部分预应力混凝土电杆在10kV线路中的应用及配筋优化设计.pdf

2 0 1 4年第 9期 9月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C ONC RE T E AND CE MEN T P RODUC T S 2 01 4 No 9 Se p t e mbe r 部分预应力混凝土电杆在 1 0 k V线路 中的 应用及配筋优化设计 吴赤球， 姚圣禹， 吕 伟 ( 宜昌昌耀水泥制品有限责任公司 ， 4 4 3 0 0 2 ) 摘 要 ： 介绍 了在 1 0 k V线路 中如 何选用合 适弯矩 的部分预应 力电杆 ， 以及对部分预应 力电杆 中的普通钢筋进行 优化设计 ， 并对 实际应用作 了经济分析 。 结果表明 ： 通过优化设计 ， 部 分预应 力电杆 中普通钢筋具有更好 的经济优 势。 关 键 词 ： 部 分 预 应 力 电杆 ； l O k V 线 路 ； 优 化 设 计 Ab s t r a c t ：Ho w t o s e l e c t t h e p a r t i a l l y p r e s t r e s s e d c o n c r e t e w i t h a p p r o p r i a t e b e n d i n g mo me n t i n t h e l O k v l i n e a n d t h e o p t i mi z a t i o n d e s i g n o f o r d i n a r y s t e e l b a r o f t h e c o n c r e t e p o l e a r e ma i n l y i n t r o d u c e d Me a n w h i l e ， t h e e c o n o mi c a n a l y s i s o f i t s a c t u al a p p l i c a t i o n i s ma d e r I 1 l e r e s u l t s s h o w t h a t o rd i n a r y s t e e l i n t h e p a r t i all y p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p o l e h a s b e t t e r e c o n o mi c a d v a n t a g e b y o p t i mi z i n g d e s i g n Ke y wo r d s ： P a rti a ll y p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p o l e ；1 0 k V l i n e ；O p t i mi z a t i o n d e s i g n 中图分类号 ： T U 5 2 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4 ) 0 9 3 0 0 4 0前言 随着国家电网的不断建设 ，部分预应力混凝土 电杆 因具有 比预应力混凝土电杆承载力强 、 比普通 钢筋混凝土电杆抗裂性能好等优点 ， 在 1 1 0 k V及 以 下输配电线路中得到了广泛使用。但是如何选用合 适弯矩的部分预应力混凝土电杆 ， 以及如何对部分 预应力混凝土电杆进行配筋设计显得尤为关键。 1 设 计条 件 ( 1 ) 1 0 k V线路 双 回直 线 杆 ； ( 2 ) J K L Y J 一 1 0 2 4 0导线 ； ( 3 ) 水平档距 5 0 m， 垂直档距 5 0 m； ( 4 ) 风速 2 5 m s ， 覆冰 1 0 ra m。 选用 O1 9 0 m mx l 2 m部分预应力混凝土电杆 为 例，混凝土设计壁厚为 5 0 m m，混凝土强度等级为 C 5 0，预应力主筋采用 为 1 5 7 0 MP a的高强钢丝 ， 非预应力主筋采用 HR B 4 0 0螺纹钢。电杆安装尺寸 如 图 1 所 示 。 2 荷载计算 按 G B 5 0 0 6 1 2 0 1 0 ( 6 6 k V及以下架空电力线路 设计规范 ， 进行荷载计算。 根据设计规范 8 1 8规定 ，各类杆塔均应计算 线路的运行工况 、 断线工况和安装工况的荷载。 ( 1 ) 运行工况下导线最大风荷载 Wx = o q x , 以 W0 =0 8 5 x 1 I x O O 2 6 8 5 O 2 5 2 1 6 0 0 = 0 4 8 9 4 k N 一 3 0 2 0 昌 i 軎 0 0 o 0 謇 i 一2O0o 单位 ： m m 注 ： 导线布置为标高 9 1 m， 4根 ， 标高 9 7 5 m， 2根 。 图 1 电杆安装示意图 式 中： 为风向与线路垂直情况下导线或地线 风荷 载 的标 准值 ， k N； O 为 风荷 载 档距 系 数 ， 2 0 2 9 m s风 速 时 取 0 8 5 为 风荷 载 体 型 系 数 ， d 断线工 况下 的电杆埋 深线 处抗 裂检 验 弯矩 ： 安装 工 况下 的 电杆埋 深线 处抗 裂检 验弯 矩 。 综上所述 ，电杆埋深线处抗裂检验弯矩 33 23 k N m 。 3配筋 设计 根据 G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 ( 混凝土结构设计规范 进 行配筋设计。 部分预应力混凝土电杆截面弯矩计算 ： Mk =M k 。 ( r l + r 2 ) 旦 A + 厶 A 曼 + ) A r p 式 中 ： 为 电杆 截面开裂检验 弯矩 ， k N m； M 为弯矩设计值 ， k N m； i 为安全系数 ， 取值 2 0 。 其 中， 的值 根据 G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0中 E 0 3 1和 E 0 3 2的公式进行计算 ， 将 O t 1 1 5 o z 带人 已知式 中 ， 得 ： ： 丽fi A , +，Af , A + p 当混 凝 土小 于 C 6 0时 ， 0 = 1 ； 故 ： 丽 预应 力损失 值按 G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0中表 1 0 2 1 的要求进行计算。 因为电杆 的截面弯矩计算公式较为复杂 ， 且采 用 的是预估计算法 ， 当计算结果与需求值相差较大 时， 必须重新 计算 ， 计算过程 比较复杂且容易 出现 错误 所 以为 了能够 简单 、 快速 、 准确 地计算 出配 筋 。可以将 以上公式导入到 E x c e l 表格中进行 函数 一 31 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 9期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 1 期 计算。 对 O1 9 0 m mx l 2 mx B Y电杆 配筋为 ： 2 0 4 8 mm 预输入值 糠号 名称 符 号 数值 单位 1 电杆梢径 D 1 9 O 2 电杆杆长 L l 2 0 0 0 3 电杆壁庳 6 5 O 4 普通蛔筋数 量 6 掇 5 普通蝌筋直径 中 1 2 6 预 应力蝌筋披 2 0 根 7 预应力锕筋直 径 0 4 8 8 婀筋保护层厚度 2 0 9 昆 凝土强度 C 5 O 1 O 普通悄筋类 型 腿 B 4 0 O l 1 埘应力钢筋类 型 碳 囊 刻痕稍丝 1 2 电杆井护方式 夸式养护 1 3 安全 系数 k 2 0 1 5 晕t 力检 验弩 矩 I u 6 7 O 0 k 1 1 B 开裂 检验 穹 矩 I k 3 3 5 0 抗裂性 1 验算 ( D L T 5 1 5 4 2 0 1 2 ) 配崩率 I p l 0 0 1 2 l 合格 1 7 0 i l 合格 含筋瘴 U B Y O 6 5 合格 扰裂 验算 0 0 0 0 0 0 0 台格 0 9 5 7 O 0O Mk =3 3 5 k N I n Mj =3 3 2 3 kN m ，以上配筋完全 能够 满 足 该 l O k V线 路 双 回 直线杆 的使用。 4配筋 优化 设计 部分预应力 电杆在进行 破坏荷载试验 中直至杆断裂 时 ，梢径 3 m 以上上杆段一 般未出现裂纹 。且据统计数 据可知 。所有常规配筋 电杆 梢径部位在力学性能试验加 荷至杆断裂时。 杆长 1 0 m的 预应力钢筋+ 6 01 2 mm普通钢筋时的弯矩 计算见 表 1 。 表 1 部分预应力混凝土电杆配筋计 算 计算结 果 蝻号 名称 符号 数值 单位 l 泥凝土方 量 O 1 5 I ， 2 渥凝土撒 面积 4 2 8 8 3 m 3 纵 向普遁锕 筋截面积 A s 6 7 9 B lltz 纵 向预应 力橱 筋截面积 A p 3 6 2 nt 5 漉凝土轴心扰 压强度设计值 f 2 3 1 N n 6 l混凝土轴心扰 压强度标准值 f e k 3 2 4 N ra m 7 普通惆筋 强度设计值 f y 3 6 O N ra m 8 普通 l 冈 筋 强度标准值 f 4 0 0 N m ：l 9 预应 力橱 筋扰拉强度设计值 f p y 1 l 1 O N m m 1 O 预应 力锕 筋扰拉强度标准值 f 0 t k 1 5 7 0 H 1 l 1 预应 力1 日 筋的抗压强度设计值 f 4 l 0 N n 1 2 张拉控 制应力 1 0 9 9 N ， m - l 3 预应 力锕筋 的有效控制应 力 9 1 6 5 4 N z m l 4 钢筋 内埔 引起 的预应力损 失 口L 1 1 6 8 H n l 5 I | 筋 与l 阿 棋 的温茬 l 起的顸应 力损失 0 N n i 6 庙 力松 弛掼失 2 7 4 8 N a m 1 7 棍凝 啦墉、徐变 1 起 的预应力损失 1 2 0 6 3 N n l 8 预应 力蜩筋作用在棍凝士 截面上法 向应 力 8 5 5 H _ l 9 豫应 力总损失值 1 8 2 4 6 N n 2 O 电杆 内 半 径 11 1 5 2 l 电杆外 半径 1 6 1 5 2 2 普通蜩筋 所在圆芈径 1 3 5 5 2 3 预应 力橱 筋所在四半径 1 3 9 1 2 积应 力埘 筋弹性棋量 E 2 0 5 0 0 0 精 ， n - 2 5 棍凝 弹性棋t E 0 3 t 5 O O N ， 2 6 配筋 率 O 0 1 2 2 7 0 、0 t 值 0 、0 t O 3 5 O 4 7 5 施加预 应力时的祸凝立 方体抗压强度 2 8 f ， e u 3 5 N a m ( 脱棋 强度 ) 预 向 入值 编 号 名称 符号 数值 单位 l 电杆梢径 D 1 9 0 2 电杆杆长 L 1 2 0 0 0 3 电杆壁厚 6 5 0 4 普通钢筋数量 6 根 5 普通钢筋直径 0 1 2 m 6 预应 力钢筋数量 2 0 根 7 预应力簪 I 箭直径 0 4 8 8 钢筋保护_层厚度 2 0 口 涅凝土强度 C 5 0 1 0 普通钢筋类型 H R 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 室式养护 1 3 安全系教 k 2 O 1 4 承载力 检验弯 矩 M u 6 7 0 0 m 1 5 开裂检验弯矩 I n 【 3 3 5 O k N m 下拉列衰 昆 慝土强度 f f e E c 养护方式 C 4 0 1 9 5 2 6 8 3 2 5 O 0 奢式 莽护 C 4 5 2 1 1 2 9 6 3 3 5 0 O 直筒 式养护 C 5 O 2 3 1 3 2 4 3 4 5 O O 电杆 型号 C 5 5 2 5 3 35 5 3 5 5O 0 1 5 0 C 6 O 2 7 5 38 5 3 5 00 0 1 7 0 普通婀 筋 h E S 1 9 0 I I P B3 00 2 7 O 3 00 21 O 0 0O 2 3 0 H P B3 35 3 O O 3 35 2O 0 0 0O 3 1 0 H R B4 00 3 6 0 4 00 20 O 0 00 3 5 0 H R B5 00 4 3 5 5 00 20 0 0 00 4 7 0 橱箭 名称 f 口 v f I f 口 v 冷轧 带肋调筋 1 1 l 0 1 5 7 0 1 l 7 7 5 4 1 0 碳囊 刻痕钢丝 1 1 l 0 1 5 7 0 1 0 9 9 4 1 0 t P J 筋 名 称 g# 口L 4 将轧 带肋蜩筋 2 0 5 0 0 0 9 4 2 碳囊 刻痛橱丝 2 0 5 0 0 0 2 7 4 8 预应 力峒筋台力点混凝土法 向压 应 力： 0 p c 9 5 7 0 备注 ： 口 c 的计算方 法 用D L T 5 l 5 4 2 0 1 2 中的 8 3 1 _ 6 的计 式 计算公 式引用C B 5 o o l o - 2 o l 0 规范的条倒 ： E o 2环形和图形截 面受穹椅件的正截面受 穹承载力 计算规 定。 E o 3锶筋棍凝土构件和 预威力Q-I- 件 芷越面穹 矩计算规 定。 l O 2预 应力损失值计算 。 l O 1预 应力混凝土结构构件 一般规定。 普通钢筋分段 编号 普通钢筋长J鲎 数量卓杆枰长 辆筋数量 砣链弯矩 需隶弯拒 鲁洼 1 1 1 8 0 0 6 0 2 m 6 l 5 1 6 3 4 2 舍格 2 1 0 0 0 0 O 2 0 ii1 6 1 7 0 9 4 1 9 舍格 3 9 0 0 0 0 3 0 m 6 l 8 9 1 l 0 0 5 舍格 4 8 0 O 0 0 8 0 m 6 2 5 O 2 2 O 1 O 合格 5 O 0 0 0 7 0 m 6 2 7 0 8 2 3 4 5 合格 6 4 0 0 O 0 8 0 m 6 2 9 3 4 2 6 8 0 合格 7 3 0 0 O 0 9 0 m 6 3 1 4 4 3 0 1 5 合格 8 2 0 0 O 0 1 0 0 m 6 3 3 5 0 3 3 5 0 合格 合计 7 0 8 0 0 6 钢材】 Hl ： 6 3 O l k 口 4 0O 0 35o o ： 3 0 o o 2， O 0 2 0o o 1Soo 1 0oo So0 0 2 m 1 0 m 1 o m，O mO m 7 5 m 0m t O Om 图 2 部 分预应力混凝土 电杆分段配筋及弯矩验算 杆 型 ，在 3 m位 置 没有 出现裂 纹 ；杆长 l O m 的杆 型 。 在 1 5 m位置没有出现裂纹。 虽然 电杆梢径部位的混凝 土截 面积 A 随着 电 杆锥度 的变化从下向上而减少 ， 但是影响电杆弯矩 值大小 的主要数值是纵向普通钢筋的截面积 A 和纵向预应力钢筋的截面积 A ， 因为预应力钢筋需 要两端进行锚固张拉 ， 所 以 A 无法分段减少 ， 但是 普通钢筋的截面积 A 可 以根据 电杆实际弯矩值 的 变化进行分段配置。 对普通钢筋进行分段配筋 时， 需要对电杆每段 截 面积进行计算 ， 验算是否达到设计要 求 ， 同样也 可以将每段截面的弯矩计算公式导人到 E x c e l 表格 一 3 2一 中进 行 计 算 ，以下 为 01 9 0 m mx 1 2 mx B Y 电杆 配 2 0 0 4 8 m m预应力钢 筋和 6 0 1 2 m m( 1 1 8 m) 普通钢 筋时的弯矩 见图 2 。 由图 2可知 。梢径 0 2 3 m杆段 的配筋弯矩值 比实际需求弯矩值要多 2倍以上 ， 将该杆段的普通 钢筋数量进行优化 ， 并重新验算 。 将 01 9 0 m m x 1 2 m x B Y 电 杆 配 筋 更 改 为 2 O H 4 8 mm预应力钢筋和 6 0 1 2 mm( 9 m) 普通钢筋 。 验 算后的弯矩见图 3 。 通过 图 3可以看 出电杆梢径 1 3 m位置未配置 普通钢筋 ， 仅 有 2 0 0 4 8 ra m预应力钢筋 ， 但是该处 截面的弯矩值全部符合要求0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 吴赤球 ， 姚圣禹 ， 吕 伟部分预应力混凝土电杆在 l O k V线路中的应用及配筋优化设计 预 输 入 值 普 通 钢 筋 分 段 5力学性 能测试 编号 名称 符号 数值 单 位 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 l 电 杆梢 径 D 1 9 0 1 l l 8 0 0 0 0 2 m 0 9 9 8 3 4 2 舍 格 基 于 GB T 4 6 2 3 2 o o 6 2 电杆杆长 L 1 2 0 0 0 2 1 0 0 O 0 0 2 0 m 0 l 1 2 0 4 1 9 合格 3 电 杆 盛 厚 6 5 0 3 9 O 0 0 6 3 0 n l 6 l 8 9 l l 0 O 5 合 格 环形混 凝土 电杆第 6 5 4 普 通钢筋数量 6 根 4 6 0 0 0 O 6 O m 6 2 5 O 2 2 0 1 O 合格 普 通 钢 筋 直 径 1 2 5 0 0 0 0 7 0 m 6 2 7 0 8 2 3 4 5 合 格 条规定 0 1 9 0 m mx l 2 mx B Y 6 预 应力钢筋数 量 2 0 根 6 4 0 0 0 O 8 0 m 6 2 9 3 4 2 6 8 O 台格 7 颈 应 力 钢 筋 直 径 由 4 8 7 3 0 0 0 0 9 0 m 6 3 1 4 4 3 O 1 合 格 电杆 的两种 配筋方案分别 8 钢 筋 僳 护 屡 厚 度 2 0 8 2 0 0 0 0 l O 0 m 6 3 3 5 O 3 3 5 0 合格 9 混 凝 土 强 度 C 5 0 合 计 5 4 0 0 0 6 钢 材 】 量 ： 4 8 0 6 k z 为 ： 2 O H 4 8 mm+ 6 01 2 mm l O 普 通 钢 筋 粪 霉 ! H R B 4 0 0 1 l 预 应 力 钢 筋 类 型 预 应 力 钢 丝 4 0 O 0 ( 1 1 8 mx 6 ) ； 2 0 0 H 4 8 m m 1 2 电 杆 养 护 方 式 窑 式 养 护 ， 5 o o l 3 安 全素数 k 2 0 口 二 6 0 1 2 m ( 9 m x 6 ) 。 对 两 种 配 25O0 2 0 o o 筋的电杆进行力学性能试 l 4 承 慧 力 检 验 弯 矩 M U 6 7 O 0 l 【 N m 15I ) 0 1 0 o o 验 ， 试验结果如表 2所示。 Soo 1 5 开 裂 检 验 弯 矩 3 3 5 0 k N m 由表 2可知 ， 计算电杆 O 2m 1 0m 2 Oi n， m 6 0m 7 5m0m 1 0 m 图3 部分预应力混凝土电杆分段配筋及弯矩验算优化结构 性能要习 之 ，配 2 0 0 4 8 mm斗 表 2 混 凝土电杆 力学性能试验对比表 编号 加荷百分 比 加荷值01 9 0 mm x l 2 mx B Y电杆试验情况 k N 配筋 2 0 0 H 4 8 + 6 01 2 ( 1 1 8 mx 6 ) 配筋为 2 0 0 H 4 8 + 6 01 2 ( 9 m x 6 ) 6 01 2 mm( 1 1 8 rex 6 ) 的 电杆 在 承 载力 荷 载试 验 中 ， 梢 径 0 4 m 段 一 直 未 出现 裂 纹 。而 配 2 0 0 4 8 m m+ 6 01 2 mm( 9 m 6 ) 的 电杆 在 承 载 力 荷 载试 验 中 ， 梢 径 2 5 m段 在 加荷 至 开裂 检 验荷 载 的 2 5 0 时 出现 了裂 纹 但两种配筋 的电杆实际弯矩都超过了设计要求 的 3 3 5 k N m。 分析比较成本 ： 两种电杆的配筋中螺纹 钢重量相差 了1 4 9 5 k g 。以螺纹钢平均单价 3 5元 k g 计算 ， 两种配筋的杆型成本相差了 5 2 - 3 元。 6结论 通 过 对 部 分 预 应 力 混 凝 土 电杆 的 配 筋 进 行 优 化设计 ， 特别是 电杆梢径部位 的配筋 ， 通过严格 的 计算 ， 配置更 为合理 的钢筋 ， 有效地节省了钢筋 资 源 。 降低了企业的生产成本 。以年产部分预应力混 凝土电杆 5万根为例 若每根电杆 的钢材成本节约 5 O元 。 年节约成本可达到 2 5 0万元。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 7 2 7 作者 简介： 吴赤球 ( 1 9 6 3 一 ) ， 男 ， 高级工程师 。 通讯地址 ： 湖北省宜 昌市夷陵区龙泉镇 钟家畈村 1 l 组 联系电话 ： 1 3 3 1 7 5 6 9 0 2 8 E -ma i l ： c y d g 1 6 3c o m 一 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m