ZBC30105BL 直线塔为专门用于锡盟—山东1000 kV特高压交流输变电工程低温（最低温度低于-35 ℃）地区段线路的单回路酒杯形角钢直线塔，塔身主材采用双拼Q345B大角钢，横担及塔头曲臂主材采用单Q345B角钢。为测试Q345B双拼角钢（旋转90°布置）塔在各种主要荷载工况下受力杆件的受力理论计算值与实测值的符合性，验证在考虑弯扭屈曲受力条件时塔身及塔腿的双拼角钢工作状况，检测节点构造的安全可靠性，对ZBC30105BL塔进行了真型塔试验。

试验用ZBC30105BL 酒杯形直线塔呼称高54m，全高61.8 m，根开14.0 m。导线型号为8×JL/G1A-630/45，地线型号JLB20A-170（OPGW-170）；设计风速30 m/s，设计覆冰10 mm；钢材材质Q345，主材采用双拼组合角钢（旋转90°布置），组合角钢最大规格Q345 2×∟220×20，单角钢最大规格Q345∟250×28^{[1, 2, 3]}。

在ZBC30105BL塔的导、地线挂点，上下曲臂节点，塔颈部节点和塔腿等关键部位共布置了13个位移观测点，观测点布置情况见图 1所示^{[3, 4]}。在100%荷载工况下，各变形方向的理论计算位移值和实测位移值对比数据见表 1。

图 1

图 1 位移测点布置图

表 1 (Table 1)

表 1 各试验工况、100%设计荷载作用下测点最大变形方向的计算位移和实测位移对比数据

表 1 各试验工况、100%设计荷载作用下测点最大变形方向的计算位移和实测位移对比数据

对于直线塔，在90°大风工况时铁塔承受最大横向荷载，此时的横向位移也最大，1号观测点（左地线挂点）在加至100%荷载时的位移实测值为828mm，减去残余变形388 mm，实际位移值为440 mm，比理论计算值（454.07 mm）小14.07 mm，相对偏差约3.10%，实测位移与理论计算值相差不大，吻合较好。

铁塔的最大纵向位移发生在0°大风工况，此时铁塔承受较大纵向荷载，3号观测点（右地线挂点）在加至100%荷载时的位移实测值为910 mm，减去残余变形391 mm，实际位移值为519 mm，比理论计算值（482.79 mm）大36.21 mm，相对偏差约7.5%，实测值比理论计算值稍大，但吻合较好。

在2倍起吊右地线的工况下，铁塔3号观测点在加至100%荷载时的垂直位移实测值为66 mm，减去残余变形27 mm，实际位移值为39 mm，比理论计算值（56.66 mm）小17.66 mm，相对偏差约30.9%。表明铁塔刚度较好。

由表 1数据可以看出，对于角钢塔，杆塔节点刚度越小，节点构造越接近铰接，杆塔实际模型与计算模型就越接近，实际位移也就越接近理论计算位移。由于铁塔节点部位都具有一定的刚度，因此实测位移值应小于理论计算值（按铰接杆单元结构设计铁塔）。但是，由于加工工艺原因尤其是螺孔加工误差会导致实测位移值增大，因此实测位移值反而会大于理论计算位移值。当铁塔刚度较大时，抗变形作用明显，能够抵消螺孔加工误差导致的铁塔变形，这样可使实测位移与理论计算位移值接近。

ZBC30105BL酒杯形直线塔应变观测点共设置21个，其中，塔身正面5个，上、下曲臂9个，导地线横担7个，测点布置情况见图 2所示。在100%设计荷载作用下，各主要杆件内力实测值和理论计算值对比数据见表 2。

图 2

图 2 应变测点布置图（21个应变测点，需50片应变片）

表 2 (Table 2)

表 2 100%设计荷载主要杆件应力实测值与理论计算值对比数据

表 2 100%设计荷载主要杆件应力实测值与理论计算值对比数据

从表 2数据可以看出，主要杆件的内力实测值基本上都小于理论计算值，而且比较接近；铁塔塔身主材内力实测值与理论计算值的偏差在6%~9%；下曲臂主材内力实测值与理论计算值的偏差在1%~9%，尤其是下曲臂外侧主材，实测值与理论计算值的偏差在1%~3%，相当于完全吻合；上曲臂主材内力实测值与理论计算值的偏差在23%~33%。

对于个别实测值大于理论计算值的情况，其原因可能为：实际构造与计算模型的边界条件稍有差异；试验塔施加荷载后导致全塔重心偏移，产生附加弯矩，可能使某些内力实测值稍微偏大。试验时要求施加荷载位置及方式尽量与铁塔设计时施加荷载情况一致，但由于受实际试验设施、试验条件、试验手段的限制，使得铁塔实际施加荷载情况与理想条件存在一定的差异。

当加至137%荷载时，被试塔左侧K节点主材发生屈服破坏，倒塔破坏位置及破坏瞬间照片见图 3，被试塔破坏后的状况见图 4。

图 3

图 3 加至137%荷载时左侧K节点主材屈服破坏瞬间照片

图 4

图 4 被试塔倒塔后照片

左侧K节点主材首先发生屈服破坏，主要原因是由于K节点处主材内力实测值与理论计算值接近（见表 2），偏差范围在1%~3%。在进行铁塔设计时，其强度储备较塔腿双组合角钢强度储备小，导致该处先发生破坏。建议在设计时应适当加大K节点主材的规格，并尽量减小K节点偏心值。 通过破坏试验结果可以看出，塔腿主材未发生强度或者稳定破坏。根据以往经验，在设计该塔时，控制腿部主材长细比小于30，塔身长细比小于40，并加强了塔腿部辅材强度，能为主材提供有效刚度支撑，且腿部双组合角钢按照旋转90°布置，受力分布更加均匀，强度储备较大，建议设计时可适当增加腿部主材设计应力。

通过对ZBC30105BL酒杯形直线塔进行真型试验分析，得出以下结论，并提出建议。

（1） 锡盟—山东1000 kV特高压交流输变电工程ZBC30105BL试验塔整体刚度较好，应力实测结果与理论计算值吻合较好，铁塔强度安全可靠，设计方法合理。

（2） 节点构造设计是铁塔设计的关键环节之一，设计时应对主要节点受力及构造进行充分考虑、合理优化，尽量减小构造偏心值。

（3） 双组合角钢（旋转90°布置）考虑弯扭屈曲的计算方法安全可靠，强度储备较大，其承载能力较好，建议可适当增加其设计应力，充分利用其承载能力优势^{[6, 7]}。同时控制好十字形截面双组合角钢的长细比，对于塔身，控制在40以内；对于塔腿，控制在30以内；按该长细比控制规则设计塔身主材时，可适当增加应力。