不同結構環形混凝土電桿的特點分析
湖北中南管道有限公司，蔣強忠? 430065

近年來，隨著全國城鄉電網建設的迅速發展，電力架線等級越來越高，線徑越來越粗，對電力線路安全和等級提出了更高的要求，從而推動電桿向超高、大彎矩方向發展。
為了滿足城鄉電網建設的需要，電桿結構形式也從單一的非預應力電桿（即鋼筋混凝土電桿）、和純預應力電桿向復合型結構——部份預應力鋼筋砼結構方向發展。現簡單介紹一下這三種不同結構電桿的優劣。
一、非預應力電桿
非預應力電桿（國標中稱鋼筋混凝土電桿）是我國早期生產的一種架線桿，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應力鋼筋承受，屬于普通鋼筋混凝土構件類型，故在結構配筋時，耗鋼量大，同時抗裂性能差，極易出現裂紋。
新國標GB4623-2014《環形混凝土電桿》中對鋼筋混凝土電桿力學性能檢測抗裂性能 “鋼筋混凝土電桿加荷至開裂檢驗荷載時，裂紋寬度不得超過0.20mm，卸荷后殘余寬度不應大于0.05mm”要求中可以看出，電桿在達到檢驗荷載時允許有環向裂縫，說明其出現裂縫難以避免，抗裂性能差。
從實際使用(yong)(yong)中也可看到，采用(yong)(yong)鋼筋(jin)(jin)混凝土電(dian)(dian)(dian)桿(gan)(gan)架設的(de)(de)(de)供電(dian)(dian)(dian)線路，經過(guo)3年(nian)運行后，70%的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)桿(gan)(gan)出現不同(tong)程度的(de)(de)(de)環(huan)向和縱向裂紋(wen)；5年(nian)運行后，90%的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)桿(gan)(gan)均出現裂紋(wen)，其中許多(duo)電(dian)(dian)(dian)桿(gan)(gan)環(huan)向裂紋(wen)出現銹蝕(shi)斑點。當裂縫(feng)出現后，由于雨水和潮氣(qi)浸入裂縫(feng)，到達鋼筋(jin)(jin)后就產生(sheng)銹蝕(shi)，造(zao)成(cheng)電(dian)(dian)(dian)桿(gan)(gan)強(qiang)度的(de)(de)(de)降低。并且(qie)在冬季反復結冰(bing)膨脹，使砼保護層剝落，鋼筋(jin)(jin)裸(luo)露在空氣(qi)中，致(zhi)使主(zhu)筋(jin)(jin)銹蝕(shi)，這樣，耐久性降低嚴重影響(xiang)使用(yong)(yong)壽命。

二、環形預應力混凝土電桿
環形預應力混凝土電桿縱向主筋為預應力鋼筋。是一種預應力混凝土預制構件。早期預應力電桿均采用甲級冷拔絲（抗拉強度fpy=650MPa）作為縱向預應力筋，現在主要采用預應力混凝土用高強鋼絲（抗拉強度fpy=1570MPa）作為預應力筋（見右圖）。預應力混凝土電桿因通過張拉設備，預先將預應力筋張拉，待混凝土強度達到脫模強度后，切斷鋼筋的錨固頭，使鋼筋存在收縮趨勢，形成電桿兩端向中間的預壓應力，從而提高電桿的剛度和抗裂性能。新國標GB4623—2014《環形混凝土電桿》中預應力電桿檢驗要求當加荷到100%開裂檢驗荷載時，不允許出現裂紋，表明此類電桿的抗裂性能較好。
因受(shou)到電(dian)桿(gan)(gan)壁厚和混凝(ning)土(tu)(tu)強度等(deng)級(ji)的影響，預(yu)應力(li)筋(jin)配(pei)筋(jin)數(shu)量有限，所以(yi)只能(neng)生(sheng)(sheng)產小彎矩(ju)電(dian)桿(gan)(gan)，承載能(neng)力(li)偏低。新(xin)國標GB4623-2014《環形混凝(ning)土(tu)(tu)電(dian)桿(gan)(gan)》產品規格表(biao)中(zhong)，預(yu)應力(li)最(zui)高(gao)只能(neng)達到O級(ji)（開裂(lie)檢驗荷載8.0kN）。一般只用(yong)于10kv以(yi)下(xia)，線徑(jing)較小的輸電(dian)線路工程。生(sheng)(sheng)產中(zhong)當預(yu)應力(li)筋(jin)分布不均，或張拉(la)(la)斷筋(jin)時(shi)，極易出現(xian)彎桿(gan)(gan)、縱向(xiang)裂(lie)縫等(deng)質量問題。還有因預(yu)應力(li)值過高(gao)，電(dian)桿(gan)(gan)產生(sheng)(sheng)的橫向(xiang)拉(la)(la)應力(li)也(ye)大(da)，易超過混凝(ning)土(tu)(tu)本身的抗拉(la)(la)力(li)而出現(xian)裂(lie)縫。使用(yong)中(zhong)，當遇到無法(fa)承受(shou)的外(wai)力(li)影響（大(da)風、碰撞(zhuang)）時(shi)，預(yu)應力(li)鋼筋(jin)繃斷，使電(dian)桿(gan)(gan)易發生(sheng)(sheng)“脆斷”。

三、部分預應力電桿的特性
部分預應力結構是后期發展、利用的新型構件形式，它兼具鋼筋混凝土結構和預應力結構的優點，在城市建設中應用越來越廣泛。如橋梁、樓板、高架快速道、輸水管道等各類混凝土構件。部分預應力電桿縱向預應力筋增加電桿的抗裂性能，同時配置縱向普通鋼筋（通常為HRB400級螺紋鋼）增加其荷載能力。其截面是一種環形薄壁結構，受結構限制，中間配筋數量是有一定限度的。部分預應力結構較好的糅合預應力和非預應力兩種鋼筋的特點，發揮出鋼筋更大優勢。
環形混凝土電(dian)(dian)桿(gan)(gan)的(de)受力(li)(li)屬純受彎(wan)薄壁構件(jian)。其小頭所(suo)需抗(kang)彎(wan)力(li)(li)矩(ju)(ju)小，由預(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)鋼筋(jin)擔(dan)負，由上而下，電(dian)(dian)桿(gan)(gan)斷(duan)面逐漸增大(da)(da)(da)，斷(duan)面能承(cheng)受的(de)抗(kang)彎(wan)力(li)(li)矩(ju)(ju)也隨之增加，部分預(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)電(dian)(dian)桿(gan)(gan)除了由通常的(de)預(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)鋼筋(jin)擔(dan)負外(wai)，其不足部份(fen)可(ke)由非預(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)鋼筋(jin)來擔(dan)負，使電(dian)(dian)桿(gan)(gan)各斷(duan)面處的(de)含筋(jin)率大(da)(da)(da)體保持一(yi)致，以彌補預(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)砼電(dian)(dian)桿(gan)(gan)小頭含筋(jin)率過(guo)高，預(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)過(guo)大(da)(da)(da)，而有可(ke)能導致小頭混凝土被壓碎的(de)缺陷，同(tong)時也克服了過(guo)多的(de)配筋(jin)在構造上造成的(de)困(kun)難，并改善了預(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)電(dian)(dian)桿(gan)(gan)大(da)(da)(da)頭由于預(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)鋼筋(jin)數量少，難以達到(dao)所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)抗(kang)彎(wan)力(li)(li)矩(ju)(ju)和不能使應(ying)(ying)力(li)(li)傳(chuan)遞均(jun)勻的(de)現象。

以(yi)Φ190×10×M×BY部分(fen)預應力(li)電(dian)桿為例（見配筋和(he)彎(wan)矩(ju)(ju)(ju)圖），部分(fen)預應力(li)電(dian)桿可根(gen)據電(dian)桿不(bu)同高(gao)度的(de)受(shou)力(li)彎(wan)矩(ju)(ju)(ju)情(qing)況，階梯式增加鋼筋數量，使(shi)電(dian)桿不(bu)同斷面的(de)彎(wan)矩(ju)(ju)(ju)設計值，始(shi)終大于電(dian)桿受(shou)力(li)時承受(shou)的(de)彎(wan)矩(ju)(ju)(ju)，保證了整體結構的(de)合理性(xing)，減少材料(liao)的(de)浪費。

部分預應力電桿的縱向主筋有預應力筋，也有非預應力筋，結構較鋼筋混凝土電桿和預應力電桿工序復雜，故生產難度也比前兩種電桿大。生產線建設中需要的設備更多，人工費和設備費用比較高。
以Φ190×10×I級電桿為例，預應力桿、非預應力桿和部分預應力的各項經濟、技術參數對比如下：

從上表中可以看出，部分預應力電桿的材料成本比預應力桿高，與非預應力桿大致相當，但其性能相對預應力桿、非預應力桿有明顯優勢。

四、結 論
部分預應力電桿結構更合理，并且產品抗裂性能好、承載能力高、使用壽命長、不易發生脆斷、使用安全等優點，更能滿足輸電線路、通信線路架設要求，確保線路安全運行。