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

1、第五章 桿塔強(qiáng)度校核 第一節(jié) 影響電桿強(qiáng)度的因素 第1頁，共18頁。輸電線路在長期的運(yùn)行中，桿塔作為導(dǎo)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(qiáng)度、穩(wěn)定性及變形要求。 影響桿塔強(qiáng)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(xué)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(qiáng)的粘著力，因此相互結(jié)合儼如一個(gè)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(diǎn)，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(yīng)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(hù)硬化后做成的人工石材。第2頁，共18頁。混凝土的力學(xué)特性可用下列強(qiáng)度指標(biāo)及彈性模量來說明。 1混凝土的抗壓強(qiáng)度 混凝土抗壓強(qiáng)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(hù)28天后，以標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法得到的抗壓極限強(qiáng)度。該抗壓強(qiáng)度的數(shù)值即為混凝土的強(qiáng)度等級，例如C20級混凝土，其抗壓強(qiáng)度Rbza=13.5MPa。 混凝土在空氣中凝結(jié)時(shí)體積會縮小，而在水中或潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)混凝土，可減少收縮裂縫，保證強(qiáng)度。 混凝土的早期硬化速度與

3、氣溫有很大關(guān)系，當(dāng)氣溫在015時(shí)，硬化速度較慢，0時(shí)停止硬化；當(dāng)環(huán)境溫度高于20時(shí)，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(shí)性，從而提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和對鋼筋的保護(hù)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(qiáng)度比振搗法澆制的可提高30。 混凝土的強(qiáng)度隨時(shí)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(hù)28天的混凝土抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，則其相對抗壓強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)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(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)期關(guān)

4、系 養(yǎng)護(hù)期(天)28901803607208年12年相對抗壓強(qiáng)度1.01.251.51.752O2.252.53.02混凝土的軸心抗壓強(qiáng)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(qiáng)度將下降。但當(dāng)高寬比超過3以后，降低的幅度不再很大。 試驗(yàn)表明，用高寬比為34的混凝土棱柱體試件測得的抗壓強(qiáng)度與以受壓為主的鋼筋混凝土構(gòu)件中的混凝土抗壓強(qiáng)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(qiáng)度，稱為軸心抗壓強(qiáng)度，或長直強(qiáng)度，用Ra表示。 3混凝土的彎曲抗壓強(qiáng)度 當(dāng)混凝土梁受一個(gè)與梁的軸線垂直的力作用而彎曲時(shí)，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(shí)受壓區(qū)混凝土的彎曲抗壓強(qiáng)度用R表示，其值小于混凝土的標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度Rbza，大于軸心抗壓強(qiáng)度Ra。 4混凝土的抗拉強(qiáng)度 混凝土的最大弱點(diǎn)就是抗拉強(qiáng)度很低，一般只有抗壓強(qiáng)度的1/81/20，且不與抗壓強(qiáng)度成比例增長。 5混凝土的粘著力和抗剪強(qiáng)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?yàn)榛炷潦湛s將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生的摩擦力；因?yàn)榛炷令w粒的化學(xué)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(jī)械咬合力。單位表面積上的粘著力稱為粘著強(qiáng)度。根據(jù)試驗(yàn)表明，普通混凝土的粘著

6、強(qiáng)度接近抗剪強(qiáng)度，光面鋼筋的粘著強(qiáng)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(shí)，壓應(yīng)力與彈性相對變形的比值。混凝土為彈塑性材料，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(shí)基本一致，可取相同數(shù)值。標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度以標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法得到的混凝土強(qiáng)度。 實(shí)際工程中因受振搗方法、養(yǎng)護(hù)條件等限制，混凝土的強(qiáng)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(qiáng)度計(jì)算中，均采用混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，如表5-1-2所示。 表5-1-2 混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)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(jì)值Rw39.537.53532.529.5262218.515117.5標(biāo)準(zhǔn)值fcmk彎曲抗壓26.52523.521.519.517.51512.5107.55設(shè)計(jì)值Ra36343229.52723.5201713.5106.7標(biāo)準(zhǔn)值Rbza軸心抗壓C60C55C50C45C40C35C30C25C20C

8、15C10混凝土強(qiáng)度等級符 號強(qiáng)度種類標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)值第7頁，共18頁。二、鋼筋的力學(xué)特性 鋼筋是鋼筋混凝土最主要的組成部分，鋼筋的力學(xué)特性見教材中的表5-1-3、5-1-4所示。 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土中的預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土兩種。普通鋼筋混凝土中的鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土中的非預(yù)應(yīng)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(jī)制造以提高質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。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(yù)應(yīng)力兩種，它們之間的差別在于，預(yù)應(yīng)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(shí)鋼筋回縮而混凝土必然阻止其回縮，因而混凝土受一個(gè)預(yù)壓應(yīng)力。當(dāng)構(gòu)件承載而受拉時(shí)，這種預(yù)壓應(yīng)力可部分或全部地抵消受拉時(shí)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)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(qiáng)度計(jì)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(yīng)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(qiáng)度要求外，主筋凈距不小于30mm，主筋直徑不大于20mm。 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土及鋼筋混凝土構(gòu)件，當(dāng)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(shí)，可采用雙根并列布置。 預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土環(huán)形截面構(gòu)件中穿筋板上用做連接預(yù)應(yīng)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(qiáng)度等級不宜低于C40；預(yù)應(yīng)力混凝土離心環(huán)形電桿的混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C50，有條件應(yīng)采用強(qiáng)度等級更高的混凝土，其他預(yù)制構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C20。 對于主筋的保護(hù)層厚度，均應(yīng)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(qiáng)度計(jì)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(yán)格地說，每個(gè)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(dāng)構(gòu)件為軸心受壓或小偏心受壓時(shí)，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(jì)算時(shí)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(shí)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(jì)算構(gòu)件的變形，如構(gòu)件承受長期荷載時(shí)，則需額外考慮混凝土的徐變影響，應(yīng)將按B計(jì)算的撓度乘以增大系數(shù)c，其值如下：當(dāng)干燥氣候時(shí)取3，當(dāng)正常氣溫、濕度條件時(shí)取2，當(dāng)潮濕條件時(shí)取1.5。 使用階段出裂構(gòu)件 對于受彎構(gòu)件和長細(xì)比較大的壓彎構(gòu)件，不可避免地要產(chǎn)生裂縫，計(jì)算時(shí)宜采用第二階段剛度。經(jīng)推導(dǎo)，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(jì)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(jì)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(jì)算剛度。 第15頁，共18頁。圖5-1-2剛度系數(shù)計(jì)算曲線 第16頁，共18頁。(5-1-5) 式中 Mc長期作用的標(biāo)準(zhǔn)荷載所產(chǎn)生的彎矩； Md短期作用的標(biāo)準(zhǔn)荷載所產(chǎn)生的彎矩； M全部標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)荷載可考慮短期荷載，剛度可用B或B，對轉(zhuǎn)角桿的導(dǎo)線張力可考慮為長期荷載，而風(fēng)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(gè)標(biāo)