，得出鋼構(gòu)架的受力狀況，分析鋼結(jié)構(gòu)變形的原因，對(duì)構(gòu)架的安全性進(jìn)行評(píng)定。在安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與有限元力學(xué)計(jì)算，綜合評(píng)價(jià)，進(jìn)而確定懸索式加固方式是否合理以及是否能提聞承載能力的水平等級(jí)。
[0013]為分擔(dān)鋼構(gòu)架橫梁的承受荷載，橫梁上部布置一根直徑為IOOmm的鋼絲纜索，鋼絲纜索初始預(yù)應(yīng)力值為8.3MPa。纜索與三個(gè)立柱采用豎向支撐并可以有相對(duì)滑動(dòng)，纜索與每個(gè)橫梁之間布置9對(duì)共計(jì)18根鋼絲吊繩，纜索與鋼絲吊繩組成懸索體系共同分擔(dān)橫梁所承受的豎向載荷。鋼絲吊繩的直徑為20mm，初始預(yù)應(yīng)力值為4.6MPa。
[0014]首先按10%的豎向載荷分擔(dān)比例計(jì)算求得每根鋼絲吊繩的受力值。作為柔索結(jié)構(gòu)，纜索線的初始構(gòu)形對(duì)導(dǎo)線總體剛度的影響很大。導(dǎo)線找形的基本方法為非線性迭代分
析法，并且依據(jù)迭代過程中控制目標(biāo)的不同可以分為三種:1.纜索初張力控制；纜索垂
度控制；f纜索無應(yīng)力長(zhǎng)度。本發(fā)明采用初張力控制法，先建立纜索的直線模型，然后在自
重作用下采用非線性有限元方法進(jìn)行迭代計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果適時(shí)調(diào)整線形，直至纜索內(nèi)的初張力達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(即鋼絲纜索的應(yīng)力值與鋼絲纜索初始預(yù)應(yīng)力值8.3MPa相等)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的線形即為纜索在重力荷載下的初始線形。
[0015]纜索與地面錨固的夾角a的區(qū)間為45°?63°，優(yōu)先選用60°夾角。
[0016]如圖2和圖3所示，本實(shí)施例中的懸吊鋼構(gòu)架包括中間立柱1、左側(cè)立柱2和右側(cè)立柱3，所述中間立柱I與所述左側(cè)立柱2、右側(cè)立柱3之間各通過一根橫梁4固定連接；還包括鋼絲纜索5 ;所述中間立柱1、左側(cè)立柱2和右側(cè)立柱3頂部均固定有限位鞍座；所述鋼絲纜索5通過所述限位鞍座分別與所述中間立柱1、左側(cè)立柱2、右側(cè)立柱3頂部固定連接，且所述鋼絲纜索在所述橫梁4上的部分成拋物線形，所述拋物線形矢跨比為1:10 ;所述鋼絲纜索5兩端延伸并錨固在地面上，且所述鋼絲纜索5與水平面之間的夾角為60° ;所述鋼絲纜索上固定有拉力傳感器7，拉力傳感器距地面高度為1.5?2m ;所述鋼絲纜索5通過鋼絲吊繩6與所述橫梁4固定連接。
[0017]本實(shí)施例中的限位鞍座示意圖見圖4，鞍座頂部開設(shè)有用于限制鋼絲纜索豎向位移的弧形凹槽8。
【權(quán)利要求】
1.一種懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法，換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架包括三個(gè)立柱，三個(gè)立柱通過兩根橫梁連接成一排；其特征在于，該方法為: 1)對(duì)換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的安全性能進(jìn)行安全評(píng)價(jià)； 2)利用有限元軟件，計(jì)算得到換流站直流濾波器豎向載荷分擔(dān)比例取值范圍為8%~15% ； 3)通過上述豎向載荷分擔(dān)比例，求得需布置在所述橫梁上的鋼絲吊繩的受力值； 4)采用初張力控制法，將鋼絲纜索按1:10的矢跨比與所述鋼絲吊繩的豎向受力值進(jìn)行有限元非線性找形分析；鋼絲纜索找形方法為非線性迭代分析法，先建立鋼絲纜索的直線模型，然后在自重作用下采用非線性有限元方法進(jìn)行迭代計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整線形，直至鋼絲纜索內(nèi)的應(yīng)力值達(dá)到設(shè)計(jì)要求，此時(shí)對(duì)應(yīng)的線形即為鋼絲纜索的初始線形； 5)在換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架三個(gè)立柱頂部安裝限位鞍座； 6)將鋼絲纜索穿過所述限位鞍座，并在所述鋼絲纜索上固定拉力傳感器，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行放線作業(yè)，將所述鋼絲纜索兩端分別拉伸到換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架兩側(cè)立柱的地面上，保證換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架兩根橫梁上的鋼絲纜索線形與所述初始線形相同； 7)將所述鋼絲纜索通過所述鋼絲吊繩與所述橫梁連接固定，并對(duì)兩根橫梁采用同步對(duì)稱方法進(jìn)行施工，即由兩側(cè)立柱向中間立柱方向進(jìn)行對(duì)稱施工，確保鋼絲纜繩和鋼結(jié)構(gòu)受力均勻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法，其特征在于，所述鋼絲纜索兩端與水平面之間的夾角均為45°~63°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法，其特征在于，所述夾角為60°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法，其特征在于，所述拉力傳感器距離地面高度為1.5~2m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法，其特征在于，所述鋼絲纜索直徑為100mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法，其特征在于，所述鋼絲纜索初始預(yù)應(yīng)力值為8.3MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法，其特征在于，所述鋼絲纜索與每根橫梁之間均勻布置有18根所述鋼絲吊繩。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的懸索式加固換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架的方法，其特征在于，所述鋼絲吊繩直徑為20mm，初始預(yù)應(yīng)力值為4.6MPa。
9.一種懸索式換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架，包括中間立柱(I)、左側(cè)立柱(2)和右側(cè)立柱(3 )，所述中間立柱(I)與所述左側(cè)立柱(2 )、右側(cè)立柱(3 )之間各通過一根橫梁(4 )固定連接；其特征在于，還包括鋼絲纜索(5);所述中間立柱(I)、左側(cè)立柱(2)和右側(cè)立柱(3)頂部均固定有限位鞍座；所述鋼絲纜索(5)通過所述限位鞍座分別與所述中間立柱(I)、左側(cè)立柱(2)、右側(cè)立柱(3)頂部固定連接，且所述鋼絲纜索在所述橫梁(4)上的部分成拋物線形，所述拋物線形矢跨比為1:10 ;所述鋼絲纜索(5)兩端延伸并錨固在地面上，且所述鋼絲纜索(5)與水平面之間的夾角為45°~63° ;所述鋼絲纜索上固定有拉力傳感器(7);所述鋼絲纜索(5)通過鋼絲吊繩(6)與所述橫梁(4)固定連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的懸索式換流站直流濾波器懸吊鋼構(gòu)架，其特征在于，所述夾角α為60°。`
【文檔編號(hào)】E04H12/10GK103485572SQ201310446284
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】歐陽(yáng)克儉, 劉純, 彭碧草, 王軍, 唐遠(yuǎn)富 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院, 湖南省湘電鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中心有限公司