專利名稱：：用于支撐電力傳輸線的結構的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及垂直結構，如塔、天線桿(mast)、立柱(pole)等，具體地是用于支撐電力傳輸系統(tǒng)的傳輸線的垂直結構。
背景技術：
：塔、天線桿、立柱等(以下簡稱為"垂直結構，，)是現(xiàn)有4支術中公知的。由于其承受的負載的復雜性和其他因素，每個單獨結構通常是按照客戶(例如結構的所有人，如電力配送公司)的特定要求定制設計的。就用于支撐電力傳輸系統(tǒng)的傳輸線的結構來說，除了垂直結構自身以外，它們還包括架空導線連接到其上的支架(brace)、支臂(arm)或類似構件；以及適用于期望目的的其^f也附4牛壽口部4牛。例》口在COOMBS，R.D.戶斤著的Poleandtowerlinesforelectricpowertransmission,MerchantBooks,2006(第一版,1916)一書中可以發(fā)現(xiàn)關于相關4支術的才既述。例如在MAGEE,WilliamL.的Designofsteeltransmissionpolestructures,ASCE/SEI48-05，ASCE，2006中、在美國土木工程協(xié)會拉線傳輸結構分會的Designofguyedelectricaltransmissionstructures,ASCE,1997中、以及在全球范圍的其他標準中可以找到關于該主題的一般指南。GUNGER，Y.R.等人發(fā)表了文章Noveldesignoftransmissiontowelsfrombentmetallicsectionsofnon-traditionalshapes，PowerTechnologyandEngineering,2003年3月，第37巻第2期，第120-122頁，以及在咱LSI"研究制造協(xié)會的因特網(wǎng)站點www.elsi.ru上可4尋至'J的才示題為"Useofnewconstructionsofsupports[..,]，，(GUNGER,Y.R.和ZEVINA.A.)和標題為"Newconstructionsofsupportsfrom[...]220kV"(GUNGER,Y.R.)的文章。用于支4掌4專##線和/或其他負載的其他示例性實施例(在一些情況下，這些實施例不是為支撐特殊傳輸線設計的因而也不能用于支撐特殊傳輸線)還可以見于BRPI9606177;BRPI0501862;CH478322;DE2838239A1;DE3640479A1;FR592085;FR622027;FR648313;FR927829;FR1116601;FR1224955;FR1525288;GB668408;JP10-046872A2;JP09-317242A2;JP2001-355352A2;JP2003-027768A25JP2003-120072A2;JP2004-143920A2;JP2004-245042A25JP2006-219898A2;NL1017638C;RU2083785C1;RU2136830C1;RU2204671C2;RU2204672C2(WO03004802Al);RU2197587C1(WO03010402A1);RU2197586C1(WO03010403A1);RU2248434C1;RU2256785C;US466012;US1179533;US1034760;US1200453;US1616931;US2064121;US2116368;US2401799;US2410246;US3196990;US3343315;US3504464;US3571991;US3865498.,US3935689;US4314434;US531901;US5687537;US5880404，US6286281，US6343445;US6668498jUS20040211149A1;US7059095;US7098552.'W097/21258AUWO01/36766A1;WO01/83984A1;WO02/103139A1;WO2006/116863Al。通?？蛻粢玫矫總€垂直結構負載變化的"負載樹形圖"，或更常見地，要得到一組垂直結構負載變化的"負載樹形圖"。然而，由于大體形狀(例如單柱(monopole)、網(wǎng)格塔、三角塔等)類似而分成組的這些結構中存在不同類型或構造的結構。表述"單柱"，"立柱"，"天線桿，，或"單柱塔(singlecolumntower)，，可用作同義詞。在確定每種類型的垂直結構組的優(yōu)點和缺點時，要分析許多因素，諸如制造成本、負載、維護考慮、構建簡易性和構建要求的基礎設施、給定長度內結構的可允許的跨度和數(shù)量、導線下面的5面積；結構占地面積(footprint)和所需的地基、對7>共事業(yè)用；也(right-of-way)的影響、植被、環(huán)境的影響、無線干擾、可聽到的p朵聲、和電》茲場等。負載樹形圖通常使用正交坐標系統(tǒng)來指明負載，這些負載被分類為橫向負載、縱向負載或垂直負載。例如，就用于電力傳l命線的結構而言，其涉及的負載是(i)垂直負載，如導線重量、結構之間的高度差引起的下拉力(down-pull)和水負載；(ii)橫向負載，如風和源自線的偏離角(deviationangle)的水平拉力所引起的那些負載；(iii)皇從向負載，如導線^f又在一側上的預張力(pretension)所引起的以及如斷線情況下產生的異常負載所引起的那些負載。在設計結構時，也要考慮其他負載和影響，如扭轉剪切、與垂直結構重力相關的負載、風振動、應力等。在較低電壓(tension)的情況下，一般達到約64kV,通常使用混凝土、木材或鋼材單柱。對于較高的電壓，在19世紀50年代年到70年^其月間，4區(qū)干大體才#體形(trunk-pyramidalshape)6勺自支撐鋼材網(wǎng)格塔、H-框架形桿、三角塔等是大多數(shù)國家所建造的用于電力傳輸線的最常用的垂直結構，因為那時它們^^人為是相乂于堅固的、輕的、并無需重型"i殳備和主要進出道^各就可豎立。然而，詔:計和建造這類結構庫毛時太長；并且它們的底座地基(basefoundation)需要較大的占地面積?，F(xiàn)在，鋼材單柱被廣泛采用。這類單柱通常是連接到一起的中空多邊形管，并從其底部到頂部的大體為錐形形狀。這種單柱使用的增加是因為它們被認為在美學上更可接受，需要較小的占地面積，并因此對公共事業(yè)用地影響較小，且易于運輸和現(xiàn)場組裝。近期有人提出了有關這些結構的新設計。在前面提到的GUNGER的文章"Newconstructionsofsupportsfrom[...]220kV，，的圖1中示出了三種在使用的結構兩個同樣要求大底座的自支撐網(wǎng)格塔，和一個具有較小底座的拉線塔，其中拉線連接到支臂構4牛，并且在Jt荅中明顯位于靠近i荅頂部的;荅較大直徑的下面。GUNGER提出了具有窄小底座的不同形狀來作為這三種結構的替換方式。
發(fā)明內容技術問題雖然金屬單柱具有一些優(yōu)點，但是對于更廣泛地使用該類結構而言，仍存在相當大的限制。為了支撐由結構重量所導致的垂直負載和彎矩(假設在下部區(qū)段(section)中的彎矩比較上部區(qū)段中的彎矩大)，通常要求單柱底座區(qū)域中的區(qū)段更大和/或更堅固，因此要求較重和較深的地基。GUNGER在上面提到的文章中提出的那些替換結構不使用管子，因此通常具有抗扭強度低的缺點。而且，GUNGER在文章"Newconstructionsofsupportsfrom[...]220kV"中才是到的王見有4支術結才勾的圖1中示出拉線連接到垂直結構的最大直徑下面，因而也具有一些缺點，例如在纟喿作狀態(tài)下扭矩和彎矩增加，這是由于連接4立線的支臂較長所導致的；以及傳輸電線斷裂的問題，傳輸電線斷裂會使結構由于4丑矩和彎矩增加而產生倒塌的嚴重危險。才目反，F(xiàn)REYSSINET在專利FR927829的圖31中4是出的i殳i十^^立線連4妄到垂直結構的最大直徑區(qū)i或；然而，該垂直結構由力口固的預應力混凝土制成，與金屬結構相比，其會表現(xiàn)出不同的應力和應變特性。此外，4吏用混凝土具有"i午多的其他缺點。SAMYN在國際申請公開號No.WO01/83984A1中4是出的用于風力渦專侖才幾的支撐結構也建i義將4立線連接到垂直結構的最大直徑區(qū)域。然而，用于風力渦輪機的垂直結構的設計要依據(jù)一組不同的7控制負載(governingloads)進行，例如包括，塔的剛度和第一才莫式固有頻率。如BURTON等人在Windenergyhandbood(風能手冊)第374頁解釋的那樣，風力渦輪機設計中一個重點考慮因素是避免在轉動頻率或葉片通過頻率下、由轉子推力波動所激發(fā)的共振;荅振蕩(resonanttoweroscillation)。結構動力學考慮、因素可以顯著景》響結構的i殳計。如丹麥風力工業(yè)協(xié)會(DanishWindIndustryAssociation)的網(wǎng)站www.windpower.org中解釋的那才羊，相只于專交{氐的i荅的渦4侖才幾上的轉子葉片經(jīng)受明顯不同的風速，因此當轉子葉片處在其頂部和底部位置時會具有不同的彎曲度，這將增加疲勞負載。在丹麥風力工業(yè)協(xié)會給出的例子中，50米高的風力渦輪機i荅將有前后搖動的趨勢，比方說每3秒搖動一次。i荅前后搖動的頻率也就是所謂的塔本征頻率。本征頻率取決于塔的高度、塔的壁厚度、鋼材類型、以及發(fā)動機艙和轉子的重量。轉子葉片每次通過塔的風影(windshade)時，轉子將稍微地向塔推進。如果轉子以使得轉子葉片在每次通過塔時塔就處于它的其中一個極端位置中的轉動速度而旋轉，那么轉子葉片要么抑制要么放大(加強)塔的搖動。構的情況顯著不同。如COOMBS在Poleandtowerlines[…]第一頁中！是到的那才羊，確定能使經(jīng)濟上最佳且性能優(yōu)越的支撐結構的精確特征幾乎是不可能的。然而，仍然非常希望獲得能克服前述4支術困難的垂直結構，從而得到在重量、強度、價格、以及制造、運輸和安裝的簡易性等方面具有優(yōu)化的特征，并且具有良好美學外觀的垂直結構。技術方案為了解決相關技術問題和這里沒有提到的其他缺陷，本發(fā)明的某些實施例涉及用于支撐電力傳輸線的結構，其特征在于，包括(a)金屬垂直結構，其具有(i)具有較小端和較大端的下部管狀平截頭體，其中較小端在底部，而較大端在頂部；(ii)具有較小端和較大端的上部管狀平截頭體，其中專交小端在頂部，而4交大端在底^^;并且(iii)其中下部管狀平截頭體的較大端鄰4妄至上部平截頭體的較大端；(b)至少一個線支撐構件；(c)至少一個側支撐元件，(i)其中該側支撐元件連^妄在下部平截頭體和上部平截頭體的鄰^妄區(qū)中，并且(ii)所述側支撐元件在連接處(attachment)與錨定底座之間延伸；并且(d)其中鄰接區(qū)位于線支撐構件(一個或多個)下面。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，鄰接區(qū)是結構的彎矩最大的區(qū)域。在本發(fā)明的另一個實施例中，側支撐元件是拉線、牽線(wire，金屬線)、纜線、支柱(strut)、支撐架(supportbrace)或其組合。在本發(fā)明的又一個示例性實施例中，下部平截頭體包括至少一個管狀平截頭體區(qū)段；而上部平截頭體包括至少一個管狀平截頭體區(qū)段。在本發(fā)明的又一個示例性實施例中，區(qū)段之間的連接由螺栓連接法蘭(boltedflange)、滑配接頭、螺栓連接滑配接頭、焊接或其組合提供。在又一個實施例中，這些管狀區(qū)^殳具有基本圓形的橫截面。在另一實施方式中，這些管狀區(qū)段具有基本橢圓或長方形(oblong)橫截面，其中優(yōu)選地橢圓形或長方形橫截面的半長軸基本垂直于傳輸線的方向。可替換地，在這樣的實施例中，金屬垂直結構朝向第二金屬垂直結構傾斜，所述這些垂直結構組合形成了三角形結構的構造。有益效果本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有幾個優(yōu)點。使用具有大體相對的平截頭體和在線支撐構件下面的側支撐元件的金屬垂直結構，允許獲得更好的應力和應變特性。由于與側支撐元件配合操作的相對平截頭體的較大端之間的連接的機械強度增加，從而獲得了更好的特性，以便抵抗由于傳輸線橫向負載導致的縱向彎曲(buckling)。因此，能夠以更低的成本獲得較輕的結構，且該結構更容易安裝和運輸。此外，4吏用4安照本發(fā)明的金屬殼體允許采用約為平均破壞應力1.44咅的最大彎曲應力，如DONNEL,L.H.在Anewtheoryforthebucklingofthincylinderunderaxialcompressionandbending,Trans.Amer.Soc.Mech.Engr.56，R795-806,1934中所述的那樣。圖1是本發(fā)明一個實施例的正一見圖。圖2是本發(fā)明另一個實施例的正^L圖。具體實施例方式本發(fā)明的應用不限于在下面"i兌明書中描述的或在附圖中示出的結構細節(jié)和部件的布置方式。本發(fā)明能夠采用其他實施例并以各種不同方式寺丸行或實施。而且，這里使用的措辭和術語是為了描述的目的而不應認為是用于限制。這里使用"包含"、"包括"、或"具有"、"含有"、"涉及，，及其變體是旨在包括其后列出的項目及其等同物，以及增列項目。圖1示出本發(fā)明一個示例性實施例，更具體地，示出了一個用于支撐電力傳輸線的結構101,其特征在于包括金屬垂直結構102，10該金屬垂直結構具有具有較小端104和較大端105的下部管狀平截頭體103,其中較小端104在底部，而較大端105在頂部；具有較小端107和較大端108的上部管狀平截頭體106,其中較小端107在頂部，而4交大端108在底部；并且其中，下部管狀平截頭體103的較大端105鄰接至上部平截頭體106的較大端108;以及線支撐構件109;側支撐元件110，其中該側支撐元件110連4妄于下部平截頭體103和上部平截頭體106的鄰接區(qū)111，并在連接處112與錨定底座113之間延伸；并且其中，鄰接區(qū)111位于線支撐構件109下面。根據(jù)特定的負載樹形圖和所需的負載支撐能力，金屬垂直結構102可由任何合適的固體金屬材料制成，如鋼、鋁等。如本說明書中將進一步解釋的那樣，利用高強度低合金結構鋼來獲得常規(guī)負載和在此所述的各種i殳計的最佳結果。金屬垂直結構102自身的大體形狀是兩個基本垂直相對的管狀平截頭體，下部103和上部106。表述"管狀平截頭體"概括地表示中空物體，其具有不變和可變的厚度，是/人截頭圓錐體或棱一食體獲得的，其中切除頂端的平面與底座平行。盡管對于平截頭體的傳統(tǒng)定義而言以及盡管由于制造的原因，通常更容易制造具有平4亍端部的管狀管子，但對于本發(fā)明的目的而言，平截頭體的端部(即底座和一黃斷平面)也可以不是基本平4于的。這些管可由巻繞或折疊金屬板來獲得，乂人而形成圓形或多邊形的橫截面。通常更容易制造頭見則多邊形4黃截面。下部管狀平截頭體103通常從在其頂部的較大端105沿朝向i也面的方向向下逐漸變細，直至到達在;也面中或靠近;也面的4交小端104。4交大端105是傳統(tǒng)平截頭體的底座，即，具有專交大直4圣的平面，但J于于下部平截頭體103而言，該4交大端在頂部。下部平截頭體103的4交小端104與i也面或i也基間的連4妾可以由^f壬^f可合適的方式實現(xiàn)，如直接嵌埋、錨定螺栓、嵌埋外殼、樞軸連接等。重點指出的是，在某些情況下，較理想地可以在地面或地基附近為垂直結構提供加固裝置，例如使用法蘭、套環(huán)(collarring)、鋼沉箱或類似構件，這會導致在靠近地面處并非精確的平截頭體形狀。這些微小的變化旨在包括于本發(fā)明實施例內。上部管狀平截頭體106通常/人在其底部的4交大端108沿向著頂部的方向向上逐漸變細，直到較小端107。上部管狀平截頭體106的4交大端108鄰4妄至下部管狀平截頭體103的4交大端105。本"i兌明書中^f吏用的詞"鄰4妄(adjoined)"表示軛合(conjugate)、連接、附4妄、合并、結合、4妄合、聯(lián)接、聯(lián)合、焊接、模制、折疊等。以該方式，下部形狀103和上部形狀106可通過這樣的區(qū)革殳獲得，該區(qū)^殳是乂人其長度上一個點一直折疊到其端部而獲得的；或可替換地，通過下部平截頭體103中的至少一個管狀平截頭體區(qū)^殳和上部平截頭體106中的至少一個管狀平截頭體區(qū)段而獲得。在多數(shù)情況下，由于這類應用中使用的連接件(如法蘭)連接到一起，能更容易獲得相對的平截頭體，由此形成了鄰4妻區(qū)111。在圖l所示的實施例中，上部平截頭體106具有一個線支撐構件109，更具體地，即一個支臂。這樣的線支撐構件109可以是適于預期目的的任何類型和數(shù)量的構件，如吊臂(davitarm)、橫臂、支架等。線支撐構件109(—個或多個)從上部平截頭體106向外伸出，且導線(未示出)通過絕緣體(未示出)懸掛在線支撐構件109(—個或多個)的外端。由于下部平截頭體103的較大端105與上部平截頭體106的較大端108之間的鄰4姿區(qū)111具有舉交大直徑，因此該區(qū)具有增加的枳^械強度。由于在大多情況下，用于傳輸線的結構101的彎矩在線支撐構件109下方專交大，這樣的鄰接區(qū)111就位于線支撐構件109下方并通過側支撐元件110支撐，更具體地是通過如圖1所示的4立線支撐，該4i線連4妄在4M妄區(qū)111中并在連4妄處112與4苗定底座113之間延伸。可替換地，側支撐元件IIO可以是牽線、纜線、支柱、支撐架或其組合。雖然在圖1中僅示出一個側支撐元件110,但側支撐元件110的數(shù)量、方向和高度可根據(jù)特定負載考慮因素而變化。側支撐元件110與錨定底座113之間的連接可以為任何適當類型。水泥樁錨定件(Deadmenanchor)、螺4丁錨定件、蝠鲼放射錨定件(manta-rayanchor)和S主，泉4苗定^f牛(groutedanchor)是目前常用的典型類型的^立線4苗定〗牛(guyanchor)。也可以^吏用^立線附件和4立緊裝置。針對每種情況選擇適當?shù)臉嬙煸诒绢I域技術人員的知識范圍內。在大多情況下，鄰接區(qū)111的具體位置在線支撐構件109下面并與之非常接近。鄰接區(qū)ill的最佳位置是結構101的彎矩最高的區(qū)域；然而，由于計算每一個結構的精確位置是不實際的，因而在大多數(shù)情況下，鄰接區(qū)111將位于結構的彎矩基本上較高的區(qū)域中，即在線支撐構件109的下面，且通常在下部平截頭體103的中點之上。如本說明書中提到的，下部平截頭體103包括至少一個管狀平截頭體區(qū)段，而上部平截頭體106包括至少一個管狀平截頭體區(qū),殳。這兩個區(qū)段間的連接可由螺栓連接法蘭、滑配接頭、螺栓連接滑配接頭、焊接或其組合提供。管狀區(qū)段可具有基本圓形的橫截面、或基本橢圓形或長方形的4黃截面。在為橢圓形或長方形4黃截面的情況下，當半長軸基本垂直于傳輸線的方向時，可得到最佳結果。在這樣的情況下，金屬垂直結構可向第二金屬垂直結構傾殺+,所述的這些垂直結構組合形成了三角形結構的構造。圖2示出本發(fā)明另一個示例性實施例的正視圖。作為例子，這個實施例采用"i兌明'l"生f青況的緊急十灰復系統(tǒng)(emergencyrestorationsystem),才艮據(jù)表I所示，該系統(tǒng)對于三個支架209中每個支架均具有一個負載樹。圖3示出這個實施例的俯視圖。表I最大4黃向負載(N)最大垂直負載(N)最大縱向負載(N)橫向負載1720036003600舌從向負載--3950垂直負載128001860012800預計的負載是兩個GrosbeakCAA636牽線，重量徑間450m，系數(shù)1.5;風壓徑間450m，并且最大風速為31.94m/s。這些支臂約為29m和35m,且總高約為37m。金屬垂直結構102由高強度低合金結構鋼制成，屈服強度高過370MPa,諸如COS-AR-COR500(Cosipa)，其等效于ASTM-A588鋼，并且厚度為0.00265m。在圖2的示例性實施例中，下部平截頭體203包括6個通過滑配接頭依次連接到一起的管狀平截頭體區(qū)段231、232、233、234、235、236;上部平截頭體206包括3個通過滑配接頭依次連接到一起的管狀平截頭體區(qū)段237、238、239。相鄰的下部平截頭體203與上部平截頭體206之間的連4妄由法蘭實現(xiàn)。表II和表III示出參照表I的負載樹的示例性設計尺寸。表n區(qū)段頂部直徑(m)底座直徑(m)區(qū)段長度(m)區(qū)段重量(kg)2310.3500.4456164.122320.4300.5256197.3714<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表III區(qū)段滑配接頭裝置長度(m)<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>如前面解釋的，側支撐元件的數(shù)量可根據(jù)具體的負載考慮因素改變。在圖2所示的實施例中，第二拉線215連接至鄰接區(qū)211與下部平截頭體203的4交小端204之間的金屬垂直結構202。在該實施例中，每個高度的側支撐元件均具有4個拉線。權利要求1.一種用于支撐電力傳輸線的結構，其特征在于，包括(a)金屬垂直結構，具有(i)具有較小端和較大端的下部管狀平截頭體，其較小端在底部，而較大端在頂部；(ii)具有較小端和較大端上部管狀平截頭體，其較小端在頂部，而較大端在底部；并且(iii)其中，所述下部管狀平截頭體的較大端鄰接于所述上部平截頭體的較大端；(b)至少一個線支撐構件；(c)至少一個側支撐元件，(i)其中，所述側支撐元件連接于所述下部平截頭體和所述上部平截頭體的鄰接區(qū)；并且(ii)所述側支撐元件在所述連接處與錨定底座之間延伸；并且(d)其中，所述鄰接區(qū)位于一個或多個所述線支撐構件下面。2.根據(jù)權利要求1所述的結構，其特征在于，所述鄰接區(qū)是所述結構的彎矩最大的區(qū)^t3.根據(jù)權利要求1所述的結構，其特征在于，所述側支撐元件是拉線、牽線、纜線、支柱、支撐架或其組合。4.根據(jù)權利要求1所述的結構，其特征在于，所述下部平截頭體包括至少一個管狀平截頭體區(qū),殳；且所述上部平截頭體包4舌至少一個管狀平截頭體區(qū)段。5.根據(jù)權利要求4所述的結構，其特征在于，所述區(qū)段之間的連接是由螺栓連接法蘭、滑配接頭、螺栓連接滑配接頭、焊接或其組合提供。6.根據(jù)權利要求5所述的結構，其特征在于，所述管狀區(qū)段具有基本圓形的橫截面。7.根據(jù)權利要求5所述的結構，其特征在于，所述管狀區(qū)段具有基本橢圓形或長方形的沖黃截面。8.根據(jù)權利要求7所述的結構，其特征在于，所述橢圓形或長方形的橫截面的半長軸基本垂直于傳輸線的方向。9.根據(jù)權利要求8所述的結構，其特征在于，所述金屬垂直結構朝向第二金屬垂直結構傾斜，所述垂直結構的組合形成三角形結構的構造。全文摘要本發(fā)明提供了一種用于支撐電力傳輸線的結構，其旨在獲得更好的應力和應變特性并提供更優(yōu)的經(jīng)濟效果。優(yōu)選實施例涉及一種包括金屬垂直結構(101)的結構，金屬垂直結構具有具有較小端(104)和較大端(105)的下部管狀平截頭(103)，其較小端在底部，而較大端在頂部；以及具有較小端(107)和較大端(108)的上部管狀平截頭體(106)，其較小端在頂部，而較大端在底部；并且其中下部平截頭體的較大端鄰接于上部平截頭體的較大端；以及線支撐構件(109)；側支撐元件(110)，其連接于下部平截頭體與上部平截頭體的鄰接區(qū)(111)，并在連接處與錨定底座(113)之間延伸；并且其中鄰接區(qū)(111)位于線支撐構件下面。文檔編號E04H12/00GK101631922SQ200780051756公開日2010年1月20日申請日期2007年2月28日優(yōu)先權日2007年2月28日發(fā)明者波羅·埃曼努埃爾·小德阿布魯,波羅·埃曼努埃爾·德阿布魯申請人:波羅·埃曼努埃爾·德阿布魯;波羅·埃曼努埃爾·小德阿布魯