不同結構環形混凝土電桿的特點分析
湖北中南管道有限公司，蔣強忠? 430065

近年來，隨著全國城鄉電網建設的迅速發展，電力架線等級越來越高，線徑越來越粗，對電力線路安全和等級提出了更高的要求，從而推動電桿向超高、大彎矩方向發展。
為了滿足城鄉電網建設的需要，電桿結構形式也從單一的非預應力電桿（即鋼筋混凝土電桿）、和純預應力電桿向復合型結構——部份預應力鋼筋砼結構方向發展。現簡單介紹一下這三種不同結構電桿的優劣。
一、非預應力電桿
非預應力電桿（國標中稱鋼筋混凝土電桿）是我國早期生產的一種架線桿，和方形電桿等在六七十年代，在我國西、北方使用較多。此類電桿的縱向鋼筋只有圓鋼或螺紋鋼（如右圖）。外荷載主要由縱向非預應力鋼筋承受，屬于普通鋼筋混凝土構件類型，故在結構配筋時，耗鋼量大，同時抗裂性能差，極易出現裂紋。
新國標GB4623-2014《環形混凝土電桿》中對鋼筋混凝土電桿力學性能檢測抗裂性能 “鋼筋混凝土電桿加荷至開裂檢驗荷載時，裂紋寬度不得超過0.20mm，卸荷后殘余寬度不應大于0.05mm”要求中可以看出，電桿在達到檢驗荷載時允許有環向裂縫，說明其出現裂縫難以避免，抗裂性能差。
從實際使用中也可看到，采用鋼筋混凝土電桿架設的供電線路，經過3年運行后，70%的電桿出現不同程度的環向和縱向裂紋；5年運行后，90%的電桿均出現裂紋，其中許多電桿環向裂紋出現銹蝕斑點。當裂縫出現后，由于雨水和潮氣浸入裂縫，到達鋼筋后就產生銹蝕，造成電桿強度的降低。并且在冬季反復結冰膨脹，使砼保護層剝落，鋼筋裸露在空氣中，致使主筋銹蝕，這樣，耐久性降低嚴重影響使用壽命。

二、環形預應力混凝土電桿
環形預應力混凝土電桿縱向主筋為預應力鋼筋。是一種預應力混凝土預制構件。早期預應力電桿均采用甲級冷拔絲（抗拉強度fpy=650MPa）作為縱向預應力筋，現在主要采用預應力混凝土用高強鋼絲（抗拉強度fpy=1570MPa）作為預應力筋（見右圖）。預應力混凝土電桿因通過張拉設備，預先將預應力筋張拉，待混凝土強度達到脫模強度后，切斷鋼筋的錨固頭，使鋼筋存在收縮趨勢，形成電桿兩端向中間的預壓應力，從而提高電桿的剛度和抗裂性能。新國標GB4623—2014《環形混凝土電桿》中預應力電桿檢驗要求當加荷到100%開裂檢驗荷載時，不允許出現裂紋，表明此類電桿的抗裂性能較好。
因受到電桿壁厚和混凝土強度等級的影響，預應力筋配筋數量有限，所以只能生產小彎矩電桿，承載能力偏低。新國標GB4623-2014《環形混凝土電桿》產品規格表中，預應力最高只能達到O級（開裂檢驗荷載8.0kN）。一般只用于10kv以下，線徑較小的輸電線路工程。生產中當預應力筋分布不均，或張拉斷筋時，極易出現彎桿、縱向裂縫等質量問題。還有因預應力值過高，電桿產生的橫向拉應力也大，易超過混凝土本身的抗拉力而出現裂縫。使用中，當遇到無法承受的外力影響（大風、碰撞）時，預應力鋼筋繃斷，使電桿易發生“脆斷”。

三、部分預應力電桿的特性
部分預應力結構是后期發展、利用的新型構件形式，它兼具鋼筋混凝土結構和預應力結構的優點，在城市建設中應用越來越廣泛。如橋梁、樓板、高架快速道、輸水管道等各類混凝土構件。部分預應力電桿縱向預應力筋增加電桿的抗裂性能，同時配置縱向普通鋼筋（通常為HRB400級螺紋鋼）增加其荷載能力。其截面是一種環形薄壁結構，受結構限制，中間配筋數量是有一定限度的。部分預應力結構較好的糅合預應力和非預應力兩種鋼筋的特點，發揮出鋼筋更大優勢。
環形混凝土電桿的受力屬純受彎薄壁構件。其小頭所需抗彎力矩小，由預應力鋼筋擔負，由上而下，電桿斷面逐漸增大，斷面能承受的抗彎力矩也隨之增加，部分預應力電桿除了由通常的預應力鋼筋擔負外，其不足部份可由非預應力鋼筋來擔負，使電桿各斷面處的含筋率大體保持一致，以彌補預應力砼電桿小頭含筋率過高，預應力過大，而有可能導致小頭混凝土被壓碎的缺陷，同時也克服了過多的配筋在構造上造成的困難，并改善了預應力電桿大頭由于預應力鋼筋數量少，難以達到所要求的抗彎力矩和不能使應力傳遞均勻的現象。

以Φ190×10×M×BY部分預應力電桿為例（見配筋和彎矩圖），部分預應力電桿可根據電桿不同高度的受力彎矩情況，階梯式增加鋼筋數量，使電桿不同斷面的彎矩設計值，始終大于電桿受力時承受的彎矩，保證了整體結構的合理性，減少材料的浪費。

部分預應力電桿的縱向主筋有預應力筋，也有非預應力筋，結構較鋼筋混凝土電桿和預應力電桿工序復雜，故生產難度也比前兩種電桿大。生產線建設中需要的設備更多，人工費和設備費用比較高。
以Φ190×10×I級電桿為例，預應力桿、非預應力桿和部分預應力的各項經濟、技術參數對比如下：

從上表中可以看出，部分預應力電桿的材料成本比預應力桿高，與非預應力桿大致相當，但其性能相對預應力桿、非預應力桿有明顯優勢。

四、結 論
部分預應力電桿結構更合理，并且產品抗裂性能好、承載能力高、使用壽命長、不易發生脆斷、使用安全等優點，更能滿足輸電線路、通信線路架設要求，確保線路安全運行。