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                  鋼筋混凝土電桿抗裂強度和裂縫寬度的計算

                  核心提示:當前在配電網建設改造材料招標活動中,多數選用普通鋼筋混凝土電桿,招標技術文件中也僅提出荷載等級要求,沒有提供加工圖紙,電桿的結構設計由生產廠家負責。

                  當前在配電網建設改造材料招標活動中,多數選用普通鋼筋混凝土電桿,招標技術文件中也僅提出荷載等級要求,沒有提供加工圖紙,電桿的結構設計由生產廠家負責。由于缺少配套的圖集或有資質單位設計的圖紙,有的生產企業憑借生產經驗或者從同行企業中獲取的信息套用組織生產;有的生產企業僅進行電桿的正載面承載力設計計算,沒有對抗裂度、裂縫寬度進行驗算,結果導致力學性能檢驗時裂縫寬度、撓度不合格,電桿在運行中環向裂縫寬度超標。本文對鋼筋混凝土電桿的抗裂強度、裂縫寬度的設計計算方法及公式進行歸納整理,并列舉實例演示計算。

                   

                  一、設計的依據及計算公式

                  《混凝土結構設計規范》GB50010-2010標準中根據鋼筋混凝土和預應力混凝土結構的不同要求,分別采用裂縫寬度控制和抗裂安全系數控制。對鋼筋混凝土構件(露天結構)規定,不論在荷載短期效應還是荷載長期效應組合作用下,其正截面計算裂縫寬度都不得超過0.2mm,正如《環形混凝土電桿》GB/T4623中規定鋼筋混凝土電桿在開裂檢驗彎矩作用下裂縫寬度不得超過0.2mm。

                  按照DL/T5154-2012《架空送電線路桿塔結構設計技術規定》、GB5010-2010《混凝土結構設計規范》標準中的相關規定,計算方法及公式如下:

                  1、受彎構件驗算載面的開裂彎矩(抗裂強度)按下式計算:

                  2、在荷載的短期效應組合作用下,鋼筋混凝土電桿的裂縫寬度按下式計算:

                  3、鋼筋混凝土電桿在長期荷載效應組合作用下的裂縫寬度按下式計算:

                   

                  二、工程應用設計實例

                  (一)例1

                  1、線路設計條件

                  10Kv雙回路直線桿,導線JKLYJ-240,水平檔距50米,呼高11.6米,選用φ190×15m鋼筋混凝土電桿,錐度1/75,埋深2.5米。氣象條件:風速30m/s,復冰10mm,高氣溫40℃,低氣溫-20℃,進行電桿的配筋結構設計。

                  2、基本參數

                  (1)電桿埋深處外半徑r2=178mm,壁厚50mm,內半徑r1=128mm,埋深處電桿截面面積A=3.14×(1782-1282)=48042mm2

                  (2)混凝土強度等級為C40,軸心抗拉強度標準值ftk=2.39N/mm2,混凝土軸心抗壓強度設計值fc=19.1N/mm2,混凝土彈性模量Ec=3.25×104 N/mm2

                  (3)縱向主筋選用HRB400,抗拉強度設計值fy=360 N/mm2,抗壓強度設計值fy=360 N/mm2,彈性模量ES=2.0×105 N/mm

                  3、設計計算

                  (1)荷載計算,屬于大風工況控制。經計算知2:

                  短期荷載效應組合作用下標準彎矩值MS=55.7KN·m

                  長期荷載效應組合作用下標準彎矩值Mcr=1.98KN·m

                  (2)設計φ190×15m電桿,錐度為1/75,假設按16φ14配筋設置,保護層厚度為17mm,γS=161mm,螺旋筋間距S=100mm,螺旋筋為φ4.0冷拔低碳鋼絲。經計算知電桿埋深處截面能夠承受的標準彎矩值MK=67.3 KN·m,大于MS=55.7 KN·m,正截面抗彎承載力滿足要求

                   

                  (二)例2

                  1、線路設計條件

                  10Kv單回路終端桿,導線JKLYJ240,水平檔距50米,導線安全設計系數k=6,呼高11.2米,根部采用法蘭連接,選用φ350×12米鋼筋混凝土電桿,錐度1/75。設計氣象條件:風速30m/s,覆冰5mm,高氣溫40℃,低氣溫-20℃。進行電桿的配筋及結構設計。

                  2、基本參數

                  (1)電桿地面處外半徑r2=255mm,壁厚55mm,內半徑r1=200mm,地面處電桿截面面積A=3.14×(2552-2002)=78578mm2

                  (2)混凝土設計強度等級C50,軸心抗拉強度標準值ftk=2.64N/mm2,混凝土彈性模量Ec=3.45×104 N/mm2

                  (3)縱向主筋選用HRB400,抗拉強度設計值fy=360 N/mm2,抗壓強度設計值 f′y=360 N/mm2,彈性模量ES=2.0×105 N/mm2

                  3、設計計算

                  (1)荷載計算,屬于復冰工況控制,經計算知:

                  短期荷載效應組合作用下標準彎矩值MS=196KN·m

                  長期荷載效應組合作用下標準彎矩值ML=76.5KN·m

                  (2)假設按20φ18配筋設置,保護層厚度為17mm,rS=238mm,螺旋筋間距S=100mm,螺旋筋為φ4.0冷拔低碳鋼絲。經計算知電桿地面處能夠承受的標準彎矩值MK=201 KN·m,大于MS=196KN·m,正截面抗彎承載力滿足要求。

                   

                  三、結語

                  1、計算裂縫寬度使用的彎矩值均是標準值,而不是設計值。

                  2、選用電桿的開裂檢驗彎矩值應該大于荷載短期效應組合作用下的標準彎矩。

                  3、荷載長期效應組合下的標準彎矩可理解為正常運行情況電桿所承受的標準彎矩值。長期荷載工況的風速應采用5m/s,氣溫應采用年平均氣溫,且無冰。

                  4、在離心成型的壁厚較薄的環形截面電桿中,由于螺旋筋對截面的削弱,裂縫大部分發生在螺旋筋位置處,其分布規律與螺旋筋間距有關。試驗實測表面,螺旋筋間距S=50mm與S=100mm的電桿,對裂縫間距的分布無明顯影響。當S=50~100mm時,其實測平均裂縫間距為108.7mm,當S=200mm時,平均裂縫間距157.1mm。所以一般設計螺旋筋間距為100mm左右,在計算裂縫寬度時,當S<100mm時,取S=100mm。當螺旋筋間距較大時,出現的平均裂縫寬度間距增大,產生的裂縫條數較少,易造成裂縫寬度超標。

                  5、設計鋼筋混凝土電桿除進行正截面承載力、斜截面承載力、變形計算外,還應驗算在短期荷載及長期荷載效應組合作用下的裂縫寬度,且應滿足<0.2mm的要求。

                  6、地面埋深處電桿承受的彎矩值,必須對該斷面進行驗算。由于電桿是變截面且采取抽筋的配筋方式,對抽筋處截面也應該進行驗算。

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