混凝土与水泥制品
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  • 文章内容

预应力等径活性粉末混凝土电杆的设计研究

作者:王德弘1,2,鞠彦忠1,康孟新1    单位:1.东北电力大学建筑工程学院,吉林132012; 2.哈尔滨工业大学土木工程学院,150090

关键词:电杆;活性粉末混凝土;预应力;设计方法

摘  要:针对活性粉末混凝土(以下简称RPC)的力学性能特点,通过理论推导分析,提出了预应力RPC电杆的承载力计算方法,给出了相应参数的建议取值范围。对500kV预应力RPC电杆进行了设计,利用有限元软件ANSYS建立了有限元模型,对不同工况下预应力等径RPC双杆的受力性能及变形性能进行了有限元分析,分析结果验证了该设计方法的有效性。

0   前言
    钢筋混凝土电杆因其耗钢量少、成本低、施工简单、运行维护工作量少等优点,在输电线路中得到了广泛应用。但是,普通钢筋混凝土电杆的抗弯强度低,并且在寒冷、盐类及电化学侵蚀等环境条件作用下,经过数十年运行均会出现不同程度的开裂、掉砂、蜂窝麻面等破损现象,使其使用寿命大大降低,限制了其在高电压等级输电线路中的应用。提高钢筋混凝土电杆强度有两种途径:①提高混凝土强度;②采用高强度钢筋和增加钢筋的数量[1]。而受普通钢筋混凝土电杆几何尺寸及构造的限制,电杆强度的增加有限。
    使用活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,以下简称RPC)替代普通混凝土制作预应力电杆可以克服钢筋混凝土电杆的不足。由于RPC具有极高的抗压强度和韧性,用其制作预应力RPC电杆,可以较大程度地提高其强度,同时又可以大幅度减小截面尺寸和结构自重;RPC材料优异的耐久性可以很大程度上提高其使用寿命,并能够长期免维护运行,降低养护费用成本。但是,RPC作为一种新型超高性能混凝土材料,当前还没有针对性的结构构件设计规范,若简单套用普通混凝土结构设计方法对RPC结构进行设计,很可能造成设计偏于保守,不能充分发挥RPC材料的力学性能。因此,有必要针对RPC材料的力学性能,研究RPC电杆的实用设计方法。 
    RPC是一种新型超高强度超高性能的高致密水泥基复合材料[2]。与常规混凝土相比,RPC具有超高强度、高韧性、高耐久性及良好的体积稳定性等特点,掺入了钢纤维的RPC抗压强度可达170~800MPa,抗折强度达30~60MPa,断裂能达到20000~40000J/m2,其抗压强度和抗折强度比普通混凝土高一个数量级,断裂能比普通混凝土高两个数量级[3]。RPC优越的力学性能和耐久性能,使其在输电线路工程中具有非常广阔的应用前景,尤其适宜于作为高耐久性预应力钢筋混凝土电杆的材料。本文以DL/T 5154—2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》为基础,参照CECS38:2004《纤维混凝土结构技术规程》,并根据本课题组对RPC材料力学性能试验研究的结果,考虑部分利用RPC材料的抗拉强度,提出了预应力等径RPC电杆承载力实用计算方法,并建立RPC电杆有限元模型进行有限元分析,验证设计方法的有效性。

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