大型跨江输电铁塔抱杆设备应力测试

在建造大型跨江输电铁塔时，需要使用专用的大型输电铁塔抱杆进行施工和吊装。这类结构的设计和建造要求具有很高的安全性能。为了解抱杆在各种工况下的力学性能，确保抱杆在施工过程中的安全可靠，在抱杆工作前，需要对其进行应力测试。

抱杆结构

抱杆结构由杆身、桅杆和摇臂三大部分组成，另外还有调幅绳、腰箍拉线、抱杆内拉线、抱杆提升绳等柔性结构以及回转体、转向架、井筒支架等附属结构。抱杆全高65.326m，回转支承以上部分高23.5m，臂长23.3m，臂铰接点至抱杆中心距离1.3m，最大平衡力矩1500KN•M。总重27.257t，抱杆最大水平工作幅度为24.23m，有效起重量为15t。主体结构为法兰连接钢管桁架结构，通过三层钢丝腰箍拉线固定在输电铁塔上。

试验工况要求

抱杆设计将最不利荷载组合作为设计工况，对构件进行强度校核，确保安全。本文采用电测法对吊装抱杆在5种试验工况进行应力测试，各工况具体情况如下（0°方向为垂直摇臂方向）：

正常吊装工况1：风向0°，风速10m/s，左右摇臂平衡起吊最大质量180KN。

正常吊装工况2：风向0°，风速10m/s,左右摇臂不平衡起吊质量分别为126KN和180KN。

正常吊装工况3：风向90°，风速10m/s，左右摇臂不平衡起吊质量分别为126KN和180KN。

大风工况：风向0°，风速30m/s，左右摇臂不起吊重物，吊索下垂10m，吊钩用单根Φ13mm钢丝绳锚于地面。

静载荷试验：无风，场地实际风速不超过8.3m/s，左右摇臂平衡起吊125%最大质量，即225KN，提升至离地300-500mm位置，保持静止15min。

电阻应变片布片方案

整个抱杆共有90个测点，17个被测截面，每个被测截面均在四周主材上分别取一个测点，在抱杆的同一截面处，相对的4个主材内侧面各贴一个电阻应变片，贴片方向沿着主材的主轴方向，贴片处距离横材与主材的焊接节点260mm，从而消除焊接残余应力对测试的影响。回转体耳朵部分分别采用45°的应变花测量。

试验结果分析

结构使用的材料为：主材部分、回转体以及钢丝绳转向架部分的钢材型号为Q345，横材及斜材部分的钢材型号为Q235。由于测试点较多，本文仅给出关键部位的应力测试值。抱杆桅杆部分（测点77-80）、摇臂部分（测点20-23）以及下立柱部分（测点87-90）各取一个截面，以及应力较大的钢丝绳转向架部分（测点85、86）在5个工况下的试验测试数据见表1.

由测试数据可发现大部分测点的应力值均小于抱杆结构设计的允许应力。应力测试结果表明，抱杆本身的刚度、强度基本满足施工要求。但桅杆底部截面、下立柱底部截面、摇臂与回转体连接处以及钢丝绳转向架等处的应力较大，其中工况2下桅杆底部截面，测点77应力值达到243.81MPa已经超过设计允许应力f=215MPa，而工况5下钢丝绳转向架部分，测点85测试应力值达到249.27MPa，测点86测试应力值达到263.76MPa，与设计强度f=315MPa较接近。考虑到该抱杆系统在具体工程中安全性能要求较高，技术性要求较强，根据应力测试结果，建议该输电线铁塔的结构设计和制造应注意以下问题：

1. 建议在应力较大的桅杆底部、钢丝绳转向架等处，沿主材和转向架轴向外侧加焊两块筋板，从而提高截面的抗弯刚度。此外，在施工过程中应适当调整各索力的大小，减小转向架处所受的弯矩。

2. 注意到回转体、摇臂端部等处的变形量，过大的变形会影响回转体齿轮的啮合，影响摇臂的转动。还会加大缆绳和滑轮组之间的摩擦，增加卷扬机的负荷，并影响吊钩起吊。

3. 抱杆系统中有控制吊钩缆绳升降和摇臂变幅的卷扬机系统。在提升重物的过程中，应避免卷扬机转速过大，避免冲击荷载。

4. 在施工中应加强对起重钢丝绳、卷扬机及相关连接件，调幅绳、卷扬机的受力监控与检修，防止个别构件或连接点失效影响整个系统的安全。

结论

本文采用电测法对双摇臂旋转抱杆进行了应力测试，并考虑了最不利的5种工况。通过对测试数据分析，反映了5个不同工况下抱杆中应力较大的危险构件，并提出对该抱杆结构改进的建议。

研究表明，大型吊装设备抱杆在制造完工及使用前，进行应力测试是非常必要的，可避免发生重大事故，电测法在大型抱杆结构的应力测试中是有效、实用的方法。