利用Excel表格进行环形混凝土电杆配筋设计.pdf

2 0 1 4年第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA CONC RE T E AND C EME NT 201 4 No ． 4 Apr i l 利用 E x c e l 表格进行环形混凝土电杆配筋设计 吴赤球 ， 杨新峰 ， 吕 伟 ( 宜昌昌耀水泥制品有限责任公司， 4 4 3 0 0 2 ) 摘要 ： 阐述 了环 形混凝土 电杆配筋设计 的指 导原 则和理论依据 ， 建立 了电杆 受弯承 栽弯矩函数关 系式 ， 确 定 了 各 自变量 、 系数及 常数的取值 方法 ， 并通过 E x c e l 表格将其 完整表示 出来， 从 而快速 、 准确地 计算 出电杆配筋设计 结 果 ： 最后通过具体 实例验证 了利用 E x c e l 表格进行环形混凝土 电杆配筋设计的准确性。 关键词 ： 环形混凝 土电杆 ： E x c e l 表格 ； 电杆配筋； 设计 Ab s t r a c t ： T h e r e i n f o r c e me n t d e s i g n g u i d e l i n e s o f t h e c i r c u l a r c o n c r e t e p o l e s a r e i n t r o d u c e d ． T h e f u n c t i o n r e l a t i o n s h i p b e t we e n t h e fle x u r a l b e a r i n g a n d b e n d i n g mo me n t o f t h e c o n c r e t e p o l e s a r e e s t a b l i s h e d ， a n d t h e o b t a i n i n g v a l u e me t h o d s o f c o e ffi c i e n t ，v a r i a b l e a n d c o n s t a n t o f e a c h f u n c t i o n a r e d e t e r mi n e d ．T h e a b o v e d e s i g n d a t a a n d a l l v a l u e s a r e c o mp l e t e l y e x p r e s s e d b y u s i n g t h e E x c e l w o r k s h e e t ， t h e n ， r e i n f o r c e me n t d e s i g n r e s n ] t s o f t h e c o n c r e t e p o l e s a r e r a p i d l y a n d a c c u r a t e l y c a l c u l a t e d ．I n a d d i t i o n ，t a k i n g t h e s p e c i fi c e x a mp l e s v a l i d a t e s t h e a c c u r a c y b y u s i n g E x c e l wo r k s h e e t t o d e s i g n i n g t h e r e i n f o r c e me n t o f t h e c i r c u l a r c o n c r e t e p o l e s ． K e y wo r d s ： C i r c u l a r c o n c r e t e p o l e s ； Ex c e l w o r k s h e e t ； Re i n f o r c e me n t o f p o l e s ； De s i g n 中图分类号： T U 5 2 5 文章标识 码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 — 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 4 — 3 8 — 0 3 0前言 环形混凝土 电杆 已广泛应用于我 国电力架空 输变电线路 、 通信工程建设之中。笔者 由于长期在 电杆生产企业从事电杆配筋设计工作 ， 曾遇到过大 量繁杂计算而结果不够准确的电杆配筋设计难题。 为了解决这个 困扰 多年的问题 ， 本文根据环形混凝 土 电杆结构 、 使用特点及 G B 5 0 0 1 0 --2 0 1 0 { 混凝 土 结构设计 规范》 、 G B ／ T 4 6 2 3 —2 0 0 6 《 环形混凝土 电 杆》 及 D L ／ T 5 1 5 4 — 2 0 1 2 ~ 架空送电线路杆塔结构设计 技术规定》 等 国家、 行业相关标准规定 ， 建立 了环形 混凝土电杆承载受力函数关系式 ， 确定了关系式 中 的各项 自变量 函数式及相关 系数 、常数 的取值 ， 然 后借助 O f f i c e E x c e l 表格 ， 建立了一套适合环形混凝 土 电杆配筋快速设计方法 ， 希望能为同行提供一定 的帮助 1 结构 设计原 则 与依 据 1 ． 1 结构设计原则 结构设计 原则是认真贯彻 国家技术经济政策 ， 充分满足技术先进 、 安全适用 、 经济合理 、 确保质量 等四项基本要求。基于该原则 ， 我们在 电杆结构设 计时， 首先必须明确用户对电杆在使用状态下的承 载情况 ， 即产品外部受力 ， 然后根据电杆外部受力 要求 ， 进行 电杆结构( 主要指规格 、 混凝土强度等级 及钢筋配置 ) 符合性设计 ， 通过特定生产工艺质量 一 38一 控制 ， 使其具有充分满足在使用状态下的承载要求 性 能 1 ． 2 结构设 计依 据 环形混凝土电杆结构设计过程是个综合多因素 的制约与协调 的过程 ． 首先必须遵循 围家及相关行 业 现行 标准 、 规范 的规定 ， 其 次要充 分考 虑用 户 的质 量 要求 和企业 生 产 _ 【 艺 实 际情况来 确定 必要 的 | I 艺 参数 ． 同时还须根据产品用途 、 安装环境条件 ， 验算 其符合性。 环 形 混 凝 土 电 杆 结 构 设 计 依 据 是 ： ① G B 5 0 0 1 0 —2 0 1 0 ； ② G B ／ r r 4 6 2 3 —2 0 0 6 ； ⑧ D UT 5 1 5 4 — 2 0 1 2 ： ④ 用户特定的技术性能指标要求。 2 结构 设计 与计 算 2 ． 1 函数关 系式 环形 混凝 土 电杆一般 按沿 周边 均匀 配置 纵 向钢 筋 的环 形截 面受 弯构 件计 算 ，因此 ，可 以依 据 G B 5 0 0 1 0 —2 0 1 0及力学叠加原理 ， 建立其正截面受 弯承载力及弯矩 函数关系式 ， 具体如下 ( 文中所 符 号 含 义 请 参 考 标 准 G B 5 ( ) 0 1 0 —2 0 1 0 及 D L ／ T 5 1 5 4 — 2 01 2 ) ： Ⅳ≤。 L A+ ( — y A + A 一 ( 。 一 ( 一 。 ) A N f A( r , + r 2 ) 时 r s —s l n— lT— o L +— S l— I l q —r o ／ t— — 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 吴赤球 ， 杨新峰 ， 吕 伟 利用 E x c e l 表格进行环形混凝土电杆配筋设计 厶 A 曼 + 广 。 ) re 根据环形混 凝土 电杆在实际使用过程 中的受 力状态 ， 以及便于计算 ， 可以假定轴 向力 N = O ， 并将 “ ” 用 “ K ” 表示环形 混凝土 电杆正截 面受 弯承 载力弯矩值 ， 由此可以推导出部分预应力 混凝土电 杆正截面受弯承载力弯矩 函数关系式： K Mk <~口 彬( r f + ) 里 s + A r P + ( r p 。 ) A r e 笼 O t 1 —1 ． 5 a 当A = 0时 ， 为预应力混凝土电杆正截面受弯承 载力弯矩 函数关系式 ； 当 A。 = 0时 ， 则为非预应力混 凝土 电杆正截面受 弯承载力 弯矩 函数关 系式 。其 中 ： O p o = O c o n -- O "L D = 0 ． 7 o r L =o r I 1 + f 3 + + f 5 n =a Es ／ L o t 3 = 2 A t O t4 = 0 ． 2 ( - 0 ． 5 7 5 ) O " c 0 " ／ 5 = ( 4 5 + 2 8 0 ~ p ) ／ ( 1 + 1 5 p ) O p = ( C O n -- t r L ) A P ／ A 。 J D = ( A + A ) ／ 2 A。 A。 = A+ ( E 一 1 ) A + ( u E - 1 ) A a E E ／ E 环形混凝土电杆正截面相对含筋率 O J 应符合 ： ( i ) 钢筋混凝土电杆 ： ： ≤ 0 ． 9 a~ t J t ( 2 ) 预应力混凝土 电杆 ： ： ≤ 0． 7 5 Ⅱ L ， ( 3 )部 分预应 力 混凝 土 电杆 ： ：血 ≤1 ．25 0 L ， 2 ． 2 环形混凝土电杆抗裂验算关系式 ： O "s 。 一 ≤ 0 式 中 ， 。 = MJ W。 W。 =( r l 2 + r 2 。 。 ／ 4 r 2 ． 3 自变 量 、 设计 系数 及 常数 的确定 3 ． 1 设 计常 数 的确定 如果确定了杆型 ， 那 么该杆型所具有 的几何 尺 寸都可作为常数 ， 如上述环形混凝土 电杆正截 面受 压 承载 力弯矩 函数 关 系中涉及 的 A、 r 、 F 2 -, r 、 r n 、 C、 h o , L、 L 等 ； 而确定 了混凝土强度等级 以及所配置钢 筋规格 ， 则上述 函数关 系式 中涉及到 的混凝土及钢 材 固有特性值就成为 了常数 ， 如 、 、 、 E 。 、 E 、 、 { V 、 { { 。 茈 3 ． 2 设 计 系数 的确 定 根 据 G B 5 0 0 1 0 --2 0 1 0 、 G B 4 6 2 3 --2 0 0 6可 查 表 得出设计所需 的计算系数 ， 如 O t 、 O l ⋯ 等 。 3 - 3 自变 量 的确定 上 述 函数关系式 中的 自变量 主要 是 A ⋯ A 、 O t 、 O t 、 。 、 t Y L 、 O "t 1 、 3 、 O t4 、 O f t 5 、 A。 、 W。 4 9 、 ⋯o s 、 等 ， 这些 自变量可以根据假定配置纵向钢筋规格、 根数 ， 以及各相互关联公式 、 工艺装备状况等要素予以计 算。 因此 ， 在环形混凝土电杆配筋设计时 ， 完全可以 采用 O f f i c e E x c e l 表格来表述环形混凝土电杆正截 面受弯承载力弯矩函数关系式 ， 只需 明确用户所需 产品的荷载等级要求 ， 先假设 配置钢筋规格 、 根数 以及混凝土强度等级等决定 性要素 ， 并将其与设计 所取常数 、 系数等逐一输人 E x c e l 表格 中， 将计算公 式 格式 化 ， 即可 得 出环 形混 凝 土 电杆正 截 面开裂 检 验弯矩值 ， 以及抗裂系数 、 裂缝宽度是否符合要 求。如果有出入 ， 则可再行假定 、 输入 、 验算 ， 直到满 足用户产品要求为止。由此可省去大量而繁杂的工 作量 ， 计算结果也相 当准确。 4配 筋设计 实 例 为 了快 速计 算 出环形 混凝 土 电杆 0 3 5 0 mmx 1 5 mx 2 0 0 k N m x B Y的配筋 ， 首先将上述函数关 系式 中所需要 的设计参数 、 系数 、 自变量及其公式导入 E x c e l 表格 ， 再将假定 的钢筋规格 、 根数等值逐一输 入 ， 通过 o f f i c e E x c e l 表格功能快速计算 。具体操作 步骤 如下 ： ’ ( 1 ) 先将各相关数据值输入 E x c e l 表格并计算 ， 如表 1 所 示 ( 2 ) 再对杆段开裂检验荷载作用力点 、 埋深处及 按间隔 2 m分段配置 的螺纹钢进行强度验算( 实际 断筋时应考虑螺纹钢 的锚 固长度 ) ．同时将验算结 果转换为图表 ， 如图 1 所示。 由 图 1 可 以看 出 ， 该 电杆 配筋 方案 在各 杆段 ， 电 杆各分段处的配筋弯矩均大于该处 的设计弯矩 ， 同 时电杆 的配筋率 、 含筋率 、 电杆抗裂性能均符合要 求 。 因此 ， 在进行环形混凝土 电杆配筋设计时 ， 对于 梢径部位的配筋 ， 可以在充分满足电杆开裂检验弯 矩 的前提下 ， 尽量减少配筋弯矩与设计弯矩之间的 差值 ， 这样既能满足 电杆各杆段 的受力要求 ， 也可 降低 电杆所需的钢材用量 ： 同时也增大了电杆梢径 部位钢筋骨架纵 向钢筋 间距 ， 解决 了生产大弯矩电 杆时 ， 因电杆梢径部位钢筋 骨架纵筋间距小而难 于 喂料的难题 ； 也可以在符合产 品结构设计规范要求 一 3 9— 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 2 1 6期 预! _俞 J入 值 编号 名称 符号 数值 单位 1 电 杆梢径 D 3 5 0 2 电 杆杆长 L 1 5 0 0 0 3 电扦壁厚 6 3 0 4 昔通钢筋数量 1 8 根 5 普通钢筋直径 1 6 6 预应力钢筋数量 3 0 根 7 预应力钢筋直径 中 7 8 钢筋保护层厚度 2 0 9 混凝士强度 C 5 5 1 0 昔通钢筋类型 }邸 4 0 0 l 1 预应力 钢筋类型 碳素／ 刻痕钢丝 1 2 电杆养护方式 窑式养护 1 3 安全系 数 B u 2 ． 0 l 4 计算职值 设计值 1 5 荦载力检 t 弯矩 I u 4 0 9 ． 0 0 k N ． m 1 6 开袈检验弯矩 I k 2 0 4 ． 5 0 k N ． m 抗裂性能验算 ( D L ／ 7 5 1 5 4 - 2 0 1 2 ： 配筋率 O 0 ． 0 2 1 合格 1 7 ∞ r 0 ． 4 6 合格 含筋率 ( 0 B Y 0 ． 9 3 合格 抗裂验算 O s c 0 ． 0 0 0 0 0 0 台格 oi c - o p c <0 - 9 ． 5 7 0 0 0 表 1 钢筋混凝土配筋计算 计算结呆 编号 名称 符号 数值 单位 1 棍凝土方量 i ． 3 9 5 m ， 2 混凝土截面积 A i 0 9 8 3 0 3 纵向普通钢筋截面积 A s 3 6 1 9 lI 4 纵向预应力钢筋截面积 A p 1 1 5 5 5 棍凝土轴心抗压强度设计值 f c 2 5 ． 3 N ／ n 6 棍凝土轴心抗压强度标准值 f c k 3 5 ． 5 N ／ m 7 普通钢筋强度设计值 3 6 0 N ／ n 8 普通钢筋强度标准值 肌 4 0 0 N ／ Ⅱ 9 预应力钢筋抗拉强度设计值 y 1 l 1 0 N ／ 1 0 预应力钢筋抗拉强度标准值 t k 1 5 7 0 N ／ r 呻 1 1 预应力钢筋的抗压强度设计值 f ， p y 4 1 0 N ／ Ⅱ 1 2 张拉控制应力 o c o n 1 0 9 9 N ／ 1 3 预应力钢筋的有效控制应力 O p o 9 3 7 ． 5 4 N 1 4 钢筋内 缩引起的预应力损失 0 L 1 1 3 ． 4 9 N ／ Ⅱ 1 5 钢筋与钢模的温差引起的预应力损失 O L 3 0 N ／ Ⅱ 1 5 应力松弛损失 0 u 2 7 ， 4 8 N ， Ⅱ 1 7 棍凝土收缩、徐变引起的预应力损失 0 L 5 l 0 9 ． 9 N ／ 1 8 预应力钢筋作用在棍凝土截面上法向 应力 0 P 1 0 ． 5 9 N ^ 1 9 预应力总损失值 O L 1 6 L 4 6 M 2 0 电杆内半径 r l 1 7 8 ． 5 2 1 电杆外半径 r 2 2 5 8 ． 5 2 2 普通钢筋所在圆半径 2 3 0 ． 5 2 3 预应力钢筋所在圆半径 r p 2 3 5 2 4 预应力钢筋弹性模量 2 0 5 0 0 0 N ／ Ⅱ 2 5 { 昆 凝土弹性懊量 k 3 5 5 0 0 N ／ TⅢ 2 6 配筋率 p 0 ． 0 2 1 2 7 a 、a t 值 O 、a t 0 ． 3 8 0 ． 4 3 施加预应力时的混凝土立方体抗压强度 f c u 3 8 ． 5 N 2 8 ( 脱模强度) 预输入值 编号 名称 符号 数值 单位 1 电杆梢径 D 3 5 0 砌 2 电杆杆长 L i 5 0 0 0 n Ⅱ n 3 电杆壁厚 6 8 0 Ⅱ Ⅲ 1 4 普通钢筋数量 l 8 根 5 普通钢筋直径 1 6 I啪 6 预应力钢筋数量 3 0 根 7 预应力钢筋直径 7 I砷 8 钢筋保护层厚度 2 0 耵 n 9 棍凝土强度 C 5 5 1 0 普通钢筋类型 躲B 4 0 0 l l 预应力钢筋类型 预应力钢丝 1 2 电杆养护方式 窑式养护 l 3 安全系数 B U 2 ． O 1 4 计算取值 设计值 1 5 承载力检验弯矩 l u 4 0 9 ． 0 0 k N ． m 1 6 开裂检验弯矩 ■ k 2 0 4 ． 5 0 k N ． m 下拉列表 棍壤土强度 f c f c k E c 养护方式 c 4 o 1 9 ． 5 2 6 ． 8 3 2 5 0 0 窑式养护 C (t 5 2 1 ． 1 2 9 ． 6 3 3 5 0 0 直筒式养护 C 5 0 2 3 ． 1 3 2 ． 4 3 4 5 O 0 电杆型号 C 5 5 2 5 ． 3 3 5 ． 5 3 5 5 0 0 1 5 0 C 6 0 2 7 ． 5 3 8 ． 5 3 6 0 0 0 1 7 0 普通钢筋 f y f E S 1 9 0 } 砩 3 0 0 2 7 0 3 00 21 0 0 0 0 23 0 8 3 3 5 3 0 0 3 3 5 2 0 0 0 0 0 3 l 0 } 础 4 0 0 3 6 0 4 0 0 2 0 0 0 0 0 3 5 0 } 邱 5 0 0 q 3 5 5 0 0 2 0 0 0 0 0 4 7 0 钢筋名称 f p y a c o n f ， p 冷轧带肋钢筋 1 1 1 0 1 5 7 0 1 1 7 7 ． 5 4 1 0 碳景 } ／ 刻痕钢丝 1 1 i 0 1 5 7 0 1 0 9 9 4 1 0 钢筋名称 E s 0 L 4 冷轧带肋钢筋 2 0 5 0 0 0 9 4 ． 2 碳紊劂 痕钢丝 2 0 5 0 0 0 2 7 ． 4 8 预应力钢筋合力点棍凝士法向 压应力： 0 p c 9 ． 5 7 0 备注：0 p c 的计算方} 圭 l用D L ， r 5 l 5 4 — 2 O 1 2 中的 8 ． 3 ． i - 5 的计算公式。 计算公式引用G D S 0 0 1 0 — 2 0 1 0 规范的条例： E ． 0 ． 2环形和圆彤截面受 构件的正截面受驾蘑载 力计算规定。 E ． 0 ． 3钢筋棍凝土构件和预应力棍凝土构件正截面 弯矩计算规定。 1 0 ． 2预应力损失值计算。 1 0 ． 1预应力棍凝土结构构件一般规定。 普通钢筋分段 编号 普通钢筋长度 数量 电杆杆长 钢筋数量 配筋弯矩 需求弯矩 备注 1 1 4 8 0 0 6 0 ． 2 I n 6 8 3 ． 7 9 1 6 ． 6 3 合格 2 i 4 0 0 0 2 1 ． 0 I 【 l 8 8 6 ． 8 6 l 7 ． 7 8 合格 3 I 1 0 0 0 2 4 ． 0 m 1 0 l 0 8 ． 7 9 6 5 ． 4 4 合格 4 9 0 0 0 2 6 ． 0 I 【 l 1 2 1 2 9 ． 3 2 9 8 ． 1 6 合格 5 6 0 0 0 2 9 ． O 1 4 l 5 8 ． 2 3 1 4 7 ． 2 4 合格 6 4 5 0 0 2 1 O ． 5工 【 l 1 6 1 7 9 ． 1 8 l 7 1 ． 7 8 合格 7 3 5 0 0 2 1 1 ． 5 I 【 l 1 8 1 9 5 ． 7 9 l 8 8 ． 1 4 合格 8 2 5 0 0 0 l 2 ． 5 r n 1 8 2 0 4 ． 5 0 2 0 4 ． 5 0 合格 合计 1 8 4 8 0 0 1 8 。 钢材重量： 2 9 1 ． e 8 k 暑 2 50． 00 2 O0 O0 l 50 OO i 00 O0 50 0O U ． U U I - _ 。 0 2m 1． 0m 4 0m 6 0m 9． 0 m i 0 5m 1 1 5m 12 5m 图 1 部分预应力配筋及弯矩验算 的前提下 ， 最大限度提高最大弯矩设计值。 5结语 利用 E x c e l 表格进行环形混凝土 电杆配筋设计 具有如下优势 ： ①配筋设计快捷 、 方便直观 ， 计算结 果准确 ， 减少 了大量的工作量 ； ②可以增强设计人员 对电杆结构设计要素条件的认识 ：③设计验算时可 以对假定条件予以即时调整 ，在保证充分满足产品 性能要求的前提下 ， 合理配置钢筋 ， 从而做到安全可 —— 4 0— — 靠 、 经济合理。 收 稿 日期 ： 2 0 1 4— 0 2 — 2 7 作者简 介： 吴赤球 ( 1 9 6 3 一 ) ， 男 ， 高级 程师。 通 讯地 址 ：湖北 省宜 昌市夷陵 区龙 泉镇 钟家畈村 l 1组 宜 昌 吕耀 水 泥 制 品 有 限 责 任公 司 联系电话 ： 1 3 3 1 7 5 6 9 0 2 8 E —ma i l ： c y d q@ 1 6 3 ． c om 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m