《輸電線路基礎(chǔ)》第5章桿塔強度校核第一節(jié)影響電桿強度的因素.課件

1、第五章 桿塔強度校核 第一節(jié) 影響電桿強度的因素 第1頁，共18頁。輸電線路在長期的運行中，桿塔作為導線和避雷線的支持物，必須能承受一定的荷載，且其變形必須在一定的允許范圍之內(nèi)。即桿塔必須滿足一定的強度、穩(wěn)定性及變形要求。 影響桿塔強度的因素主要有制造桿塔所用的材料、桿塔的受力形式及桿塔的結(jié)構(gòu)形式。 一、混凝土的力學特性 由于它們具有幾乎相等的溫度膨脹系數(shù)，相互間又存在很強的粘著力，因此相互結(jié)合儼如一個整體而能較好地聯(lián)合工作，從而充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，故鋼筋混凝土已成為目前理想的建筑材料，也是制造電桿的良好材料。 鋼筋混凝土是由混凝土和鋼筋兩種材料結(jié)合而成的。鋼筋混凝土電桿已廣泛應用于220kV

2、及以下電壓等級的輸配電線路上。 混凝土是用水泥、水、砂子和石子等原材料按一定比例混合，經(jīng)攪拌后入模澆注，并經(jīng)養(yǎng)護硬化后做成的人工石材。第2頁，共18頁?；炷恋牧W特性可用下列強度指標及彈性模量來說明。 1混凝土的抗壓強度 混凝土抗壓強度是指按規(guī)定的方法攪拌而成的邊長200mm的混凝土立方試塊，在室溫1520、空氣相對濕度90以上的情況下，養(yǎng)護28天后，以標準試驗方法得到的抗壓極限強度。該抗壓強度的數(shù)值即為混凝土的強度等級，例如C20級混凝土，其抗壓強度Rbza=13.5MPa。 混凝土在空氣中凝結(jié)時體積會縮小，而在水中或潮濕空氣中養(yǎng)護混凝土，可減少收縮裂縫，保證強度。 混凝土的早期硬化速度與

3、氣溫有很大關(guān)系，當氣溫在015時，硬化速度較慢，0時停止硬化；當環(huán)境溫度高于20時，硬化速度顯著加快。 水灰比是水和水泥的重量比。 減小水灰比，將會增加混凝土的密實性，從而提高混凝土的抗壓強度和對鋼筋的保護作用，延長其使用壽命。 第3頁，共18頁。用離心法澆制的環(huán)形截面電桿，在旋轉(zhuǎn)過程中，由于離心力作用，混凝土中的一些水分被甩出，水灰比降低，因而離心法澆制的混凝土強度比振搗法澆制的可提高30。 混凝土的強度隨時間而增長，初期增長速度快，而后增長速度慢并趨于穩(wěn)定。若以養(yǎng)護28天的混凝土抗壓強度為標準，則其相對抗壓強度與養(yǎng)護期的關(guān)系如表5-1-1所示。 表5-1-1 混凝土的相對抗壓強度與養(yǎng)護期關(guān)

4、系 養(yǎng)護期(天)28901803607208年12年相對抗壓強度1.01.251.51.752O2.252.53.02混凝土的軸心抗壓強度 同樣邊長的混凝土試件，隨著高度的增加(即由立方體變?yōu)槔庵w)，其抗壓強度將下降。但當高寬比超過3以后，降低的幅度不再很大。 試驗表明，用高寬比為34的混凝土棱柱體試件測得的抗壓強度與以受壓為主的鋼筋混凝土構(gòu)件中的混凝土抗壓強度基本一致。 第4頁，共18頁。因此可將它作為以受壓為主的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗壓強度，稱為軸心抗壓強度，或長直強度，用Ra表示。 3混凝土的彎曲抗壓強度 當混凝土梁受一個與梁的軸線垂直的力作用而彎曲時，梁的橫截面上將產(chǎn)生以中性平面為界

5、的受壓區(qū)和受拉區(qū)。此時受壓區(qū)混凝土的彎曲抗壓強度用R表示，其值小于混凝土的標準抗壓強度Rbza，大于軸心抗壓強度Ra。 4混凝土的抗拉強度 混凝土的最大弱點就是抗拉強度很低，一般只有抗壓強度的1/81/20，且不與抗壓強度成比例增長。 5混凝土的粘著力和抗剪強度 混凝土和鋼筋所以能聯(lián)合工作，主要依靠混凝土和鋼筋之間存在的粘著力。粘著力的產(chǎn)生主要有一下方面的原因： 因為混凝土收縮將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力；因為混凝土顆粒的化學作用而產(chǎn)生的混凝土與鋼筋之間的膠合力；第5頁，共18頁。由于鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合力。單位表面積上的粘著力稱為粘著強度。根據(jù)試驗表明，普通混凝土的粘著

6、強度接近抗剪強度，光面鋼筋的粘著強度為1.53.5MPa。6混凝土的彈性模量 混凝土的受壓彈性模量Eh混凝土受壓時，壓應力與彈性相對變形的比值?；炷翞閺椝苄圆牧?，它在外力作用下的變形包括彈性變形和塑性變形。混凝土受拉彈性模量與受壓時基本一致，可取相同數(shù)值。標準強度以標準試驗方法得到的混凝土強度。 實際工程中因受振搗方法、養(yǎng)護條件等限制，混凝土的強度值具有一定的離散性。 第6頁，共18頁。在混凝上構(gòu)件的強度計算中，均采用混凝土的設(shè)計強度，如表5-1-2所示。 表5-1-2 混凝土強度標準值、設(shè)計值和彈性模量 N/mm2 3.61043.551043.451043.351043.251043.1

7、510431042.81042.551042.21041.75104Eh彈性模量2.22.121.91.81.651.51.31.1O.9O652.952.852.752.62.452.2521.751.51.2O9抗拉2927.52623.521.51916.513.5118.55.5設(shè)計值Rw39.537.53532.529.5262218.515117.5標準值fcmk彎曲抗壓26.52523.521.519.517.51512.5107.55設(shè)計值Ra36343229.52723.5201713.5106.7標準值Rbza軸心抗壓C60C55C50C45C40C35C30C25C20C

8、15C10混凝土強度等級符 號強度種類標準值設(shè)計值第7頁，共18頁。二、鋼筋的力學特性 鋼筋是鋼筋混凝土最主要的組成部分，鋼筋的力學特性見教材中的表5-1-3、5-1-4所示。 預應力鋼筋混凝土中的預應力鋼筋宜采用冷拉II級、冷拉III級、冷拉IV級鋼筋和V級(熱處理)鋼筋、甲級冷拔低碳鋼絲、碳素鋼絲等。 鋼筋混凝土分為普通鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土兩種。普通鋼筋混凝土中的鋼筋及預應力鋼筋混凝土中的非預應力鋼筋宜采用I級、II級、III級鋼筋及乙級冷拔低碳鋼絲。三、電桿的結(jié)構(gòu)型式 環(huán)形截面的構(gòu)件較其它截面構(gòu)件，具有各方向承載能力相等、節(jié)省材料、便于采用離心機制造以提高質(zhì)量等優(yōu)點。因此，在輸電

9、線路中廣泛采用環(huán)形截面的鋼筋混凝土構(gòu)件。其結(jié)構(gòu)如圖5-1-1所示。 第8頁，共18頁。圖5-1-1 鋼筋混凝土電桿構(gòu)造圖1-鋼箍；2-穿心鋼管；3-縱向鋼筋；4-螺旋筋；5-水平鋼筋這種構(gòu)件又分為普通和預應力兩種，它們之間的差別在于，預應力構(gòu)件澆注前，將鋼筋施行張拉，待混凝土凝固后撤去張力，這時鋼筋回縮而混凝土必然阻止其回縮，因而混凝土受一個預壓應力。當構(gòu)件承載而受拉時，這種預壓應力可部分或全部地抵消受拉時應力而不致產(chǎn)生裂縫。 裂縫的危害在于使鋼筋表面與潮濕空氣中的氧接觸，發(fā)生銹蝕，影響電桿壽命。 (一)、環(huán)形截面鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求 1、鋼筋 第9頁，共18頁。預應力鋼筋混凝土環(huán)形截面受

10、彎構(gòu)件常用管徑的最小配筋量，見表5-1-4。 表51-4 預應力混凝土環(huán)形截面受彎構(gòu)件常用管徑的最少配筋量 外徑(mm)鋼筋標準強度（N/cm2）6500085000150000200666665250106868530012610686350166126106400186166126550286226166主筋直徑不小于5mm，主筋間距不大于100mm。除滿足構(gòu)件強度計算要求外，主筋凈距不小于30mm。鋼筋直徑不大于12wan，主筋根數(shù)不應少于6根。 鋼筋混凝土環(huán)形截面受彎構(gòu)件常用管徑的最小配筋量，見表5-1-5。 第10頁，共18頁。表5-1-5 鋼笳混凝土環(huán)形截面受彎構(gòu)件常用管徑的最小配

11、筋量 管徑(mm)200250300350400最小配筋量6101010121214121612主筋直徑不小于10mm，間距不大于70nun，根數(shù)不少于6根。除滿足強度要求外，主筋凈距不小于30mm，主筋直徑不大于20mm。 預應力鋼筋混凝土及鋼筋混凝土構(gòu)件，當鋼筋根數(shù)較多，而直徑較小(直徑在6mm以下)，在截面中單根布置有困難時，可采用雙根并列布置。 預應力鋼筋混凝土及鋼筋混凝土環(huán)形截面構(gòu)件，須設(shè)置等間距的螺旋筋及內(nèi)鋼箍。螺旋筋的間距不小于50mm，不大于150mm。內(nèi)鋼箍間距為5001000mm。螺旋筋的直徑不小于35mm(用低碳冷拔鋼絲)。鋼板圈厚度不小于8ram，高不小于140mm。對

12、錐形桿，小頭主筋凈距不小于25mm。 第11頁，共18頁。預應力鋼筋混凝土環(huán)形截面構(gòu)件中穿筋板上用做連接預應力主筋的孔徑不能太大，可較主筋直徑大0.5mm2。 2、混凝土 普通鋼筋混凝土離心環(huán)形電桿的混凝土強度等級不宜低于C40；預應力混凝土離心環(huán)形電桿的混凝土強度等級不宜低于C50，有條件應采用強度等級更高的混凝土，其他預制構(gòu)件的混凝土強度等級不應低于C20。 對于主筋的保護層厚度，均應不小于15mm。桿段壁厚不小于40mm。 四、鋼筋混凝土構(gòu)件的剛度 偏心受壓構(gòu)件和壓彎構(gòu)件的強度計算，均涉及構(gòu)件的剛度。由均質(zhì)彈性材料制造的構(gòu)件，其剛度為EJ，即材料的彈性模量E和截面慣性矩J的乘積。鋼筋混凝

13、土構(gòu)件，不屬于均質(zhì)彈性材料，故其剛度不能直接取EJ的乘積。 第12頁，共18頁。鋼筋混凝土構(gòu)件的剛度與是否出現(xiàn)裂縫有關(guān)。混凝土出現(xiàn)裂縫之前，構(gòu)件所具有的剛度稱第一階段剛度B；出現(xiàn)裂縫之后的剛度稱第二階段剛度B嚴格地說，每個階段的剛度又可分為短期荷載作用下的剛度和長期荷載作用下的剛度。 1、短期荷載作用下的剛度 使用階段不出裂構(gòu)件 輸電線路使用的環(huán)形截面普通鋼筋混凝土構(gòu)件，當構(gòu)件為軸心受壓或小偏心受壓時，由于構(gòu)件主要承受壓力，其截面的受拉區(qū)很小，混凝土不產(chǎn)生裂縫，故計算時可采用第一階段剛度B。 （5-1-1） （5-1-2） 第13頁，共18頁。上二式中 B第一階段剛度(kNm。)； Eh混凝土

14、的受壓彈性模量(MPa)； 0.85考慮短期荷載施加和開始作用后，非彈性變形發(fā)展的系數(shù)； Jz構(gòu)件全部截面折算為混凝土截面時的慣性矩(m4)； Ag縱筋截面積(m2)； rg布筋半徑(m)； Eg鋼筋的彈性模量(MPa)； D環(huán)形截面外徑(m)； d環(huán)形截面內(nèi)徑(m)。 用剛度B計算構(gòu)件的變形，如構(gòu)件承受長期荷載時，則需額外考慮混凝土的徐變影響，應將按B計算的撓度乘以增大系數(shù)c，其值如下：當干燥氣候時取3，當正常氣溫、濕度條件時取2，當潮濕條件時取1.5。 使用階段出裂構(gòu)件 對于受彎構(gòu)件和長細比較大的壓彎構(gòu)件，不可避免地要產(chǎn)生裂縫，計算時宜采用第二階段剛度。經(jīng)推導，環(huán)形截面鋼筋混凝土構(gòu)件的第二

15、階段剛度B可按下式計算 第14頁，共18頁。（5-1-3） （5-1-4）上二式中 B第二階段剛度(kNm。)； 與、有關(guān)的系數(shù)； Ah混凝土橫截面積(m。)。 在計算出后，可按圖5-1-2查出值，再由值找出；值，從而按式(5-1-3)計算剛度。 第15頁，共18頁。圖5-1-2剛度系數(shù)計算曲線 第16頁，共18頁。(5-1-5) 式中 Mc長期作用的標準荷載所產(chǎn)生的彎矩； Md短期作用的標準荷載所產(chǎn)生的彎矩； M全部標準荷載所產(chǎn)生的彎矩 荷載長期作用下的剛度降低系數(shù)，取=1.8； B短期荷載剛度B或B。 3、對直線桿和耐張桿，風荷載可考慮短期荷載，剛度可用B或B，對轉(zhuǎn)角桿的導線張力可考慮為長期荷載，而風荷載可考慮為短期荷載，剛度用Bc。 2、長期荷載作用下的剛度 在長期荷載的作用下將會產(chǎn)生個標