一种新型材料电杆的设计研究.doc

一种新型材料电杆的设计研究 王菊WANGJu；彭兴民PENGXing-min （湖南工程职业技术学院，长沙410151；长沙勘察设计研究院有限公司，长沙410000） （HunanEngineeringPolytechnic，Changsha410151，China； ChinaNonferrousMetalSurveyandDesignInstituteofChangshaCo.，Ltd.，Changsha410000，China） 摘要：活性粉末混凝土是一种新型的建筑材料，现已经进人实际应用阶段。本文介绍了活性粉末混凝土性能特点、讨论了它应用于电杆的可行性。根据现有规范对环形截面的普通混凝土电杆和活性粉末混凝土电杆进行设计，并利用有限元分析软件ANSYS对两种电杆进行分析计算。在ANSYS有限元分析过程中，采用柱坐标系，考虑了材料的非线性，计算模型是承受相同设计荷载的两根悬臂梁，建模时采用混凝土solid65单元，预应力钢筋采用空间杆单元link8，然后对电杆进行网格划分、加载求解。最后得到两种不同材料电杆的杆身挠度、自重、钢筋和混凝土的最大应力、含钢量的大小。对结果数据进行分析比较，从而得到活性粉末混凝土电杆在许多方面优越于普通混凝土电杆，它对工程应用具有一定的参考价值。 Abstract：Reactivepowderconcreteisakindofnewconstructionmaterial.Ithasbeenappliedinpractice.Inthispapertheperformancecharacteristicsofreactivepowderconcretearesimplyintroduced，atthesametime，thefeasibilityofreactivepowderconcreteapplyingtotelegraphpoleismainlydiscussed.ThewholestructuraldesignprocessofamonconcretetelegraphpoleandatelegraphpolewhichismadeofreactivepowderconcreteisdoneaordingtoChinaexistingcriterion。ThefiniteelementanalysissoftwareANSYSisusedtoanalyzeandcalculatethetwokindsofconcretetelegraphpoleswhosecrosssectionsareorbicular.GlobalcylindricalcoordinatesystemsareadoptedandthematerialnonlinearisalsotakenintoaountduringthecourseoftheANSYSfiniteelementanalysis，countmodelsaretwocantileverbeamsontheconditionthattheywithstandthesamedesignload，concreteelementsolid65isusedinthemodeling，barelementlink8isusedinprestressedsteel.Thenthemodeloftelegraphpolesismeshed，loadedandintheendcountsolutionsareoutput.Someconcretedataisgainedsuchasdeflection，weightofthetelegraphpoles，maximalstressofsteelbarandconcrete，steelcontentofthetwodifferentconcretetelegraphpoles.Thedataparisonhasbeenanalyzed，theresultobviouslyindicatesthatthetelegraphpolethatismadeofreactivepowderconcreteissuperiortothemonconcretetelegraphpoleinsomeaspectsbytheanalysisandparisonofthelastdata.Asfarastheapplicationofprojectisconcerned，thiswillhavedefinitereferencedvalue. 关键词：活性粉末混凝土；电杆；挠度；应力 Keywords：reactivepowderconcrete；telegraphpole；deflection；stress ：TU528：A：1006-4311（xx）25-0139-02 作者简介：王菊（1979-），女，湖南长沙人，讲师，研究方向为新型建筑材料、建筑抗震。 0引言 活性粉末混凝土是一种具有超高强度、高耐久性、高韧性、体积稳定性良好的新型水泥基复合材料，它由石英砂、水泥、硅灰、高效减水剂及钢纤维等组成。其材料制备、性能、工艺等方面均优于高强混凝土、普通混凝土。其抗压强度、抗折强度和断裂能均大大提高。同时RPC具有极小的孔隙率。在国外在一些大型结构、抗腐蚀结构、桥梁结构工程中使用了这种超高超活性粉末混凝土新型材料，并展示出独特的优越性，显示了良好的应用前景。 钢筋混凝土电杆是我国送电线路主要杆塔结构形式之一，随着超高压路输电线路的普及，对混凝土电杆提出了新的性能要求。对现有的电杆破坏状况进行分析，几乎都是受拉或受压区域混凝土先破坏，造成这中现象的主要原因是混凝土耐久性差、强度偏低。应用RPC的高强度高韧性和高耐久性等优异性能，电杆的结构自重可以减轻，耐久性可以提高，从而使杆的使用寿命延长，后期电杆的养护维修工作量大大降低。 然而，国内市场上目前在这方面的很少进行探索，实际工程中还缺乏丰富的设计经验，因此本文以现有规范为依据，对活性粉末混土RPC电杆和普通混凝土电杆进行设计与计算，并结合用计算机有限元软件ANSYS进行分析，从而得到活性粉末混凝土电杆的优越性。 1两种材料电杆的设计与计算 1.1设计条件 线路电压35kV（单回）。导线型号LGJ-120，地线型号GJ-35。设计水平档距为220m，垂直档距为300m。采用固定线夹、转动横担，起动张力为2500N。电杆采用离心制造。电杆的各项数据如表1。电杆外形尺寸见图1，标准呼称高11.8m。设计荷载见图1，风压计算得235N/m2。 1.2应用有限元分析，建模及求解 在建模过程中钢筋和混凝土组合方式采用分离式模型，位移协调。混凝土单元采用solid65和预应力钢筋采用空间杆单元link8建立模型，并且钢筋和混凝土单元共用节点。然后划分网格、加载求解。 非线性有限元分析两种电杆计算结果比较如表2。 在有限元分析求解过程中活性粉末混凝土电杆所用的计算模型、划分的网格图、后处理中绘制的变形图和梯度图如图2所示。 从图3-图5中可以看出，电杆的最大变形出现在杆顶端，最大竖向拉压应力发生在底面外侧的左右边缘。这与理论计算是相符的。 2结论 参考现有的现有行业规范，通过计算机软件ANSYS有限元分析两种不同材料的电杆，将其结果进行对比，得到以下结论： 活性粉末混凝土电杆的壁厚比普通混凝土电杆的壁厚减少15mm，同时活性粉末混凝土电杆的抗压强度大大增加，耐久性增强。从而可以减小裂缝宽度，相对普通混凝土电杆自重减少了40.6，明显的提高了结构抗震性能。 活性粉末混凝土RPC是一种新发展的混凝土材料，将RPC材料应用于电杆中，使电杆的强度、韧性、抗冻性、耐久性、抗腐蚀性大大提高，尤其是使用在严酷环境和高寒地区中、中，延长电杆的使用寿命，大大降低电杆后期的养护维修工作量。为此活性粉末混凝土RPC电杆具有良好的市场前景，使其在工程中发挥更大应用价值。 参考文献： 1贾方方.钢筋与活性粉末混凝土粘结性能的试验研究D.北京交通大学，xx. 2徐海宾，邓宗才