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(jí)越來越高，線徑越來越粗，對(duì)電力線路安全和等級(jí)提出了更高的要求，從而推動(dòng)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?，F(xiàn)簡(jiǎn)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(duì)鋼筋混凝土電桿力學(xué)性能檢測(cè)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。

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(jí)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(shì)，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(jí)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(jí)（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”。

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(jí)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(shì)。
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。

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)。

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(jí)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(duì)比如下：

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(duì)預(yù)應(yīng)力桿、非預(yù)應(yīng)力桿有明顯優(yōu)勢(shì)。

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(zhǎng)、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。