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            不同結構環形混凝土電桿的特點分析

            不同結構環形混凝土電桿的特點分析
            湖北中南管道有限公司,蔣強忠  430065

            近年來,隨著全國城鄉電網建設的迅速發展,電力架線等級越來越高,線徑越來越粗,對電力線路安全和等級提出了更高的要求,從而推動電桿向超高、大彎矩方向發展。
            為了滿足城鄉電網建設的需要,電桿結構形式也從單一的非預應力電桿(即鋼筋混凝土電桿)、和純預應力電桿向復合型結構——部份預應力鋼筋砼結構方向發展,F簡單介紹一下這三種不同結構電桿的優劣。
            一、非預應力電桿
            非預應力電桿(國標中稱鋼筋混凝土電桿)是我國早期生產的一種架線桿,和方形電桿等在六七十年代,在我國西、北方使用較多。此類電桿的縱向鋼筋只有圓鋼或螺紋鋼(如右圖)。外荷載主要由縱向非預應力鋼筋承受,屬于普通鋼筋混凝土構件類型,故在結構配筋時,耗鋼量大,同時抗裂性能差,極易出現裂紋。
            新國標GB4623-2014《環形混凝土電桿》中對鋼筋混凝土電桿力學性能檢測抗裂性能 “鋼筋混凝土電桿加荷至開裂檢驗荷載時,裂紋寬度不得超過0.20mm,卸荷后殘余寬度不應大于0.05mm”要求中可以看出,電桿在達到檢驗荷載時允許有環向裂縫,說明其出現裂縫難以避免,抗裂性能差。
            從實際使用中也可看到,采用鋼筋混凝土電桿架設的供電線路,經過3年運行后,70%的電桿出現不同程度的環向和縱向裂紋;5年運行后,90%的電桿均出現裂紋,其中許多電桿環向裂紋出現銹蝕斑點。當裂縫出現后,由于雨水和潮氣浸入裂縫,到達鋼筋后就產生銹蝕,造成電桿強度的降低。并且在冬季反復結冰膨脹,使砼保護層剝落,鋼筋裸露在空氣中,致使主筋銹蝕,這樣,耐久性降低嚴重影響使用壽命。


            二、環形預應力混凝土電桿
            環形預應力混凝土電桿縱向主筋為預應力鋼筋。是一種預應力混凝土預制構件。早期預應力電桿均采用甲級冷拔絲(抗拉強度fpy=650MPa)作為縱向預應力筋,現在主要采用預應力混凝土用高強鋼絲(抗拉強度fpy=1570MPa)作為預應力筋(見右圖)。預應力混凝土電桿因通過張拉設備,預先將預應力筋張拉,待混凝土強度達到脫模強度后,切斷鋼筋的錨固頭,使鋼筋存在收縮趨勢,形成電桿兩端向中間的預壓應力,從而提高電桿的剛度和抗裂性能。新國標GB4623—2014《環形混凝土電桿》中預應力電桿檢驗要求當加荷到100%開裂檢驗荷載時,不允許出現裂紋,表明此類電桿的抗裂性能較好。
            因受到電桿壁厚和混凝土強度等級的影響,預應力筋配筋數量有限,所以只能生產小彎矩電桿,承載能力偏低。新國標GB4623-2014《環形混凝土電桿》產品規格表中,預應力最高只能達到O級(開裂檢驗荷載8.0kN)。一般只用于10kv以下,線徑較小的輸電線路工程。生產中當預應力筋分布不均,或張拉斷筋時,極易出現彎桿、縱向裂縫等質量問題。還有因預應力值過高,電桿產生的橫向拉應力也大,易超過混凝土本身的抗拉力而出現裂縫。使用中,當遇到無法承受的外力影響(大風、碰撞)時,預應力鋼筋繃斷,使電桿易發生“脆斷”。



            三、部分預應力電桿的特性
            部分預應力結構是后期發展、利用的新型構件形式,它兼具鋼筋混凝土結構和預應力結構的優點,在城市建設中應用越來越廣泛。如橋梁、樓板、高架快速道、輸水管道等各類混凝土構件。部分預應力電桿縱向預應力筋增加電桿的抗裂性能,同時配置縱向普通鋼筋(通常為HRB400級螺紋鋼)增加其荷載能力。其截面是一種環形薄壁結構,受結構限制,中間配筋數量是有一定限度的。部分預應力結構較好的糅合預應力和非預應力兩種鋼筋的特點,發揮出鋼筋更大優勢。
            環形混凝土電桿的受力屬純受彎薄壁構件。其小頭所需抗彎力矩小,由預應力鋼筋擔負,由上而下,電桿斷面逐漸增大,斷面能承受的抗彎力矩也隨之增加,部分預應力電桿除了由通常的預應力鋼筋擔負外,其不足部份可由非預應力鋼筋來擔負,使電桿各斷面處的含筋率大體保持一致,以彌補預應力砼電桿小頭含筋率過高,預應力過大,而有可能導致小頭混凝土被壓碎的缺陷,同時也克服了過多的配筋在構造上造成的困難,并改善了預應力電桿大頭由于預應力鋼筋數量少,難以達到所要求的抗彎力矩和不能使應力傳遞均勻的現象。


            以Φ190×10×M×BY部分預應力電桿為例(見配筋和彎矩圖),部分預應力電桿可根據電桿不同高度的受力彎矩情況,階梯式增加鋼筋數量,使電桿不同斷面的彎矩設計值,始終大于電桿受力時承受的彎矩,保證了整體結構的合理性,減少材料的浪費。


            部分預應力電桿的縱向主筋有預應力筋,也有非預應力筋,結構較鋼筋混凝土電桿和預應力電桿工序復雜,故生產難度也比前兩種電桿大。生產線建設中需要的設備更多,人工費和設備費用比較高。
            以Φ190×10×I級電桿為例,預應力桿、非預應力桿和部分預應力的各項經濟、技術參數對比如下:


            從上表中可以看出,部分預應力電桿的材料成本比預應力桿高,與非預應力桿大致相當,但其性能相對預應力桿、非預應力桿有明顯優勢。

            四、結 論
            部分預應力電桿結構更合理,并且產品抗裂性能好、承載能力高、使用壽命長、不易發生脆斷、使用安全等優點,更能滿足輸電線路、通信線路架設要求,確保線路安全運行。

            鄂公網安備 42011502000430號

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