陳賓++黃雙華++汪杰++王偉

摘 要：因?yàn)楝F(xiàn)在鋼管桿的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力合理、占地面積小等，所以在高壓輸電線路中得到更廣泛的應(yīng)用，尤其是在建設(shè)城市電力線路中處于主導(dǎo)作用。而基于鋼管和砼兩種材料在受力過(guò)程中的相互作用的鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)，不僅能顯著提高組合材料的強(qiáng)度，對(duì)于結(jié)構(gòu)物的整體剛度也有明顯改善，該新型組合結(jié)構(gòu)由于受力合理，目前主要用于高層建筑中；但在特高壓輸線路墩臺(tái)搭設(shè)的應(yīng)用還處于探索階段。本文意在論證鋼管混凝土架設(shè)特高壓輸電線的合理性，為今后特高壓輸電線路的建設(shè)提供思路。

關(guān)鍵詞：鋼管桿 特高壓輸電線 鋼管混凝土 組合結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：U443 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）06（a）-0103-01

改革開(kāi)放35年以來(lái)，我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)力得到了充分的發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)取得了飛速發(fā)展，為穩(wěn)固改革成果，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，改變能源消耗不清潔，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)西北部資源集約開(kāi)發(fā)、提高能源利用效率，增強(qiáng)中東部能源安全和電力供應(yīng)能力。應(yīng)加快建設(shè)特高壓電網(wǎng)，嚴(yán)格控制火力發(fā)電造成的燃煤污染，在顯著改善東中部地區(qū)大氣狀況的同時(shí)滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力的需求，以電能的大規(guī)模輸送作為新型工業(yè)布局的顯著特點(diǎn)。在建設(shè)電網(wǎng)的過(guò)程中，每年都會(huì)增長(zhǎng)數(shù)萬(wàn)公里的高壓輸電線路。大規(guī)模增長(zhǎng)的特高壓電網(wǎng)就重新設(shè)定了輸電線路的的設(shè)計(jì)。如何保證輸電線路的安全穩(wěn)定，減少輸電過(guò)程電能消耗，提高輸電工程建設(shè)的效益，確保我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的順利實(shí)施，是擺在輸電工程技術(shù)人員面前亟需解決的難題。

1 鋼管混凝士的抗壓原理及特點(diǎn)

鋼管混凝土在我國(guó)的發(fā)展，可以追溯到20世紀(jì)60年代，是一種以螺旋鋼筋混凝土為基礎(chǔ)，在鋼管內(nèi)部填充高強(qiáng)混凝土而形成的一種新型組合結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過(guò)程中的相互作用，即外部鋼管為內(nèi)部混凝土提供緊錮力，使得混凝土在軸向荷載作用下處于三向受壓狀態(tài)，在三向壓應(yīng)力作用下，混凝土的工作性能將得到大幅提升，不但承載力明顯提高，其塑性和延性也能得以大幅改善；同時(shí)，混凝土的存在可以延緩甚至避免鋼管發(fā)生局部屈曲，從而保證鋼管受力性能的充分發(fā)揮。實(shí)驗(yàn)證明，在軸心壓力作用下，薄壁鋼管的承載力是極不穩(wěn)定的，其實(shí)際承載力往往只有理論計(jì)算值的1/3～1/5左右[1]但鋼管內(nèi)部混凝土的強(qiáng)度避免了薄壁鋼管的軸壓失穩(wěn)。鋼管混凝土作為一種組合結(jié)構(gòu)，具有承載力高、延性好、抗動(dòng)荷載性能優(yōu)越等獨(dú)特的工作特性。

2 高壓輸電線路鋼管混凝土墩臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

鋼管混凝土施工方便，耐火耐腐蝕性能優(yōu)良，目前該新型結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高層結(jié)構(gòu)已取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。首先，在施工過(guò)程中，鋼管混凝土零件少、焊縫少，而且鋼管為混凝土的施工提供了穩(wěn)定的耐側(cè)壓模板；同時(shí)，鋼管內(nèi)澆筑的混凝土減少了鋼管的外露面，對(duì)鋼筋提供了很好的保護(hù)作用，能有效避免鋼管受環(huán)境侵蝕；最后，得益于鋼管和混凝土之間的相互作用，鋼材和混凝土兩種材料的特性和潛力得以充分發(fā)揮，鋼管內(nèi)部混凝土的破壞由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐模Y(jié)構(gòu)的延性明顯改善，材料的性能得到了充分和合理的利用。

架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)形式的選擇主要受線路電壓等級(jí)、地質(zhì)地形條件、施工運(yùn)行條件等多種因素的影響，形式多樣。目前應(yīng)用較廣泛的主要有自立式鐵塔、拉線塔、鋼管桿等結(jié)構(gòu)形式。鋼管混凝土桿作為鋼管桿的有效補(bǔ)充，具備以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：

（1）鋼管桿作為一種高聳結(jié)構(gòu)，其管壁相對(duì)較薄，整體的柔性較大，在軸向荷載作用下容易發(fā)生局部失穩(wěn)的現(xiàn)象。因此，在呼稱(chēng)高較大或荷載較大的情況下，為滿足撓度和自身的穩(wěn)定，梢徑和鋼管壁厚將大大增加，從而造成建筑鋼材的浪費(fèi)，提高工程的造價(jià)。因此，一般來(lái)說(shuō)鋼管桿多使用于小呼高和110 kV以下的輸電線路工程。而鋼管混凝土結(jié)構(gòu)由于存在鋼管和混凝土兩種材料在受力過(guò)程中的相互作用，充分發(fā)揮了材性的內(nèi)在潛能，整體的承載力、穩(wěn)定性及剛度都得到了大幅提高；適用于大呼高及高等級(jí)的輸電線路工程，從而有效地彌補(bǔ)了鋼管桿穩(wěn)定性的不足。

（2）鋼管混凝土具有良好的塑性。混凝土本身是一種脆性材料，一般情況下，其劈裂強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/10～1/20左右，且破壞過(guò)程瞬間發(fā)生，屬于典型的脆性材料[2]；工程中常見(jiàn)的做法是在混凝土內(nèi)部配置鋼筋制得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；但有關(guān)研究表明，鋼筋混凝土軸心受壓及小偏心受壓構(gòu)件的破壞，也呈現(xiàn)脆性破壞的特性而鋼管混凝土中，一方面因鋼管的“套箍”作用使得混凝土在徑向變形受到約束而處于三向受力狀態(tài)，其承載力大大提高。同時(shí)，鋼管的“套箍”作用還能大大提高混凝土的塑性性能，使得混凝土尤其是高強(qiáng)混凝土脆性的弱點(diǎn)得到克服；另一方面，混凝土填充鋼管之內(nèi)，增強(qiáng)了鋼管管壁的穩(wěn)定性和剛度，使結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性大幅度提高，屬于塑性破壞。

（3）輸電線路桿塔長(zhǎng)期承受風(fēng)荷載、雪荷載、不均勻脫冰及覆冰舞動(dòng)等動(dòng)荷載。而鋼管混凝土延性好、抗動(dòng)荷載性能優(yōu)越。同時(shí)，按照規(guī)范要求，位于強(qiáng)地震烈度（9度及以上）地區(qū)的各類(lèi)桿塔應(yīng)進(jìn)行抗震驗(yàn)算。而鋼管混凝土的抗震性能明顯優(yōu)于其他的結(jié)構(gòu)形式。

（4）在2008年2月份的特大冰災(zāi)中，輸電線路由于覆冰嚴(yán)重，致使電力設(shè)施遭到了重大的損害，尤其是造成了電力線路大面積倒塔事故。究其原因，主要是覆冰厚度的增加導(dǎo)致鐵塔承受的水平荷載、垂直荷載和縱向荷載急劇增加，鐵塔所承受的彎矩和扭矩不斷增大，引起鐵塔局部構(gòu)件的失穩(wěn)，最終導(dǎo)致塔架的整體破壞。而鑒于鋼管混凝土簡(jiǎn)單合理的受力性能、優(yōu)良的穩(wěn)定性和高承載力，可以考慮在條件允許的情況下，特別是覆冰情況非常突出的線路段，用鋼管混凝土桿取代自立式鐵塔，以避免災(zāi)害發(fā)生后因鐵塔的倒塌帶來(lái)?yè)p害。

3 結(jié)論

由于鋼管混凝土受力合理，能充分發(fā)揮材料性能；施工簡(jiǎn)便，顯著縮短工期；并取得一定經(jīng)濟(jì)效果，目前已廣泛用于各種建構(gòu)筑物及橋梁工程。根據(jù)其受力特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于以軸力為主的構(gòu)件；高壓輸電線路墩臺(tái)主要以軸壓受力為主，采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)越性明顯。

參考文獻(xiàn)

[1] 李俊峰.淺談鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與優(yōu)缺點(diǎn)[J].包鋼科技，2001，27：91-95.

[2] 劉北平，王艷.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究，2012，31.

[3] 劉春玲，李旭，張有佳.輸電線路抗震研究現(xiàn)狀及震害防御措施[Z].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)第十屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議.endprint