環(huán)形部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿原理和結(jié)構(gòu)

為了推動(dòng)混凝土與水泥制品行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新， 我國(guó)發(fā)布了由中國(guó)混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)制定的《混凝土與水泥制品行業(yè)技術(shù)進(jìn)步指南（2009）》。其中強(qiáng)調(diào)要以市場(chǎng)為導(dǎo)向，重點(diǎn)發(fā)展高（高強(qiáng)、高工壓、高耐久性）、大（大口徑、大規(guī)格、大彎矩）、新（新型建材及制品）、特（特殊功能、特殊用途、特殊規(guī)格）的水泥制品，如預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁、異型樁、大規(guī)格超長(zhǎng)管樁，大梢徑、大彎矩混凝土電桿（即高承載力環(huán)形部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿）。本文就是圍繞高承載力環(huán)形部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿在輸電線路上的應(yīng)用來(lái)展開的。

1、原理和結(jié)構(gòu)

部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿是相對(duì)于全預(yù)應(yīng)力混凝土電桿而言的。全預(yù)應(yīng)力混凝土電桿施加預(yù)壓力的程度，是以結(jié)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)荷載下，電桿受拉區(qū)邊緣不出現(xiàn)拉應(yīng)力；部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿則允許電桿產(chǎn)生拉應(yīng)力或允許構(gòu)件出現(xiàn)有限制的細(xì)小裂縫。我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土是根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)抗裂性能的要求，分為嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫、一般要求不出現(xiàn)裂縫和允許出現(xiàn)裂縫三個(gè)等級(jí)?，F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4623-2006將電桿分為有限預(yù)應(yīng)力混凝土電桿和部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿，規(guī)定有限預(yù)應(yīng)力混凝土電桿在標(biāo)準(zhǔn)荷載100%時(shí)，不得出現(xiàn)裂縫，即抗裂檢驗(yàn)系數(shù)允許值大于1.0；部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿在標(biāo)準(zhǔn)荷載80%時(shí)，不得出現(xiàn)裂縫，即抗裂檢驗(yàn)系數(shù)允許值大于0.8，在100%標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下，裂縫寬度小于0.1 mm。現(xiàn)行預(yù)應(yīng)力混凝土電桿國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的有限預(yù)應(yīng)力混凝土電桿相當(dāng)于二級(jí)，部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿相當(dāng)于三級(jí)。二級(jí)是標(biāo)準(zhǔn)荷載下混凝土電桿抗拉強(qiáng)度的極限狀態(tài)，三級(jí)是80%標(biāo)準(zhǔn)荷載下混凝土電桿抗拉強(qiáng)度的極限狀態(tài)。

1.1 設(shè)計(jì)原則

錐形電桿是一種變截面構(gòu)件，錐度一般為1/75，頂部和根部的直徑與截面積相差較大，這主要是根據(jù)電桿的受力特點(diǎn)決定的。這種電桿的配筋，可以用部分通長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋，另外根據(jù)設(shè)計(jì)彎矩要求在根部段布置一定長(zhǎng)度的非預(yù)應(yīng)力鋼筋骨架，從根部到頂部逐段抽筋，以此來(lái)滿足部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿的抗裂要求，同時(shí)又能達(dá)到桿段所需要的強(qiáng)度要求。桿段的截面積、配筋率、承載能力從頂部向根部逐步增加，與外力對(duì)電桿所產(chǎn)生的彎矩大小保持一致，從而做到省材、性能好、結(jié)構(gòu)合理

1.2 構(gòu)成材料

預(yù)應(yīng)力主筋采用熱處理鋼筋40Si2Mn，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1470N/mm²。或消除應(yīng)力螺旋筋鋼絲，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1570N/mm²，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 5223-2002《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲》。非預(yù)應(yīng)力主筋采用HRB335（20MnSi）或HRB400（20MnSiV），強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值分別為335N/mm2和400N/mm²，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB 1499-1998《鋼筋混凝土用熱軋帶鋼筋》。

混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C60，采用42.5級(jí)及以上普通硅酸鹽水泥。

2、性能特點(diǎn)

高承載力環(huán)形部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿作為一種新型桿塔結(jié)構(gòu)型式，相比普通混凝土電桿和鋼結(jié)構(gòu)桿塔，在許多方面存在著明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.1 與普通混凝土電桿相比

承載力明顯提高，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，使其承載力比普通混凝土電桿提高3~5倍，滿足大線徑、大檔距、多回路輸電線路的設(shè)計(jì)要求。

在鋼筋配置上，選用碳素鋼絲與Ⅱ級(jí)鋼進(jìn)行優(yōu)化組合配置，充分發(fā)揮不同材料的力學(xué)性能，使其更加合理。

兼有預(yù)應(yīng)力混凝土電桿與普通混凝土電桿兩種結(jié)構(gòu)的*性，使其具有較好的韌性和抗裂性，更好地將裂縫、變形及破壞控制在使用條件下，結(jié)構(gòu)安全可靠。改進(jìn)混凝土配合比，摻入特殊外加劑及活性材料，提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，大大提高產(chǎn)品抗腐蝕性和耐久性，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。

2.2 與鋼結(jié)構(gòu)桿塔相比

造價(jià)低：比相同承載力的鋼結(jié)構(gòu)桿塔要降低造價(jià)30%以上，如果是直線桿替換鐵塔，則可降低造價(jià)40%以上（含基礎(chǔ)、安裝、維護(hù)費(fèi)用）。

使用壽命長(zhǎng)：比鋼結(jié)構(gòu)桿塔可延長(zhǎng)使用壽命15年左右。

免打拉線，節(jié)約占地補(bǔ)償費(fèi)：高承載力電桿比鋼結(jié)構(gòu)桿塔占地補(bǔ)償費(fèi)要少3倍以上。

安裝簡(jiǎn)捷、方便，大大縮短施工工期。

美化城市，無(wú)需日常維護(hù)費(fèi)用，避免鋼結(jié)構(gòu)桿塔因時(shí)間長(zhǎng)而生銹所導(dǎo)致的影響市容或增加維護(hù)費(fèi)用的情況。

3、結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電力需求越來(lái)越大，對(duì)電網(wǎng)建設(shè)的要求越來(lái)越高，兩大電網(wǎng)公司正積極開展“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型"“新技術(shù)、新材料、新工藝"輸電線路建設(shè)。作為“兩型三新"電網(wǎng)建設(shè)的體現(xiàn)，高承載力環(huán)形部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿在輸電線路上的適應(yīng)范圍將越來(lái)越廣，它將取代相當(dāng)一部分的鋼結(jié)構(gòu)桿塔而成為一種主流線路器材，必將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。