【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及输电杆塔基础，尤其涉及一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验装置及方法。
技术介绍
1、随着工业化和城市化的快速发展，电力需求不断增加。有些地区的电力系统容量已经无法满足当地的需求，而跨江输电工程可以提供一种有效的方式来输送更多的电力。电网输电线路跨越江河水域中输电杆塔基础将不可避免地架设于临江区域，而架设在临江区域的输电杆塔基础的稳定性往往受到水文因素的影响，其中波浪荷载是临江区域输电杆塔基础稳定性的重要危害因素之一。波浪的冲击力和涌浪引起的水流动力会对输电杆塔基础周围的地基土壤产生冲刷和侵蚀作用，长期的冲刷和侵蚀会导致土壤的松动和溶解，造成管涌现象，降低基础的承载能力，增加基础失稳的风险。另一方面，波浪的作用会给输电杆塔基础施加动力荷载，动力荷载会使得输电杆塔基础产生振动和应力集中，严重情况下输电杆塔基础可能会发生倾斜或倒塌现象。
2、此外，输电杆塔还往往遭受自然环境中包括风荷载、降雨荷载以及覆冰荷载等极端荷载作用，极端荷载作用下会使输电杆塔承受更多的水平向和竖向荷载，会进一步降低输电杆塔基础的稳定性。
3、由于传统的输电杆塔基础设计方法未考虑波浪荷载和极端荷载对基础稳定性的影响，仅仅依赖经验公式和静力分析方法，因此往往无法准确预测临江区域输电杆塔基础的失稳行为，并且目前尚未有直观呈现波浪荷载和极端荷载作用下输电杆塔基础失稳破坏的试验装置，从而无法模拟临江区域的实际情况。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术中存在的无法准确
2、为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验装置，包括模型箱、输电杆塔、输电杆塔基础、输电线路以及控制监测系统，所述模型箱内部空心，所述模型箱的内底壁设置有土体和水体，所述水体设置在所述土体的一侧，所述输电杆塔基础安装在所述土体中，所述输电杆塔连接于所述输电杆塔基础的上侧，所述输电线路铰接于所述输电杆塔的上侧，所述输电线路的两端连接于所述模型箱的内侧壁，所述模型箱的内顶壁安装有水喷头，所述模型箱的侧壁安装有冷冻设备、风力设备，所述冷冻设备通过铜导线与所述输电线路相连接，所述土体内设置有管涌潜在发育带，所述管涌潜在发育带的一侧与所述水体连通，所述水体内设置有波浪生成系统，所述波浪生成系统相对于所述管涌潜在发育带布置，所述水喷头、冷冻设备、输电杆塔基础、风力设备、管涌潜在发育带与所述控制监测系统相连接；
3、所述水喷头，用于进行降雨并生成降雨荷载；
4、所述冷冻设备，用于将输电线路表面的水凝结成冰并生成覆冰荷载；
5、所述风力设备，用于在输电杆塔附近产生风并生成风荷载；
6、所述波浪生成系统，用于推动水体产生波浪荷载；
7、所述控制监测系统，用于调节水喷头的流量、调节风力设备中风力的强度、调节冷冻设备的冷冻强度、调节波浪生成系统生成的波浪大小，监测管涌潜在发育带在波浪荷载作用下的出砂量、监测并记录输电杆塔基础的失稳状态。
8、所述控制监测系统包括计算机、控制单元、图像采集装置、应力传感器、位移传感器、振动传感器、倾角传感器，所述控制单元分别与水喷头、风力设备、冷冻设备、波浪生成系统相连接，所述计算机分别与控制单元、图像采集装置、应力传感器、位移传感器、振动传感器、倾角传感器相连接，所述图像采集装置布置在所述水体内且相对于所述管涌潜在发育带布置，所述应力传感器安装于所述输电杆塔的底部，所述位移传感器安装于所述输电杆塔基础的上表面，所述振动传感器安装于所述输电杆塔基础的侧表面，所述倾角传感器安装于所述输电杆塔基础的角部；
9、所述图像采集装置，用于观察并获取波浪荷载作用下管涌潜在发育带的出砂量，并将出砂量发送给计算机；
10、所述位移传感器，用于获取输电杆塔基础的沉降值，并将沉降值发送给计算机；
11、所述振动传感器，用于获取输电杆塔基础的振动频率和振动幅值，并将振动频率和振动幅值发送给计算机；
12、所述倾角传感器，用于获取输电杆塔基础的倾斜度，并将倾斜度发送给计算机；
13、所述应力传感器，用于获取输电杆塔的应力，并将应力发送给计算机；
14、所述控制单元，用于根据计算机发送的信号调节水喷头的流量、调节风力设备中风力的强度、调节冷冻设备的冷冻强度、调节波浪生成系统的波浪大小；
15、所述计算机，用于根据出砂量分析得出波浪荷载作用对管涌潜在发育带发育速度的影响；分析管涌潜在发育带的发育情况对输电杆塔基础沉降值和倾斜度的影响程度；分析降雨荷载、风荷载、覆冰荷载对输电杆塔应力以及输电杆塔基础沉降值、振动频率、振动幅值和倾斜度的影响程度。
16、所述风力设备包括风机、风罩、风袋，所述模型箱的侧壁沿竖直方向间隔开设有多个风口，多个所述风口水平布置，所述风机位于所述模型箱的外侧且与所述控制监测系统相连接，所述风袋的一端与所述风机的输出端相连通，另一端连接于所述模型箱的外侧壁且与多个所述风口相连通，所述风罩的进风端连接于所述模型箱的内侧壁且与多个所述风口相连通，所述风罩的出风端相对于所述输电杆塔布置。
17、所述风罩与所述模型箱的内侧壁之间设置有两个伸缩杆，两个所述伸缩杆分别与所述控制监测系统相连接，两个所述伸缩杆的一端分别铰接于所述模型箱的内侧壁，其中一个所述伸缩杆的另一端连接于所述风罩靠近上侧的进风端，另一个所述伸缩杆的另一端连接于所述风罩靠近下侧的进风端。
18、所述风力设备设置有两个，所述模型箱的左右侧壁沿竖直方向间隔均开设有多个风口，两个所述风力设备对称布置在所述模型箱的左右两侧壁。
19、所述波浪生成系统包括转轴、驱动机构以及多个推板，所述转轴水平布置于所述水体内，所述转轴的一端穿过所述模型箱的侧壁后连接于所述驱动机构，多个所述推板圆周分布于所述转轴的外周面且均位于所述水体内，所述驱动机构与所述控制监测系统相连接。
20、一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验方法，所述试验方法应用于一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验装置，所述试验方法包括以下步骤：
21、步骤一、设置三个模型箱，依据临江区域的水文及地质勘查资料获取地表高程、土质物理参数、江水面与地表面的相对高度数据，再根据相似原理和相似比在每个模型箱内填筑土体和注水；依据临江区域的地理位置、气候条件、冰厚度观测资料、测浪浮标观测数据获取风荷载、降雨荷载、覆冰荷载及波浪荷载的范围值，再根据相似原理和相似比确定每个模型箱试验中所需施加的各类荷载值范围；
22、步骤二、将输电杆塔基础安装于土体中，输电杆塔与输电杆塔基础固定连接，输电线路与输电杆塔铰接，在模型箱正上方安装水喷头，在模型箱的侧壁安装风力设备和冷冻设备，在模型箱中水体底部安装波浪生成系统，在土体内设置管涌潜在发育带；...
【技术保护点】
1.一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验装置，其特征在于：包括模型箱(1)、输电杆塔(5)、输电杆塔基础(6)、输电线路(7)以及控制监测系统(2)，所述模型箱(1)内部空心，所述模型箱(1)的内底壁设置有土体(8)和水体(9)，所述水体(9)设置在所述土体(8)的一侧，所述输电杆塔基础(6)安装在所述土体(8)中，所述输电杆塔(5)连接于所述输电杆塔基础(6)的上侧，所述输电线路(7)铰接于所述输电杆塔(5)的上侧，所述输电线路(7)的两端连接于所述模型箱(1)的内侧壁，所述模型箱(1)的内顶壁安装有水喷头(10)，所述模型箱(1)的侧壁安装有冷冻设备(11)、风力设备(3)，所述冷冻设备(11)通过铜导线(12)与所述输电线路(7)相连接，所述土体(8)内设置有管涌潜在发育带(81)，所述管涌潜在发育带(81)的一侧与所述水体(9)连通，所述水体(9)内设置有波浪生成系统(4)，所述波浪生成系统(4)相对于所述管涌潜在发育带(81)布置，所述水喷头(10)、冷冻设备(11)、输电杆塔基础(6)、风力设备(3)、管涌潜在发育带(81)与所述控制监测系统(2)相连接；>
2.根据权利要求1所述的一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验装置，其特征在于：所述控制监测系统(2)包括计算机(21)、控制单元(22)、图像采集装置(23)、应力传感器(24)、位移传感器(25)、振动传感器(26)、倾角传感器(27)，所述控制单元(22)分别与水喷头(10)、风力设备(3)、冷冻设备(11)、波浪生成系统(4)相连接，所述计算机(21)分别与控制单元(22)、图像采集装置(23)、应力传感器(24)、位移传感器(25)、振动传感器(26)、倾角传感器(27)相连接，所述图像采集装置(23)布置在所述水体(9)内且相对于所述管涌潜在发育带(81)布置，所述应力传感器(24)安装于所述输电杆塔(5)的底部，所述位移传感器(25)安装于所述输电杆塔基础(6)的上表面，所述振动传感器(26)安装于所述输电杆塔基础(6)的侧表面，所述倾角传感器(27)安装于所述输电杆塔基础(6)的角部；
3.根据权利要求1所述的一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验装置，其特征在于：所述风力设备(3)包括风机(31)、风罩(33)、风袋(32)，所述模型箱(1)的侧壁沿竖直方向间隔开设有多个风口(13)，多个所述风口(13)水平布置，所述风机(31)位于所述模型箱(1)的外侧且与所述控制监测系统(2)相连接，所述风袋(32)的一端与所述风机(31)的输出端相连通，另一端连接于所述模型箱(1)的外侧壁且与多个所述风口(13)相连通，所述风罩(33)的进风端连接于所述模型箱(1)的内侧壁且与多个所述风口(13)相连通，所述风罩(33)的出风端相对于所述输电杆塔(5)布置。
4.根据权利要求3所述的一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验装置，其特征在于：所述风罩(33)与所述模型箱(1)的内侧壁之间设置有两个伸缩杆(34)，两个所述伸缩杆(34)分别与所述控制监测系统(2)相连接，两个所述伸缩杆(34)的一端分别铰接于所述模型箱(1)的内侧壁，其中一个所述伸缩杆(34)的另一端连接于所述风罩(33)靠近上侧的进风端，另一个所述伸缩杆(34)的另一端连接于所述风罩(33)靠近下侧的进风端。
5.根据权利要求3所述的一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验装置，其特征在于：所述风力设备(3)设置有两个，所述模型箱(1)的左右侧壁沿竖直方向间隔均开设有多个风口(13)，两个所述风力设备(3)对称布置在所述模型箱(1)的左右两侧壁。
6.根据权利要求1所述的一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验装置，其特征在于：所述波浪生成系统(4)包括转轴(41)、驱动机构(43)以及多个推板(42)，所述转轴(41)水平布置于所述水体(9)内，所述转轴(41)的一端穿过所述模型箱(1)的侧壁后连接于所述驱动机构(43)，多个所述推板(42)圆周分布于所述转轴(41)的外周面且均位于所述水体(9)内，所述驱动机构(43)与所述控制监测系统(2)相连接。
7.一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验方法，其特征在于：所述试验方法应用于权利要求1所述的一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验装置，所述试验方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验方法，其特征在于：
9.根据权利要求8所述的一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验方法，其特征在于：
10.根据权利要求8所述的一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳...
【技术特征摘要】
1.一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验装置，其特征在于：包括模型箱(1)、输电杆塔(5)、输电杆塔基础(6)、输电线路(7)以及控制监测系统(2)，所述模型箱(1)内部空心，所述模型箱(1)的内底壁设置有土体(8)和水体(9)，所述水体(9)设置在所述土体(8)的一侧，所述输电杆塔基础(6)安装在所述土体(8)中，所述输电杆塔(5)连接于所述输电杆塔基础(6)的上侧，所述输电线路(7)铰接于所述输电杆塔(5)的上侧，所述输电线路(7)的两端连接于所述模型箱(1)的内侧壁，所述模型箱(1)的内顶壁安装有水喷头(10)，所述模型箱(1)的侧壁安装有冷冻设备(11)、风力设备(3)，所述冷冻设备(11)通过铜导线(12)与所述输电线路(7)相连接，所述土体(8)内设置有管涌潜在发育带(81)，所述管涌潜在发育带(81)的一侧与所述水体(9)连通，所述水体(9)内设置有波浪生成系统(4)，所述波浪生成系统(4)相对于所述管涌潜在发育带(81)布置，所述水喷头(10)、冷冻设备(11)、输电杆塔基础(6)、风力设备(3)、管涌潜在发育带(81)与所述控制监测系统(2)相连接；
2.根据权利要求1所述的一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验装置，其特征在于：所述控制监测系统(2)包括计算机(21)、控制单元(22)、图像采集装置(23)、应力传感器(24)、位移传感器(25)、振动传感器(26)、倾角传感器(27)，所述控制单元(22)分别与水喷头(10)、风力设备(3)、冷冻设备(11)、波浪生成系统(4)相连接，所述计算机(21)分别与控制单元(22)、图像采集装置(23)、应力传感器(24)、位移传感器(25)、振动传感器(26)、倾角传感器(27)相连接，所述图像采集装置(23)布置在所述水体(9)内且相对于所述管涌潜在发育带(81)布置，所述应力传感器(24)安装于所述输电杆塔(5)的底部，所述位移传感器(25)安装于所述输电杆塔基础(6)的上表面，所述振动传感器(26)安装于所述输电杆塔基础(6)的侧表面，所述倾角传感器(27)安装于所述输电杆塔基础(6)的角部；
3.根据权利要求1所述的一种极端荷载下临江位置输电杆塔基础失稳试验装置，其特征在于：所述风力设备(3)包括风机(31)、风罩(33)、风袋(32)，所述模型箱(1)的侧壁沿竖直...
【专利技术属性】
技术研发人员：周英博，程胜，张洪，陈义，方少林，余宏桥，陈航，李吕满，孙竹，全江涛，贺兰菲，熊川羽，陈然，周蠡，蔡杰，高晓晶，段志强，李智威，马莉，余时芬，夏任司，杨迎，蔡振，彭子骞，张莹，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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