[发明专利]水泥电杆等效风载荷实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水泥电杆等效风载荷加载装置及实验方法。

背景技术

在电力系统中，水泥电杆是输配电重要的基础设施，有着非常广泛的应用，存量水泥电杆的数量巨大。受台风作用，水泥杆及其挂线往往会产生较大幅度的晃动，导致其地基松动。更有甚者，会发生水泥电杆断裂或水泥电杆从地基中崛起，一旦一根水泥电杆发生断裂或倾倒，相邻的水泥电杆由于受力平衡被打破，发生倾倒或断裂的可能性大大增加，因此，在沿海地区，往往会发生批量性的倒杆现象，给当地生产生活、甚至生命财产安全带来很大隐患。尽管 GB396-1994等国家标准对水泥杆的埋深等施工要求有明确的规定，但土质具有多样性，现有桩基施工程序和规范也不够清晰明确。更主要的是，不同水泥电杆结构尺寸、不同挂线情况、不同地域、不同施工条件等对水泥电杆基础的施工均有不同程度的影响，需要大量对水泥电杆在台风作用的基础数据，并对这些数据进行分析，才能基于此提出对水泥电杆基础施工的操作规范。台风来袭是短暂的，靠风洞实验耗资巨大，一般的风洞实验室也很难满足如此复杂多样的实验需要，为此，有必要设计发明一种能够模拟台风对水泥电杆作用效果的加载装置，通过该加载装置可以对各种工况条件的水泥电杆进行人为加载，获取加载载荷与水泥杆基础变化的相关数据。这既可以实现对水泥电杆抗风能力的检测和评估，也可以进一步凝练和改进基础施工规范。本发明的目的在于提供一种能够产生与水泥电杆风载荷等效的动态力加载算法和加载实验装置，该算法应用于所述加载实验装置，即可产生实际的动态加载力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水泥电杆等效风载荷加载装置及实验方法，该装置及方法既可以实现对水泥电杆抗风能力的检测和评估，也可以进一步凝练和改进基础施工规范。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种水泥电杆等效风载荷加载装置，包括埋入地面地基的水泥电杆、钢丝绳、导向滑轮和动力加载装置，所述的钢丝绳一端固定连接于所述水泥电杆顶端，所述钢丝绳另一端通过导向轮连接于动力加载装置，所述导向轮与水泥杆顶端在同一水平线上，以保证导向轮与水泥电杆顶端之间的钢丝绳平行于地面；所述动力加载装置包括机架、交流伺服电机、减速机和转盘，所述机架固定于地面，所述交流伺服电机与减速机相连，所述减速机固定于机架上，所述转盘中轴与减速机输出轴连接，所述钢丝绳固定并缠绕于转盘上，同时保证导向轮与转盘之间的钢丝绳垂直于地面。

本发明还提供了一种基于上述所述水泥电杆等效风载荷加载装置的水泥电杆等效风载荷实验方法，包括如下步骤，

S01：确定水泥电杆初始结构及安装条件，包括电杆的长度、稍径和根径，电杆顶端附件的数量和尺寸，电杆顶端导线的数量和线径，档距，电杆所处位置，设计风速；

S02：设水泥电杆在风载荷作用下所受弯矩幅值为M_w，水泥电杆顶端钢丝绳着力点到地面的动态加载力臂为L₀，则动力加载装置输出给钢丝绳的等效风载荷的加载力幅值为：

S03：采集实际台风风速，每秒采集至少10次，至少采集3600组数据，采用DFT算法对采集到时域数据进行频谱分析，获取风载荷频域谱，以频域谱中幅值较高的点所对应的频率作为等效风载荷的动态加载频率，记为f；

S04：动力加载装置输出给钢丝绳实时动态力为：F＝F_等sin2πfT；

S05：计算水泥电杆所受风载荷包括水泥杆顶端导线风载荷、水泥杆顶端附件风载荷、水泥杆杆身风载荷，具体如下，

S051：计算水泥电杆杆身所受风荷载：W_s＝k₁·A_s·W₀，其中，W_s表示水泥电杆自身所受的风力，k₁是由杆塔的风振系数、构件的体型系数以及风压的高度变化系数共同决定，A_s是风压的投影面积，W₀是杆塔风荷载标准值；

S052：计算水泥电杆顶端导线所受风荷载：W_X＝k₂·d·L_P·W₀，其中，W_X表示水泥电杆导线所受风力，k₂是由风速的风压不均匀系数和导线的体形系数共同决定，d是导线的外径，L_P为水平档距，W₀是杆塔风荷载标准值；