電纜橋架的安全工作載荷研究

1電纜橋架安全工作載荷的由來電纜橋架的安全工作載荷是橋架結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)之一。因?yàn)檫@個(gè)數(shù)據(jù)決定橋架的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，也決定耗費(fèi)鋼材的數(shù)量。如果這個(gè)數(shù)據(jù)取值過大，會(huì)增加鋼材的消耗量，過小則影響橋架的安全使用?？墒菄?guó)內(nèi)所有電纜橋架的資料都缺乏論證，有的則是抄襲國(guó)外舊規(guī)范，有的則是避而不談。無論是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)還是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，只有工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)規(guī)范中有具體數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)值得商討。CECS31—2006版中將安全工作載荷稱之為均布載荷，沿用了上一世紀(jì)后期日本標(biāo)準(zhǔn)，但當(dāng)時(shí)日本橋架的寬度僅600～700ｍｍ，而我國(guó)市場(chǎng)上橋架寬度已增至1000～1200ｍｍ，差別不小。但是國(guó)內(nèi)電纜橋架規(guī)程中，率先將電纜橋架按承載能力大小分成A、B、C、D四個(gè)等級(jí)，詳見表1。之后各個(gè)電纜橋架的規(guī)程都引用這一個(gè)方法及載荷等級(jí)數(shù)據(jù)。T／CECS31—2017修訂時(shí)術(shù)語與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一致，將“均布載荷”改為“安全工作載荷”，數(shù)值則乘以1.3倍，詳見表2。這次數(shù)值修改主要是考慮到兩個(gè)因素：（１）計(jì)入電纜敷設(shè)不均勻而產(chǎn)生的附加應(yīng)力；（２）電纜橋架可能過載，因?yàn)橐?guī)程規(guī)定的容積率為40%～50%，顯然有剩余空間。但是1.3的系數(shù)沒有計(jì)入最大可能的超載，顯然是不夠的，而且，超載時(shí)只需強(qiáng)度考核而不需要繞度考核，顯然又超出了鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范要求。導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過度盈余，造成材料的浪費(fèi)。

針對(duì)這一關(guān)鍵數(shù)據(jù)，本次新規(guī)程（即：《彩色涂層不銹鋼電纜橋架工程技術(shù)規(guī)程》）編寫組進(jìn)行了著重研究，保證材料得到充分利用的同時(shí)，達(dá)到安全可靠。2

電纜橋架單位容積的電纜荷重確定

2.1電纜在橋架中占據(jù)的空間電纜橫截面為圓型，它的橫截面積S＝πｄ２／４。式中，ｄ為電纜外徑。假定電纜在橋架上均勻排列，兩電纜間的狹小空間能否敷設(shè)小截面電纜？答案是不可以。因?yàn)镚B16895.6—2014指出小截面電纜會(huì)因?yàn)樯岵焕^熱，因此這個(gè)狹小空間只能用作散熱，選擇電纜橋架中實(shí)際占有空間等于ｄ×ｄ，詳見圖１。2.2

電纜橋架的最大允許容積理想情況是電纜緊靠排列，充滿橋架的寬和高，求得：X%＝π／４＝０.78。即容積＞78％時(shí)，橋架蓋板無法蓋上，而實(shí)際工程容積率＜78％。這也讓筆者所在的編寫組得出結(jié)論，當(dāng)電纜橋架的額定容積率為50％時(shí)，其極限過載倍數(shù)是1.5，也說明T／CECS

31—2017版考慮過載1.3倍是不夠的。過載倍數(shù)取1.5，正好符合鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的規(guī)定，即按安全工作載荷的1.5倍校驗(yàn)強(qiáng)度。3電纜橋架單位容積的電纜荷重設(shè)Q為電纜單位長(zhǎng)度的質(zhì)量kg／m，d為電纜外徑cm。那么電纜橋架單位容積的電纜荷重為：Z＝Q／d２，詳見表3。

由表3可以看出，（1）35mm２及以下小截面電纜對(duì)應(yīng)的Z值小。（2）4＋1芯電纜的Z值較小，而3＋1芯及4芯等截面電纜對(duì)應(yīng)的Z值較大；具有代表性的數(shù)值為0.34kg／cm2

·m

及0.36kg／cm2

·m，取平均數(shù)為0.35kg／cm2

·m。（３）表3采用銅導(dǎo)體多芯電纜為代表測(cè)算，它的結(jié)果也適用于其他類型電纜。例如低壓銅導(dǎo)體單芯電纜，它的Z值在0.3～0.36kg／cm2

·m之間，平均值0.35kg／cm2

·m與多芯電纜相同。中壓電纜，由于絕緣厚，導(dǎo)致電纜外徑大于同截面低壓電纜，經(jīng)測(cè)算，Z值小于0.2kg／cm2

·m。綜上所述，確定電纜橋架安全工作載荷ZA的條件是：（1）以電纜橋架50％容積率計(jì)；（2）電纜橋架單位容積的電纜荷重以0.35kg／cm2·m計(jì)，于是：ZA＝0.35×50％×B×H×10－2（kg／m）。即：ZA＝1.75×B×H×10－3（kg／m）。式中，B×H為電纜橋架的寬乘以高，ｍｍ。計(jì)算結(jié)果作為新規(guī)程的安全工作載荷，分為A、B、C、D、E五個(gè)等級(jí)，詳見表4。

4分析與討論4.1

新規(guī)程與CECS31—2006版比較雖然2006版已廢棄，但是2017版是在它的基礎(chǔ)上修改的，需要追本求源。安全工作載荷新規(guī)程與T／CECS31—2006版比較詳見表５。需要強(qiáng)調(diào)的是，2006版D級(jí)只適用于橋架寬度700mm及以下規(guī)格，若超過700mm則存在安全隱患，這在此前是未知的。4.2

新規(guī)程與T／CECS31—2017版比較安全工作載荷新規(guī)程與T／CECS

31—2006版比較詳見表６。從表6可知：（１）安全工作載荷分別降低了14％～23％，其節(jié)省鋼材的意義不容小覷，保守估計(jì)可節(jié)約鋼材20％，這對(duì)電纜橋架行業(yè)來說是一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)字。（２）2017版規(guī)定D級(jí)載荷的橋架寬度允許1000mm，根據(jù)本文325kg／m的最大寬度僅900mm，因此1000mm寬度有安全風(fēng)險(xiǎn)。本規(guī)程采用A、B、C、D和E五級(jí)安全工作載荷是一個(gè)創(chuàng)新，而且找到了安全工作載荷與橋架容積B×H的函數(shù)關(guān)系較合理，又便于掌握，對(duì)制造行業(yè)及電纜橋架工程建設(shè)無疑是一個(gè)貢獻(xiàn)。4.3

本規(guī)程中安全工作載荷表達(dá)方法由于T／CECS

31—2017規(guī)范尚在執(zhí)行中，較為理想的辦法是對(duì)此內(nèi)容作局部修訂，若有困難，不得已則本規(guī)程采用兩組數(shù)據(jù)并存，Q型符合T／CECS

31—2017，而P型則體現(xiàn)本研究成果，以作過渡，見表７。4.4是否需要另加余量答案是不需要。因?yàn)橐?.