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不同結(jié)構(gòu)環(huán)形混凝土電桿的特點(diǎn)分析
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不同結(jié)構(gòu)環(huán)形混凝土電桿的特點(diǎn)分析
湖北中南管道有限公司,蔣強(qiáng)忠? 430065

近年來,隨著全國城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)的迅速發(fā)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(fā)展。
為了滿足城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)的需要,電桿結(jié)構(gòu)形式也從單一的非預(yù)應(yīng)力電桿(即鋼筋混凝土電桿)、和純預(yù)應(yīng)力電桿向復(fù)合型結(jié)構(gòu)——部份預(yù)應(yīng)力鋼筋砼結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。現(xiàn)簡單介紹一下這三種不同結(jié)構(gòu)電桿的優(yōu)劣。
一、非預(yù)應(yīng)力電桿
非預(yù)應(yīng)力電桿(國標(biāo)中稱鋼筋混凝土電桿)是我國早期生產(chǎn)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(yù)應(yīng)力鋼筋承受,屬于普通鋼筋混凝土構(gòu)件類型,故在結(jié)構(gòu)配筋時(shí),耗鋼量大,同時(shí)抗裂性能差,極易出現(xiàn)裂紋。
新國標(biāo)GB4623-2014《環(huán)形混凝土電桿》中對鋼筋混凝土電桿力學(xué)性能檢測抗裂性能 “鋼筋混凝土電桿加荷至開裂檢驗(yàn)荷載時(shí),裂紋寬度不得超過0.20mm,卸荷后殘余寬度不應(yīng)大于0.05mm”要求中可以看出,電桿在達(dá)到檢驗(yàn)荷載時(shí)允許有環(huán)向裂縫,說明其出現(xiàn)裂縫難以避免,抗裂性能差。
從實(shí)際使用中也可看到,采用鋼筋混凝土電桿架設(shè)的供電線路,經(jīng)過3年運(yùn)行后,70%的電桿出現(xiàn)不同程度的環(huán)向和縱向裂紋;5年運(yùn)行后,90%的電桿均出現(xiàn)裂紋,其中許多電桿環(huán)向裂紋出現(xiàn)銹蝕斑點(diǎn)。當(dāng)裂縫出現(xiàn)后,由于雨水和潮氣浸入裂縫,到達(dá)鋼筋后就產(chǎn)生銹蝕,造成電桿強(qiáng)度的降低。并且在冬季反復(fù)結(jié)冰膨脹,使砼保護(hù)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(yán)重影響使用壽命。


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二、環(huán)形預(yù)應(yīng)力混凝土電桿
環(huán)形預(yù)應(yīng)力混凝土電桿縱向主筋為預(yù)應(yīng)力鋼筋。是一種預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制構(gòu)件。早期預(yù)應(yīng)力電桿均采用甲級冷拔絲(抗拉強(qiáng)度fpy=650MPa)作為縱向預(yù)應(yīng)力筋,現(xiàn)在主要采用預(yù)應(yīng)力混凝土用高強(qiáng)鋼絲(抗拉強(qiáng)度fpy=1570MPa)作為預(yù)應(yīng)力筋(見右圖)。預(yù)應(yīng)力混凝土電桿因通過張拉設(shè)備,預(yù)先將預(yù)應(yīng)力筋張拉,待混凝土強(qiáng)度達(dá)到脫模強(qiáng)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(yù)壓應(yīng)力,從而提高電桿的剛度和抗裂性能。新國標(biāo)GB4623—2014《環(huán)形混凝土電桿》中預(yù)應(yīng)力電桿檢驗(yàn)要求當(dāng)加荷到100%開裂檢驗(yàn)荷載時(shí),不允許出現(xiàn)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(qiáng)度等級的影響,預(yù)應(yīng)力筋配筋數(shù)量有限,所以只能生產(chǎn)小彎矩電桿,承載能力偏低。新國標(biāo)GB4623-2014《環(huán)形混凝土電桿》產(chǎn)品規(guī)格表中,預(yù)應(yīng)力最高只能達(dá)到O級(開裂檢驗(yàn)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(chǎn)中當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋分布不均,或張拉斷筋時(shí),極易出現(xiàn)彎桿、縱向裂縫等質(zhì)量問題。還有因預(yù)應(yīng)力值過高,電桿產(chǎn)生的橫向拉應(yīng)力也大,易超過混凝土本身的抗拉力而出現(xiàn)裂縫。使用中,當(dāng)遇到無法承受的外力影響(大風(fēng)、碰撞)時(shí),預(yù)應(yīng)力鋼筋繃斷,使電桿易發(fā)生“脆斷”。


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三、部分預(yù)應(yīng)力電桿的特性
部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)是后期發(fā)展、利用的新型構(gòu)件形式,它兼具鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),在城市建設(shè)中應(yīng)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(gòu)件。部分預(yù)應(yīng)力電桿縱向預(yù)應(yīng)力筋增加電桿的抗裂性能,同時(shí)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(huán)形薄壁結(jié)構(gòu),受結(jié)構(gòu)限制,中間配筋數(shù)量是有一定限度的。部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)較好的糅合預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力兩種鋼筋的特點(diǎn),發(fā)揮出鋼筋更大優(yōu)勢。
環(huán)形混凝土電桿的受力屬純受彎薄壁構(gòu)件。其小頭所需抗彎力矩小,由預(yù)應(yīng)力鋼筋擔(dān)負(fù),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(yù)應(yīng)力電桿除了由通常的預(yù)應(yīng)力鋼筋擔(dān)負(fù)外,其不足部份可由非預(yù)應(yīng)力鋼筋來擔(dān)負(fù),使電桿各斷面處的含筋率大體保持一致,以彌補(bǔ)預(yù)應(yīng)力砼電桿小頭含筋率過高,預(yù)應(yīng)力過大,而有可能導(dǎo)致小頭混凝土被壓碎的缺陷,同時(shí)也克服了過多的配筋在構(gòu)造上造成的困難,并改善了預(yù)應(yīng)力電桿大頭由于預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量少,難以達(dá)到所要求的抗彎力矩和不能使應(yīng)力傳遞均勻的現(xiàn)象。


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以Φ190×10×M×BY部分預(yù)應(yīng)力電桿為例(見配筋和彎矩圖),部分預(yù)應(yīng)力電桿可根據(jù)電桿不同高度的受力彎矩情況,階梯式增加鋼筋數(shù)量,使電桿不同斷面的彎矩設(shè)計(jì)值,始終大于電桿受力時(shí)承受的彎矩,保證了整體結(jié)構(gòu)的合理性,減少材料的浪費(fèi)。


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部分預(yù)應(yīng)力電桿的縱向主筋有預(yù)應(yīng)力筋,也有非預(yù)應(yīng)力筋,結(jié)構(gòu)較鋼筋混凝土電桿和預(yù)應(yīng)力電桿工序復(fù)雜,故生產(chǎn)難度也比前兩種電桿大。生產(chǎn)線建設(shè)中需要的設(shè)備更多,人工費(fèi)和設(shè)備費(fèi)用比較高。
以Φ190×10×I級電桿為例,預(yù)應(yīng)力桿、非預(yù)應(yīng)力桿和部分預(yù)應(yīng)力的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)參數(shù)對比如下:

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從上表中可以看出,部分預(yù)應(yīng)力電桿的材料成本比預(yù)應(yīng)力桿高,與非預(yù)應(yīng)力桿大致相當(dāng),但其性能相對預(yù)應(yīng)力桿、非預(yù)應(yīng)力桿有明顯優(yōu)勢。

四、結(jié) 論
部分預(yù)應(yīng)力電桿結(jié)構(gòu)更合理,并且產(chǎn)品抗裂性能好、承載能力高、使用壽命長、不易發(fā)生脆斷、使用安全等優(yōu)點(diǎn),更能滿足輸電線路、通信線路架設(shè)要求,確保線路安全運(yùn)行。


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