环形混凝土电杆结构设计

公式（E.0.3-4）中 Nei 以弯矩设计值 M 代替。 E．0.3 沿周边均匀配置纵向钢筋的环形截面偏心受压构件，
其正截面受压承载力宜符合下列规定：
预应力混凝土构件
N≤αα1fcA-σp0 Ap+αf/py Ap -αt(fpy -σp0 )
(E.0.3-3)
Nei≤α1fcA(r1+r 2) sinπα/2π+f/py Ap r psinπα/π+ (fpy -σp0 )


1.1

0.65 ftk te S
1.1 0.65 2.64 0.992 0.05 318.2
构件受力特征系数，对受弯构件αcr=1.5
考虑裂缝宽度分布的不均匀性和荷载长期效应组合影响作用下，最大
裂纹宽度为：
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Wmax=αcrψ S
ES
(1.9cs+0.08
deq te
C50 级混凝土弯曲抗拉强度标准值：ftk=2.64N/mm² 3.计算截面设计弯矩计算：
根据 E.0.2 条，由公式（E.0.3-1）导出：
受压区混凝土截面面积与截面面积比值：
a
As f y

2155 360
0.26477
fc A 2.5 f y As 23.1 42883 2.5 360 2155
Ap=nπd2/4=22×3.1415926×4.82/4=398mm2 预应力钢丝抗拉强度标准值：fptk =1570N/mm2 预应力钢丝抗拉强度设计值：fpy =1110N/mm2 预应力钢丝抗压强度设计值：f、py =410N/mm2 预应力钢丝弹性模量：Es =2.05×105N/mm2 C50 级混凝土弯曲抗压强度设计值：fc=23.1N/mm2 C50 级混凝土弯曲抗拉强度标准值：ftk=2.64N/mm2 C50 级混凝土弹性模量：EC=3.45×104N/mm2 计算截面混凝土截面面积： A=π(D2-δ)δ=3.1415926×(357-50) ×50=48223mm2 计算截面换算截面面积： A0=A+(ES /EC-1) Ap
组合计算的预应力混凝土构件纵向受拉等效应力：
S
1.6 M K AS rS
1.6 58500000 318.2N / mm2 2155 136.5
以有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率为：
te

AS A

2155 42883
0.05
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数为：
)
=1.5×0.992× 318.2 (1.9×20+0.08× 14 )
2.0 105
0.05
=0.127mm＜0.2mm
计算截面满足 GB/T 4623-2006《环形混凝土电杆》第 6.5.1 条对裂纹宽
度的要求。
注意事项：
1、各抽筋截面必须验算； 2、梢部和根部主筋间距应合理配置。
张晓非
联系电话：18991201571 QQ：445861706 2015 年 7 月
=190+(15000-2500) ×1/75 =357mm 计算截面处内径 D1= D2-2δ =357-2×50
=257mm 计算截面处外半径
r2= D2 /2=357/2=178.5mm 计算截面处内半径
r1= D1 /2=257/2=128.5mm 计算截面处纵向预应力钢丝所在圆周的半径
rp= r2 -20=178.5-20=158.5mm 全部纵向预应力钢丝的截面面积：
560196361N.mm
56KN.m
56/1.513 37.01KN.m 36.75KN.m
符合 GB/T 4623-2006Ⅰ级开裂检验弯矩 36.75kN.m
该杆标志为φ190×15×I×Y。
四、抗裂性验算：
换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩：
W0=A0(r22+ r12)/4 r2 =50190×(178.32+128.3 2)/4×178.3 =3395621mm3
23 .1 48223 410 398 1.5 (1110 994 ) 398
0.328 2 / 3
受拉纵向钢丝截面面积与全部纵向钢丝截面面积的比值：
t 1 -1.5 1-1.5 0.328 0.508
抗弯正截面强度计算：
Sinπa/π=sin（180°×0.328）/3.14=0.27
ρ=Ap/Ao
=398/50190
=7.93×10-3
由混凝土收缩，徐变引起该应力钢丝的预应力损失:
5

60 340 pc / 1 15
fcu'

60 340 8.92 / 35 1 15 7.93 103
131N / mm2
总的预应力损失
I 5 88 131 219 N / mm 2
根据 E.0.2 条，由公式（E.0.3-2）导出：
M

a1 fc A r1
r2 2

sin
a

f y AS rS
sin
a
sin
at
1 23.1 42883111.5 161.5 0.235 360 2155136.5 0.537 2
=88642413N.mm=88.64kN.m
形钢筋混凝土电杆的结构设计方法和注意事项 按 GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》下列条款进行设计 计算。 P228 E.0.2 环形截面受弯构件的正截面受弯承载力，应按本规范 E.0.3 条的规定计算。但在计算时，应在公式（E.0.3-1）、公式（E.0.3-3） 中取等号，并取轴向力设计值 N=0；同时，应将公式（E.0.3-2）、 公式（E.0.3-4）中 Nei 以弯矩设计值 M 代替。 E．0.3 沿周边均匀配置纵向钢筋的环形截面偏心受压构件， 其正截面受压承载力宜符合下列规定： 钢筋混凝土构件 N≤αα1fcA+(α-αt)fyAs (E.0.3-1) Nei≤α1fcA(r1+r 2) sinπα/2π+fyAs r s (sinπα+ sinπαt)/π (E.0.3-2) αt=1-1.5α (E.0.3-5) 式中： A—环形截面面积；
环形预应力混凝土电杆的结构设计方法和注意事项
按 GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》下列条款进行设计
计算。
P228
E.0.2 环形截面受弯构件的正截面受弯承载力，应按本规范
E.0.3 条的规定计算。但在计算时，应在公式（E.0.3-1）、公式（E.0.3-3）
中取等号，并取轴向力设计值 N=0；同时，应将公式（E.0.3-2）、
=48223+(2.05×105/3.45×104-1) ×398 =50190mm2
二、 预应力损失值计算： 张拉控制应力 σcon=1.03×0.75 fptk = 1.03×0.75×1570 =1213 N/mm2
由张拉锚具引起的预应力损失值（考虑α值为 3mm） σι1=αES/L=3×2×105/15000=40N/mm2 由预应力钢丝松弛引起的预应力损失： σι4= 0.2 (σcon/fptk-0.575)σcon
Mk=M/k=88.64/1.43=61.99kN.m ＞ 58.5kN.m 抗 弯 强 度 满 足 要 求。
计算截面开裂弯矩 Mk=58.5kN.m
4 计算截面 100%荷载时裂缝宽度验算
最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离取 Cs=20mm
按荷载准永久组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉普通应力或按标准
=0.2×(1213/1570-0.575)×1213 =48N/mm2 第一批预应力损失值（应力钢丝切断前）： σιI=σι1+σι4=40+48=88N/mm2 混凝土法向预应力等于零时预应力钢丝的合力： Npo=（σcon-σιI）Ap =（1213-88）×398 =447750N 由预加应力产生的混凝土法向应力： σpc=Npo/Ao=447750/50190=8.92N/ mm2 脱模时混凝土立方体强度： fcuˊ=0.7fcu=0.7×50=35N/mm2 受拉区预应力钢丝的配筋率：
积的比值，当 α大于 2/3 时，取αt 为 0。 P37 矩形应力图的应力值可由混凝土轴心抗压强度设计值乘以系
数α1 确定，当混凝土强度等级不超过 C50 时，α1 取为 1.0，当混 凝土强度等级为 C80 时，α1 取为 0.94，其间按线性内插法确定。
按 GB/T 4623-2006《环形混凝土电杆》进行加工、制造和验 收。 强度安全系数 k＞1.513 现以 190×15×I×Y 为计算实例： φ190×15m 环形预应力混凝土电杆（6~10kV 配电工程），预 应力主筋配制 22φH 4.8 消除应力螺旋肋钢丝，混凝土设计强度等 级 C50 级，电杆设计壁厚δ=50mm，验算距电杆根部 2500mm 处 抗弯强度、抗裂性及杆顶挠度。 按 GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》进行设计计算。 一、 基本数据计算 计算截面处外径 D2=d+（L-L2）×1/75
As—全部纵向普通钢筋的截面面积； r1、r 2—环形截面的内、外半径； r s—纵向普通钢筋重心所在圆周的半径； α—受压区混凝土截面面积与全截面面积的比值; αt—纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面 积的比值，当 α大于 2/3 时，取αt 为 0。
P37 矩形应力图的应力值可由混凝土轴心抗压强度设计值乘以系 数α1 确定，当混凝土强度等级不超过 C50 时，α1 取为 1.0，当混 凝土强度等级为 C80 时，α1 取为 0.94，其间按线性内插法确定。 按 GB/T 4623-2006《环形混凝土电杆》进行加工、制造和验 收。 强度安全系数 k＞1.43 现以 190×12×M×G 为计算实例： 1.杆段计算截面距根部 2000mm, 计算截面配制主筋为：14φ 14HRB 400 钢筋，混凝土设计强度等级为：C50，混凝土设计壁厚 为：δ=50mm。 2.计算截面基本数据计算： 计算截面外径：D=323mm 混凝土设计壁厚：δ=50mm 环形截面的内、外半径 r1、r 2 分别为：111.5 mm 和 161.5 mm 计算截面纵向钢筋所在圆的半径 rs=136.5.5mm 计算截面主筋总截面面积： As=nπd2/4=14×3.1415926×142/4=2155mm² 计算截面混凝土截面面积： A=π(D-δ)δ=3.1415926×(323-50) ×50=42883mm² HRB 400 钢筋抗拉强度设计值：fy=360N/mm² C50 级混凝土弯曲抗压强度设计值：fc=23.1N/mm²
三、抗弯强度计算：
混凝土法向应力等于零时预应力钢丝的应力：
con 1213 219 994 N / mm 2
受压区混凝土截面积与全截面面积的比值：

f py Ap
fcA f ' py Ap 1.5( f py po ) Ap

1110 398
Sinπat/π=sin（180°×0.508）/3.14=0.318
M

fcA
r1
2
r2

sin

f py Ap p
sin
( f py
- ) AP P
sin t
23.1 48223 153.5x0.27 410 398 158.5 0.27 (1110 - 967) 158.5 398 0.318
受拉纵向钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值：
αt=1-1.5α=1-1.5×0.26477=0.603 sinπα/π=sin(180°×0.26477)/3.1415926=0.235 sinπαt/π=sin(180°×0.603)/3.1415926=0.302
sinπα/π+ sinπαt/π=0.235+0.302=0.537
Ap r p sinπαt/π
(E.0.3-4)
αt=1-1.5α (E.0.3-5)
式中： A—环形截面面积；
Ap—全部纵向预应力筋的截面面积； r1、r 2—环形截面的内、外半径； r p—纵向预应力筋重心所在圆周的半径； α—受压区混凝土截面面积与全截面面积的比值;
αt—纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面