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不同结构环形混凝土电杆的特点分析

不同结构环形混凝土电杆的特点分析
湖北中南管道有限公司,蒋强忠  430065

近年来,随着全国城乡电网建设的迅速发展,电力架线等级越来越高,线径越来越粗,对电力线路安全和等级提出了更高的要求,从而推动电杆向超高、大弯矩方向发展。
为了满足城乡电网建设的需要,电杆结构形式也从单一的非预应力电杆(即钢筋混凝土电杆)、和纯预应力电杆向复合型结构——部份预应力钢筋砼结构方向发展。现简单介绍一下这三种不同结构电杆的优劣。
一、非预应力电杆
非预应力电杆(国标中称钢筋混凝土电杆)是我国早期生产的一种架线杆,和方形电杆等在六七十年代,在我国西、北方使用较多。此类电杆的纵向钢筋只有圆钢或螺纹钢(如右图)。外荷载主要由纵向非预应力钢筋承受,属于普通钢筋混凝土构件类型,故在结构配筋时,耗钢量大,同时抗裂性能差,极易出现裂纹。
新国标GB4623-2014《环形混凝土电杆》中对钢筋混凝土电杆力学性能检测抗裂性能 “钢筋混凝土电杆加荷至开裂检验荷载时,裂纹宽度不得超过0.20mm,卸荷后残余宽度不应大于0.05mm”要求中可以看出,电杆在达到检验荷载时允许有环向裂缝,说明其出现裂缝难以避免,抗裂性能差。
从实际使用中也可看到,采用钢筋混凝土电杆架设的供电线路,经过3年运行后,70%的电杆出现不同程度的环向和纵向裂纹;5年运行后,90%的电杆均出现裂纹,其中许多电杆环向裂纹出现锈蚀斑点。当裂缝出现后,由于雨水和潮气浸入裂缝,到达钢筋后就产生锈蚀,造成电杆强度的降低。并且在冬季反复结冰膨胀,使砼保护层剥落,钢筋裸露在空气中,致使主筋锈蚀,这样,耐久性降低严重影响使用寿命。


二、环形预应力混凝土电杆
环形预应力混凝土电杆纵向主筋为预应力钢筋。是一种预应力混凝土预制构件。早期预应力电杆均采用甲级冷拔丝(抗拉强度fpy=650MPa)作为纵向预应力筋,现在主要采用预应力混凝土用高强钢丝(抗拉强度fpy=1570MPa)作为预应力筋(见右图)。预应力混凝土电杆因通过张拉设备,预先将预应力筋张拉,待混凝土强度达到脱模强度后,切断钢筋的锚固头,使钢筋存在收缩趋势,形成电杆两端向中间的预压应力,从而提高电杆的刚度和抗裂性能。新国标GB4623—2014《环形混凝土电杆》中预应力电杆检验要求当加荷到100%开裂检验荷载时,不允许出现裂纹,表明此类电杆的抗裂性能较好。
因受到电杆壁厚和混凝土强度等级的影响,预应力筋配筋数量有限,所以只能生产小弯矩电杆,承载能力偏低。新国标GB4623-2014《环形混凝土电杆》产品规格表中,预应力最高只能达到O级(开裂检验荷载8.0kN)。一般只用于10kv以下,线径较小的输电线路工程。生产中当预应力筋分布不均,或张拉断筋时,极易出现弯杆、纵向裂缝等质量问题。还有因预应力值过高,电杆产生的横向拉应力也大,易超过混凝土本身的抗拉力而出现裂缝。使用中,当遇到无法承受的外力影响(大风、碰撞)时,预应力钢筋绷断,使电杆易发生“脆断”。



三、部分预应力电杆的特性
部分预应力结构是后期发展、利用的新型构件形式,它兼具钢筋混凝土结构和预应力结构的优点,在城市建设中应用越来越广泛。如桥梁、楼板、高架快速道、输水管道等各类混凝土构件。部分预应力电杆纵向预应力筋增加电杆的抗裂性能,同时配置纵向普通钢筋(通常为HRB400级螺纹钢)增加其荷载能力。其截面是一种环形薄壁结构,受结构限制,中间配筋数量是有一定限度的。部分预应力结构较好的糅合预应力和非预应力两种钢筋的特点,发挥出钢筋更大优势。
环形混凝土电杆的受力属纯受弯薄壁构件。其小头所需抗弯力矩小,由预应力钢筋担负,由上而下,电杆断面逐渐增大,断面能承受的抗弯力矩也随之增加,部分预应力电杆除了由通常的预应力钢筋担负外,其不足部份可由非预应力钢筋来担负,使电杆各断面处的含筋率大体保持一致,以弥补预应力砼电杆小头含筋率过高,预应力过大,而有可能导致小头混凝土被压碎的缺陷,同时也克服了过多的配筋在构造上造成的困难,并改善了预应力电杆大头由于预应力钢筋数量少,难以达到所要求的抗弯力矩和不能使应力传递均匀的现象。


以Φ190×10×M×BY部分预应力电杆为例(见配筋和弯矩图),部分预应力电杆可根据电杆不同高度的受力弯矩情况,阶梯式增加钢筋数量,使电杆不同断面的弯矩设计值,始终大于电杆受力时承受的弯矩,保证了整体结构的合理性,减少材料的浪费。


部分预应力电杆的纵向主筋有预应力筋,也有非预应力筋,结构较钢筋混凝土电杆和预应力电杆工序复杂,故生产难度也比前两种电杆大。生产线建设中需要的设备更多,人工费和设备费用比较高。
以Φ190×10×I级电杆为例,预应力杆、非预应力杆和部分预应力的各项经济、技术参数对比如下:


从上表中可以看出,部分预应力电杆的材料成本比预应力杆高,与非预应力杆大致相当,但其性能相对预应力杆、非预应力杆有明显优势。

四、结 论
部分预应力电杆结构更合理,并且产品抗裂性能好、承载能力高、使用寿命长、不易发生脆断、使用安全等优点,更能满足输电线路、通信线路架设要求,确保线路安全运行。