高压输电线路杆塔结构的抗震性能与加固技术

摘要：高压输电线路是电力输送的重要载体，其杆塔结构的抗震性能关乎电力系统安全，地震频发对杆塔造成诸如倾斜、倒塌等损害，严重影响供电。为解决此问题，通过对杆塔结构特点、受力特性研究，分析材料特性、设计参数和外部环境等影响因素，并制定相应抗震加固技术方案，不同因素影响各异，合理加固可有效提升抗震性能，为杆塔抗震设计提供依据，对保障电力供应稳定性意义重大。

关键词：高压输电线路；杆塔结构；抗震性能；地震模拟振动台试验；易损性分析

引言：

在当今社会，电力供应对经济发展和社会稳定至关重要。高压输电线路作为电力传输的“大动脉”，其安全性不容小觑。频繁发生的地震灾害给高压输电线路杆塔带来了严峻考验，杆塔倾斜、倒塌等震害不仅造成巨大经济损失，还严重影响电力供应的稳定性，深入研究高压输电线路杆塔结构抗震性能意义重大。对杆塔结构特点、抗震现状及影响因素的探究，能挖掘问题根源；创新抗震加固技术方案，可有效提升杆塔抗震能力。

一、高压输电线路杆塔结构抗震性能问题分析

（一）杆塔结构特点与抗震现状

铁塔一般由角钢等构件组成空间桁架结构，具有强度高、承载能力大的特点，其交叉的杆件体系使其能有效承受各种荷载。混凝土杆则多为预制构件现场组装，以混凝土为主要材料，有较好的耐久性。在受力方面，铁塔主要靠各杆件的轴向力来承受荷载，混凝土杆在受弯、受压时展现出自身特性。在实际地震中，杆塔损坏形式多样，如倾斜、倒塌、构件断裂等。在多次地震中，像1995年日本阪神地震、2008年汶川地震等，都有大量杆塔出现此类损坏，导致电力供应中断，造成巨大经济损失。这凸显出提升高压输电线路杆塔抗震性能的紧迫性，关乎电力系统的稳定运行和社会经济的正常发展。

（二）影响杆塔结构抗震性能的因素

材料特性方面，钢材的强度与延性以及混凝土的抗压和抗裂性能影响显著。高强度且延性好的钢材可通过变形耗能降低结构破坏风险；混凝土抗压强度高利于承受压力，良好抗裂性能避免地震时因裂缝导致性能劣化。杆塔高度增加会使重心升高，加大地震时的水平位移和内力；不同基础形式，像刚性和柔性基础，对地震力的传递和抵抗能力不同；结构刚度分布不合理会引发应力集中，削弱抗震性能【1】。地震烈度直接决定地震作用强弱，烈度越高，杆塔所受地震力越大。场地土条件方面，软土地基易使杆塔产生较大沉降和位移，坚硬场地土对地震波的放大或衰减作用不同，这些都会影响杆塔的地震响应。

二、高压输电线路杆塔结构抗震加固技术方案

（一）加固技术原理与方法选择

增加杆塔构件的截面尺寸，可提高其承载能力和刚度，原理是通过加大材料用量，增强杆件抵抗外力的能力，如加粗铁塔的角钢杆件，能有效提升其抗压、抗弯性能，但这种方法可能会增加杆塔自重，对基础产生更大压力。改变结构连接方式增强节点刚度，是通过优化节点构造，使节点在地震作用下能更好地传递内力，如将焊接节点改为螺栓连接并增加螺栓数量或采用高强度螺栓，可提高节点的可靠性，但可能会改变结构原有的受力特性，需要进行详细的力学分析【2】。采用耗能装置吸收地震能量，如在杆塔关键部位设置粘滞阻尼器、金属阻尼器等，当地震发生时，这些装置能将地震能量转化为其他形式的能量消耗掉，从而减轻杆塔主体结构的损伤，不过，这类装置成本较高，且需要定期维护检查。对于钢结构铁塔，若部分构件出现轻微变形但整体结构完好，可优先考虑采用增加构件截面尺寸的方法，以增强薄弱部位的强度；若节点处出现松动或损伤，则改变连接方式增强节点刚度更为合适。对于混凝土杆，若混凝土出现裂缝或破损，除了修复混凝土外，可考虑在关键部位增设耗能装置。当杆塔位于地震活动频繁、场地土较软的区域时，耗能装置能更好地发挥作用；而对于结构形式复杂、损坏程度严重的杆塔，可能需要多种加固方法结合使用，依据“安全可靠、经济合理、技术可行”的原则，通过详细的结构分析和经济评估，确定最适宜的加固方案。

（二）加固技术实施流程与要点

施工前，材料采购要严格按照设计要求进行，确保材料的质量和规格符合标准，例如采购的钢材需具备相应的强度等级和良好的延性，螺栓要满足连接强度要求。现场勘查需对杆塔的现状进行全面细致的检查，包括结构损伤情况、基础状况、周边环境等，为制定施工方案提供准确依据。施工方案制定则要综合考虑加固技术的特点、现场条件和施工安全等因素，明确施工顺序和技术要求。加固施工过程中，构件加固的施工工艺至关重要。如采用增大截面法加固时，需对原构件表面进行处理，保证新旧材料的良好粘结，通常会进行凿毛、清洗等操作，然后按照设计要求支模、浇筑混凝土或焊接新的钢材【3】。连接部位处理时，若改变连接方式，要精确控制螺栓的拧紧力矩，保证节点连接的可靠性；对于焊接连接，要确保焊接质量，进行无损检测，避免出现虚焊、漏焊等缺陷。安装耗能装置时，需严格按照产品说明书进行，保证其安装位置准确，与结构连接牢固，使其能在地震时正常发挥耗能作用。质量控制贯穿整个施工过程，要对每一道工序进行检查验收，对关键部位和隐蔽工程进行重点监控，如对加固后的构件进行强度和变形检测。安全保障措施同样不容忽视，施工人员需佩戴安全帽、安全带等防护装备，在高处作业时设置可靠的防护设施，对施工设备进行定期检查和维护，确保设备安全运行，避免在施工过程中发生安全事故，保障施工人员的生命安全和加固工程的顺利进行。

结语

高压输电线路杆塔结构的抗震性能研究至关重要。通过试验与仿真，明确了塔线耦合、双向地震动等多种效应影响规律，开发了相关仿真软件并验证其有效性，提出了合理的抗震设防分类方法，划分了损伤等级并完成易损性分析。这些成果为杆塔抗震设计提供了关键依据。但目前仍存在一些待研究问题，如新型杆塔结构性能、倒塌仿真、竖向地震影响等。后续应围绕这些方向深入探索，进一步提升高压输电线路杆塔结构的抗震能力，保障电力系统在地震中的安全稳定运行。

参考文献

[1]杨森林，马雄，康羽鹤，等.高压输电线路杆塔根键基础承载特性研究[J].电力勘测设计，2024，（12）：50-55.

[2]吕阳，彭权鑫，曽圆圆，等.特高压输电线路杆塔灌注桩接地散流结构仿真计算研究[J].中国新技术新产品，2024，（24）：143-145.

[3]王飞.特高压输电线路杆塔结构抗震性能研究[D].中国地震局工程力学研究所，2020.