高承载力环形部分预应力混凝土电杆的应用

第２７卷第１期　２０１１年１月　电网与清洁能源　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｃｌｅａｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　

叠Ｓｍａｒｔ　Ｇｒｉｄ　

ＶｏＩ．２７　Ｎｏ．１　Ｊａｎ．２０１１　

文章编号：１６７４—３８１４（２０１１）０１—００３９—０３　中图分类号：ＴＭ７２６　文献标志码：Ａ　

高承载力环形部分预应力混凝土电杆的应用　王高益　（海南电力设计研究院，海南海口５７０２０３）　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ－Ｂｅａｒｉｎｇ＿Ｃａｐａｃｉｔｙ　Ｃｉｒｃｕｌａｒ　Ｐｒｅ　Ｓｔｒｅｓｓｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｐｏｌｅｓ　ＷＡＮＧ　Ｇａｏ—－ｙｉ　（Ｈａｉｎａｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｉｋｏｕ　５７０２０３，Ｈａｉｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ’Ｓ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ｐｏｌｅｓ，ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｄｅｃａｄｅｓ，ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｔｈｅ　ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ　ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｈｉｇｈ—ｂｅａｒｉｎｇ—ｃａｐａｃｉｔｙ　ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｐｒｅ—　ｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｏｌｅｓ，ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｌｅｓ　ｗｉｔｈ　ｏｒｄｉｎａｒｙ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｏｌｅｓ　ａｎｄ　ｓｔｅｅｌ　ｐｏｌｅｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｈｉｇｈ—　ｂｅａｒｉｎｇ—ｃａｐａｃｉｔｙ　ｒｉｎｇ　ｐａｒｔｉａｌｌｙ　ｐｒｅ－ｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｏｌｅｓ　ｗｉｌｌ　ｂｅｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ．Ｉｔｓ　ｃｏｍｉｎｇ　ｉｎｔｏ　ｂｅｉｎｇ，ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｗｉｌｌ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ａｎｄ　ｓｏｃｉａｌ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｈｉｇｈ　ｃａｐａｃｉｔｙ；ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｏｌｅｓ；　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ　摘要：回顾了我国水泥电杆的发展历程，以及近几十年制约　我国水泥电杆发展的相关要素，阐述了高承载力环形部分预　应力混凝土电杆产生的历史条件，并对这种电杆的设计原理　和构造要求做了详细分析，通过与普通混凝土电杆和钢结构　杆塔比较，得出高承载力环形部分预应力混凝土电杆将成为　输电线路上的主流线路器材，它的出现、推广及使用，必将产　生明显的经济效益和社会效益。　关键词：高承载力；预应力；混凝土电杆；输电线路　

为了深入贯彻落实科学发展观和《中华人民共　和国科学技术进步法》，推动混凝土与水泥制品行　业的技术进步，鼓励技术创新，充分发挥科学技术　是第一生产力的作用，促进循环经济建设，建设两　型社会，实现经济社会和生态环境可持续发展，我　国发布了由中国混凝土与水泥制品协会制定的《混　凝土与水泥制品行业技术进步指南（２００９）））（以下　简称《指南》）。　

《指南》中强调，要以市场为导向，重点发展高　（高强、高工压、高耐久性）、大（大口径、大规格、大　弯矩）、新（新型建材及制品）、特（特殊功能、特殊用　途、特殊规格）的水泥制品，如预应力高强混凝土管　桩、异型桩、大规格超长管桩，大梢径、大弯矩混凝　土电杆（即高承载力环形部分预应力混凝土电杆）。　本文围绕高承载力环形部分预应力混凝土电杆在　３５～２２０　ｋＶ架空输电和１０　ｋＶ配电线路上的应用来　展开　

１　我国水泥电杆的发展历程　我国输电线路杆塔的发展，从木质电杆到水泥　电杆，再到钢结构杆塔，已经有了１００多年的历史，　其中，从１９２４年我国生产出第１根方形实心水泥电　杆至今，我国水泥电杆也有近９０年的历史，其发展　历程如表１所示。　

表１　我国水泥电杆的发展历程　

从表ｌ可以看出，１９２４年至１９６４年，我国水泥电　杆得到了快速的发展。１９６４年到２００３年，我国水泥　—　；　Ｓｍａ“Ｇｒｉｄ　

王高益：高承载力环形部分预应力混凝土电杆的应用　电杆的发展几乎处于停滞阶段，在此期间，很多学　者都认为水泥电杆已经发展到了尽头，不可能再有　大的发展了，而且很快就会被钢结构杆塔所淘汰。　随着高承力环形部分预应力混凝土电杆的出现、推　广及使用，可以肯定在今后相当长的一个时期内，　在３５～２２０　ｋＶ架空输电和１０　ｋＶ配电线路上，以及受　走廊限制的城市电网中，水泥电杆不但不会被钢结　构杆塔所淘汰，相反，还会取代相当一部分钢结构　杆塔ｆ”。　从１９６４年Ｎ２ｏｏ３年近４０年，在我国水泥电杆的　发展几乎处于停滞阶段，综合分析主要有以下几个　因素：　１）我国低水平的基础工业。水泥电杆的发展很　大程度上依赖于水泥工业和钢铁工业，改革开放以　前，落后的水泥工业和钢铁工业制约了水泥电杆的　发展。　２）电力工业发展停滞不前。改革开放前期，我　国高压输电线路以１０　ｋＶ、３５　ｋＶ和６６　ｋＶ输电线路　为主，这些等级的输电线路对线路器材的要求相对　较低，用现有普通水泥电杆就可满足要求。　３）我国低等级的公路和落后的车辆运输。水泥　电杆从制造工厂到使用工地，中间有一个运输过　程，而且绝大多数都是公路运输。前些年，由于我国　的公路等级低，运输车辆的货卡长度短，难以运输　ｌ０　ｍ以上的水泥电杆。　４）国标的束缚。所有生产电杆的厂家，都是按　照国标ＧＢ／Ｔ　４６２３—２００６的标准来生产电杆，比如：　梢径１９０　ｍｍ长１５　ｍ的水泥电杆，在国标中有Ｆ、Ｇ、　Ｈ、Ｉ、Ｊ　５个级别，而作为最高级ＮＪ级的电杆开裂弯　矩仅为４２．８８　ｋＮ・ｍ。　２高承载力环形部分预应力混凝土电　杆的构造原理和结构要求　２　１　高承载力环形部分预应力混凝土电杆的产生　近几年，随着国民经济和电力的快速发展，高承　载力环形部分预应力混凝土电杆在３５－２２０　ｋＶ和１　０　ｋＶ　配电线路上的使用越来越多，其产生主要归结于以　下几个因素：　１）我国改革开放３０多年，基础工业取得了翻天　覆地的变化，水泥工业和钢铁工业有了较大的发展，　特别是高标号的水泥及其各种添加剂，如减水剂、减　气剂，水泥纤维的应用，高强度钢筋的出现，为水泥　电杆的发展提供了基础条件。　２）随着国民经济的迅速发展，电力需求越来越　大，对电网建设的要求越来越高，输配电线路向大　线径、大档距、多回路发展；原国标电杆已不能满足　１０　ｋＶ架空输配电线路的设计要求，为了保证线路　设计的合理、安全，降低采用钢结构塔替代而增加　的投资，这就对电杆技术性能提出新颖的、更高标　准的要求。　３）近几年人们的观念发生了很大的变化，开始　意识到土地资源的匮乏，普通水泥和等径预应力混　凝土电杆因其开裂弯距有限，在许多情况下，等径　预应力混凝土电杆需要打拉线来满足力学要求，而　打拉线会占用大面积的土地，为节约土地资源，需　要能承受更大弯距的电杆出现［２１。　２　２高承载力环形部分预应力混凝土电杆的概念　部分预应力混凝土电杆是相对于“全”预应力混　凝土电杆而言的。全预应力混凝土电杆施加预压力　的程度，是以结构在标准荷载下，电杆受拉区边缘　不出现拉应力［　；部分预应力混凝土电杆则允许电　杆产生拉应力或允许构件出现有限制的细小裂缝。　我国预应力混凝土根据结构对抗裂性能的要求，分　为严格要求不出现裂缝、一般要求不出现裂缝和允　许出现裂缝三级。现行国家标准ＧＢ／Ｔ　４６２３—２００６￣　电杆分为有限预应力混凝土电杆和部分预应力混　凝土电杆，规定有限预应力混凝土电杆在标准荷载　１００％时，不得出现裂缝，即抗裂检验系数允许值大　于１．０；部分预应力混凝土电杆在标准荷载８０％时，　不得出现裂缝，即抗裂检验系数允许值＞０．８，在　１００％标准荷载作用下，裂缝宽度＜０．１　ｍｍ。现行预应　力混凝土电杆国家标准规定的有限应力混凝土电　杆相当于二级，部分预应力混凝土电杆相当于三　级。二级是标准荷载下混凝土电杆抗拉强度的极限　状态，三级是８０％标准荷载下混凝土电杆抗拉强度　的极限状态Ｉ４Ｊ。　２　３高承裁力环形部分预应力混凝土电杼的设计　原则　锥形电杆是一种变截面构件，锥度一般为１／７５，　顶部和根部的直径和截面积相差较大，这主要是由　电杆的受力特点决定的。这种电杆的配筋，可以用　部分通长的预应力钢筋，另外根据设计弯矩要求在　根部段布置一定长度的非预应力钢筋骨架，从根部　第２７卷第１期　电网与清洁能源　盈　■一　Ｓｍａｒｔ　Ｇｒｉｄ　

４１　到顶部逐段抽筋，以此来满足部分预应力混凝土电　杆的抗裂要求，同时又能达到杆段所需要的强度要　求。杆段的截面积、配筋率、承载能力从顶部向根部　逐步增加，与外力对电杆所产生的弯矩大小保持一　致，从而做到省材、性能好、结构合理。　２．４高承载力环形部分预应力混凝土电杆的材料　预应力主筋采用热处理钢筋４０Ｓｉ２Ｍｎ，强度　标准值为１　４７０　Ｎ／ｍｍ２，或消除应力螺旋筋钢丝，强　度标准值为１　５７０　Ｎ／ｒａｍｚ，执行标准为ＧＢｆｒ　５２２３—　２００２（（预应力混凝土用钢丝》。　非预应力主筋采用ＨＲＢ　３３５（２０ＭｎＳｉ）或ＨＲＢ　４００（２０ＭｎＳｉＶ），其强度标准值为３３５　Ｎ［ｍｍ２和　４００　Ｎ／ｒａｍｚ，执行标准为ＧＢ　１４９９—１９９８（（钢筋混凝　土用热轧带钢筋》。　混凝土强度等级不低于Ｃ６０，采用４２．５级及以上　普通硅酸盐水泥。　３高承载力环形部分预应力混凝土电　杆的性能特点　高承载力环形部分预应力混凝土电杆作为一种　新型杆塔结构型式，与普通混凝土电杆和钢结构杆　塔相比，在许多方面存在着明显的优势，具体如下。　３．１　与普通混凝土电杆相比的优点　１）承载力明显提高，优化结构设计，采用先进　的生产工艺，使其承载力比普通混凝土电杆提高３～　５倍，满足大线径、大档距、多回路输电线路的设计　要求。　２）在钢筋配置上，选用优质碳素钢丝与ＩＩ级钢　进行优化组合配置，充分发挥不同材料的力学性　能，使其更加合理。　３）兼有预应力混凝土电杆与普通混凝土电杆　２种结构的优越性，使其具有较好的韧性和抗裂性，　更好地将裂缝、变形及破坏控制在使用条件下，结　构安全可靠１５１。　４）改进混凝土配合比，掺入特殊￣＇ｌ－／Ｊｎ剂及活性　材料，提高混凝土强度等级，大大提高了产品抗腐　蚀性和耐久性，延长产品的使用寿命。　３．２与钢结构杆塔相比的优点　１）造价低。比相同承载力的钢结构杆塔造价要　低３０％以上，如果是直线杆替换铁塔的话，则可降低　造价４０％以上（含基础、安装、维护费用）。　２）使用寿命长。比钢结构杆塔延长使用寿命ｌ５年　左右。　３）免打拉线，节约占地补偿费。高承载力电杆　比钢结构杆塔占地补偿费要少３倍以上。　４）安装简捷、方便，大大缩短施工工期。　５）美化城市，无需日常维护费用，避免钢结构　杆塔因时间长而生锈所导致的影响市容或增加维　护费用的情况。