《输电线路基础》第5章杆塔强度校核第一节影响电杆强度的因素.课件

1、第五章 杆塔强度校核 第一节 影响电杆强度的因素 第1页，共18页。输电线路在长期的运行中，杆塔作为导线和避雷线的支持物，必须能承受一定的荷载，且其变形必须在一定的允许范围之内。即杆塔必须满足一定的强度、稳定性及变形要求。 影响杆塔强度的因素主要有制造杆塔所用的材料、杆塔的受力形式及杆塔的结构形式。 一、混凝土的力学特性 由于它们具有几乎相等的温度膨胀系数，相互间又存在很强的粘着力，因此相互结合俨如一个整体而能较好地联合工作，从而充分发挥各自的优点，故钢筋混凝土已成为目前理想的建筑材料，也是制造电杆的良好材料。 钢筋混凝土是由混凝土和钢筋两种材料结合而成的。钢筋混凝土电杆已广泛应用于220kV

2、及以下电压等级的输配电线路上。 混凝土是用水泥、水、砂子和石子等原材料按一定比例混合，经搅拌后入模浇注，并经养护硬化后做成的人工石材。第2页，共18页。混凝土的力学特性可用下列强度指标及弹性模量来说明。 1混凝土的抗压强度 混凝土抗压强度是指按规定的方法搅拌而成的边长200mm的混凝土立方试块，在室温1520、空气相对湿度90以上的情况下，养护28天后，以标准试验方法得到的抗压极限强度。该抗压强度的数值即为混凝土的强度等级，例如C20级混凝土，其抗压强度Rbza=13.5MPa。 混凝土在空气中凝结时体积会缩小，而在水中或潮湿空气中养护混凝土，可减少收缩裂缝，保证强度。 混凝土的早期硬化速度与

3、气温有很大关系，当气温在015时，硬化速度较慢，0时停止硬化；当环境温度高于20时，硬化速度显著加快。 水灰比是水和水泥的重量比。 减小水灰比，将会增加混凝土的密实性，从而提高混凝土的抗压强度和对钢筋的保护作用，延长其使用寿命。 第3页，共18页。用离心法浇制的环形截面电杆，在旋转过程中，由于离心力作用，混凝土中的一些水分被甩出，水灰比降低，因而离心法浇制的混凝土强度比振捣法浇制的可提高30。 混凝土的强度随时间而增长，初期增长速度快，而后增长速度慢并趋于稳定。若以养护28天的混凝土抗压强度为标准，则其相对抗压强度与养护期的关系如表5-1-1所示。 表5-1-1 混凝土的相对抗压强度与养护期关

4、系 养护期(天)28901803607208年12年相对抗压强度1.01.251.51.752O2.252.53.02混凝土的轴心抗压强度 同样边长的混凝土试件，随着高度的增加(即由立方体变为棱柱体)，其抗压强度将下降。但当高宽比超过3以后，降低的幅度不再很大。 试验表明，用高宽比为34的混凝土棱柱体试件测得的抗压强度与以受压为主的钢筋混凝土构件中的混凝土抗压强度基本一致。 第4页，共18页。因此可将它作为以受压为主的钢筋混凝土结构构件的抗压强度，称为轴心抗压强度，或长直强度，用Ra表示。 3混凝土的弯曲抗压强度 当混凝土梁受一个与梁的轴线垂直的力作用而弯曲时，梁的横截面上将产生以中性平面为界

5、的受压区和受拉区。此时受压区混凝土的弯曲抗压强度用R表示，其值小于混凝土的标准抗压强度Rbza，大于轴心抗压强度Ra。 4混凝土的抗拉强度 混凝土的最大弱点就是抗拉强度很低，一般只有抗压强度的1/81/20，且不与抗压强度成比例增长。 5混凝土的粘着力和抗剪强度 混凝土和钢筋所以能联合工作，主要依靠混凝土和钢筋之间存在的粘着力。粘着力的产生主要有一下方面的原因： 因为混凝土收缩将钢筋紧紧握固而产生的摩擦力；因为混凝土颗粒的化学作用而产生的混凝土与钢筋之间的胶合力；第5页，共18页。由于钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合力。单位表面积上的粘着力称为粘着强度。根据试验表明，普通混凝土的粘着

6、强度接近抗剪强度，光面钢筋的粘着强度为1.53.5MPa。6混凝土的弹性模量 混凝土的受压弹性模量Eh混凝土受压时，压应力与弹性相对变形的比值。混凝土为弹塑性材料，它在外力作用下的变形包括弹性变形和塑性变形。混凝土受拉弹性模量与受压时基本一致，可取相同数值。标准强度以标准试验方法得到的混凝土强度。 实际工程中因受振捣方法、养护条件等限制，混凝土的强度值具有一定的离散性。 第6页，共18页。在混凝上构件的强度计算中，均采用混凝土的设计强度，如表5-1-2所示。 表5-1-2 混凝土强度标准值、设计值和弹性模量 N/mm2 3.61043.551043.451043.351043.251043.1

7、510431042.81042.551042.21041.75104Eh弹性模量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设计值Rw39.537.53532.529.5262218.515117.5标准值fcmk弯曲抗压26.52523.521.519.517.51512.5107.55设计值Ra36343229.52723.5201713.5106.7标准值Rbza轴心抗压C60C55C50C45C40C35C30C25C20C

8、15C10混凝土强度等级符 号强度种类标准值设计值第7页，共18页。二、钢筋的力学特性 钢筋是钢筋混凝土最主要的组成部分，钢筋的力学特性见教材中的表5-1-3、5-1-4所示。 预应力钢筋混凝土中的预应力钢筋宜采用冷拉II级、冷拉III级、冷拉IV级钢筋和V级(热处理)钢筋、甲级冷拔低碳钢丝、碳素钢丝等。 钢筋混凝土分为普通钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土两种。普通钢筋混凝土中的钢筋及预应力钢筋混凝土中的非预应力钢筋宜采用I级、II级、III级钢筋及乙级冷拔低碳钢丝。三、电杆的结构型式 环形截面的构件较其它截面构件，具有各方向承载能力相等、节省材料、便于采用离心机制造以提高质量等优点。因此，在输电

9、线路中广泛采用环形截面的钢筋混凝土构件。其结构如图5-1-1所示。 第8页，共18页。图5-1-1 钢筋混凝土电杆构造图1-钢箍；2-穿心钢管；3-纵向钢筋；4-螺旋筋；5-水平钢筋这种构件又分为普通和预应力两种，它们之间的差别在于，预应力构件浇注前，将钢筋施行张拉，待混凝土凝固后撤去张力，这时钢筋回缩而混凝土必然阻止其回缩，因而混凝土受一个预压应力。当构件承载而受拉时，这种预压应力可部分或全部地抵消受拉时应力而不致产生裂缝。 裂缝的危害在于使钢筋表面与潮湿空气中的氧接触，发生锈蚀，影响电杆寿命。 (一)、环形截面钢筋混凝土结构的构造要求 1、钢筋 第9页，共18页。预应力钢筋混凝土环形截面受

10、弯构件常用管径的最小配筋量，见表5-1-4。 表51-4 预应力混凝土环形截面受弯构件常用管径的最少配筋量 外径(mm)钢筋标准强度（N/cm2）6500085000150000200666665250106868530012610686350166126106400186166126550286226166主筋直径不小于5mm，主筋间距不大于100mm。除满足构件强度计算要求外，主筋净距不小于30mm。钢筋直径不大于12wan，主筋根数不应少于6根。 钢筋混凝土环形截面受弯构件常用管径的最小配筋量，见表5-1-5。 第10页，共18页。表5-1-5 钢笳混凝土环形截面受弯构件常用管径的最小配

11、筋量 管径(mm)200250300350400最小配筋量6101010121214121612主筋直径不小于10mm，间距不大于70nun，根数不少于6根。除满足强度要求外，主筋净距不小于30mm，主筋直径不大于20mm。 预应力钢筋混凝土及钢筋混凝土构件，当钢筋根数较多，而直径较小(直径在6mm以下)，在截面中单根布置有困难时，可采用双根并列布置。 预应力钢筋混凝土及钢筋混凝土环形截面构件，须设置等间距的螺旋筋及内钢箍。螺旋筋的间距不小于50mm，不大于150mm。内钢箍间距为5001000mm。螺旋筋的直径不小于35mm(用低碳冷拔钢丝)。钢板圈厚度不小于8ram，高不小于140mm。对

12、锥形杆，小头主筋净距不小于25mm。 第11页，共18页。预应力钢筋混凝土环形截面构件中穿筋板上用做连接预应力主筋的孔径不能太大，可较主筋直径大0.5mm2。 2、混凝土 普通钢筋混凝土离心环形电杆的混凝土强度等级不宜低于C40；预应力混凝土离心环形电杆的混凝土强度等级不宜低于C50，有条件应采用强度等级更高的混凝土，其他预制构件的混凝土强度等级不应低于C20。 对于主筋的保护层厚度，均应不小于15mm。杆段壁厚不小于40mm。 四、钢筋混凝土构件的刚度 偏心受压构件和压弯构件的强度计算，均涉及构件的刚度。由均质弹性材料制造的构件，其刚度为EJ，即材料的弹性模量E和截面惯性矩J的乘积。钢筋混凝

13、土构件，不属于均质弹性材料，故其刚度不能直接取EJ的乘积。 第12页，共18页。钢筋混凝土构件的刚度与是否出现裂缝有关。混凝土出现裂缝之前，构件所具有的刚度称第一阶段刚度B；出现裂缝之后的刚度称第二阶段刚度B严格地说，每个阶段的刚度又可分为短期荷载作用下的刚度和长期荷载作用下的刚度。 1、短期荷载作用下的刚度 使用阶段不出裂构件 输电线路使用的环形截面普通钢筋混凝土构件，当构件为轴心受压或小偏心受压时，由于构件主要承受压力，其截面的受拉区很小，混凝土不产生裂缝，故计算时可采用第一阶段刚度B。 （5-1-1） （5-1-2） 第13页，共18页。上二式中 B第一阶段刚度(kNm。)； Eh混凝土

14、的受压弹性模量(MPa)； 0.85考虑短期荷载施加和开始作用后，非弹性变形发展的系数； Jz构件全部截面折算为混凝土截面时的惯性矩(m4)； Ag纵筋截面积(m2)； rg布筋半径(m)； Eg钢筋的弹性模量(MPa)； D环形截面外径(m)； d环形截面内径(m)。 用刚度B计算构件的变形，如构件承受长期荷载时，则需额外考虑混凝土的徐变影响，应将按B计算的挠度乘以增大系数c，其值如下：当干燥气候时取3，当正常气温、湿度条件时取2，当潮湿条件时取1.5。 使用阶段出裂构件 对于受弯构件和长细比较大的压弯构件，不可避免地要产生裂缝，计算时宜采用第二阶段刚度。经推导，环形截面钢筋混凝土构件的第二

15、阶段刚度B可按下式计算 第14页，共18页。（5-1-3） （5-1-4）上二式中 B第二阶段刚度(kNm。)； 与、有关的系数； Ah混凝土横截面积(m。)。 在计算出后，可按图5-1-2查出值，再由值找出；值，从而按式(5-1-3)计算刚度。 第15页，共18页。图5-1-2刚度系数计算曲线 第16页，共18页。(5-1-5) 式中 Mc长期作用的标准荷载所产生的弯矩； Md短期作用的标准荷载所产生的弯矩； M全部标准荷载所产生的弯矩 荷载长期作用下的刚度降低系数，取=1.8； B短期荷载刚度B或B。 3、对直线杆和耐张杆，风荷载可考虑短期荷载，刚度可用B或B，对转角杆的导线张力可考虑为长期荷载，而风荷载可考虑为短期荷载，刚度用Bc。 2、长期荷载作用下的刚度 在长期荷载的作用下将会产生个标