技术资料
部分预应力电杆的配筋选择
时间：2014-12-16|阅读：次
随着混凝土技术的发展，特别是C60甚至C80的混凝土在混凝土电杆的生产中得到应用，C50混凝土电杆下段承受能力不足的不利因素得到改善。部分预应力电杆中的非预应力钢筋对混凝土预压变形起到了良好的约束作用，同时减少混凝土的脆性，因此部分预应力混凝土电杆和高强度混凝土电杆日益受到生产厂家和用户的青睐。此外，部分预应力混凝土电杆还可以节约钢材。高强度混凝土部分预应力电杆，因为使用等级可以更上一个阶段，可以代替钢管杆或者铁塔，更具成本优势而备受生产和使用单位的喜欢。生产部分预应力混凝土电杆厂家对非预应力钢筋的使用经常产生争议，本文将对两种钢筋使用的优劣作说明。
我们走访了一些混凝土生产企业，对用螺纹钢还是高强钢丝作为预应力钢筋的看法各有不同，但两种材料都有企业选择用于非预应力钢筋，那么，这两种材料在电杆生产中各有什么优、缺点呢？本文从生产技术和力学性能的角度对这两种材料使用的优劣作比较说明，供同行参考。
1 部分预应力混凝土电杆的特点
1.1 可充分利用钢筋和混凝土材料的特性，降低材料成本
广西电力线路器材厂生产的钢筋混凝土电杆通过力学试验，达到破坏认定标准的条件，超过97.5%都是受拉截面裂缝超过规定标准的破坏，受压截面混凝土破坏和挠度超过标准要求的情况只占到2.5%，混凝土强度抗压能力强、抗拉能力弱的特点，使钢筋抗拉强度往往不能充分体现出来，造成富余的钢筋抗拉能力的浪费。当然，这不是指设计的安全富余量，而是指混凝土抗压和钢筋的抗拉强度不能同时达到破坏而造成的浪费。历年试验数据分类统计表明，钢筋混凝土电杆破坏时，裂缝过大或者挠度超标，使钢筋的抗拉强度得不到充分体现。给混凝土施加压应力，减缓混凝土裂缝的出现，就可以提高钢筋强度的使用率，从而使混凝土电杆的承载力得到提高。
1.2 较大的预应力混凝土电杆会因混凝土脱模强度不足，造成电杆弯曲或者产生纵向裂缝
在水泥电杆模具内养护的混凝土电杆，预应力通过锚具传输到模具上，混凝土处于无压力的自由状态。在脱模时，锚具被松开卸除应力，预应力钢筋上的拉应力通过与混凝土的握裹力传送到混凝土上，混凝土开始承受轴向压力。这一阶段可能产生3种情况：一是混凝土强度可以承受钢筋的预应力，电杆不会出现质量问题；二是混凝土强度介于破坏与可以承受钢筋预应力之间，混凝土强度产生的握裹力让混凝土与钢筋共同产生应变，但混凝土的强度不足，整根电杆受到脱模产生的横向荷载作用，产生弯曲；三是混凝土强度不足以承受钢筋的压应力，握裹力不足，钢筋产生收缩，或者有足够的握裹力，混凝土强度不够，产生纵向裂缝。因此，预应力混凝土电杆的预应力值受到混凝土强度制约，承载力不能提得很高，而加设了非预应力钢筋的部分预应力杆，非预应力钢筋对混凝土的预压变形有约束作用，使混凝土的收缩余变减少，降低混凝土电杆由于预应力作用产生的变形，从而提高混凝土电杆的整体承载力。
1.3 低强度钢筋不仅能安全地承受静力和疲劳荷载，而且有良好的抗震性能，避免出现脆性破坏
为减少钢筋用量，预应力混凝土电杆都采用抗拉强度大于1470MPa的高强钢丝，这类钢筋比低强度钢筋的强度高，延伸率小，与混凝土的握裹程度高，容易产生脆性破坏。在高强度钢筋中配置一定比例的低强度钢筋，混凝土承受预压应力的阶段，非预应力钢筋可承受一部分压应力，减少混凝土的压力，避免纵向裂缝过早出现。在混凝土承受拉应力的工作阶段，非预应力钢筋可承受一部分拉应力，阻止高强度钢筋拉伸变形，避免出现脆断。
2 钢筋选取
抗拉强度为1570N/mm2的高强钢丝通过多年在预制混凝土构件中的应力，已经证明是可靠的，其强度高，受力性能好，可节约大量的钢材。以C50混凝土，Φ230mm×12m电杆为例，极限弯矩同为58.3KN·m，预应力钢筋选用强度fptk=650N/mm2的冷拔低碳钢丝，钢筋用量为950mm2。同样情况，预应力钢筋选用强度fptk=1570N/mm2的碳素高强钢丝，用钢量为400mm2，两者钢筋用量相差450mm2，钢筋用量大大减少，经济效益明显。此外，在企业生产过程中，钢筋用量的减少，还可以减少工作量，降低施工难度。选用碳素高强钢丝作预应力钢筋，集经济和施工方便于一体，是适宜的预应力钢筋。
3 普通钢筋的选取
3.1 选用碳素高强钢丝
一般来说，非预应力钢筋选择与预应力钢筋相同的材料，可以减少钢筋类型，方便施工。非预应力钢筋选用fptk=1570N/mm2的碳素高强钢丝，生产工艺简单，不需要电焊。在接头钢圈上与预应力钢筋一样钻孔、穿筋和镦头。预应力钢筋与非预应力钢筋的区别在于，非预应力钢筋在电杆根端镦头，在施加预应力时，以保证钢筋镦头处与受力钢圈（板）贴紧，但又没有预应力。从生产企业的角度来说，这种工艺不涉及电焊，工序简单，工效较高，但高强丝作为非预应力钢筋，不能充分利用其强拉弱压的特性，其经济性受到一定的限制。
3.2 选用HRB335级钢筋
选用HRB335级钢筋作为非预应力钢筋时，可以选用直径较大的钢筋，比如预应力钢筋用Φ10mm的碳素高强钢丝，非预应力则可以选用Φ14mm的螺纹钢，这样可减少钢筋的数量，方便喂料，提高喂料效率。如果选用镦头连接接头圈和非预应力钢筋，质量不好保证，这是因为钢筋含碳量较大，镦头部分受外力挤压会产生裂缝或者损伤变形，冷镦质量难以保证。因此，需要使用电焊把钢筋焊牢在接头钢圈上，由于纵向钢筋间距只有30mm左右，要保证焊缝质量而且不让焊弧烧伤附近的预应力筋，施工困难，效率不高。这种方式虽然提高了钢筋的利用率，但工作效率降低，在劳动力成本较低的地方可以考虑使用。
3.3 选用直径较大的HPB235级钢筋
HPB235钢筋含碳量相对较低，塑性好，冷镦的镦头质量容易保证，是比较理想的非预应力钢筋选用材料。选用HPB235钢筋作为非预应力钢筋，在工艺上要有所改变，需要加大接头钢圈的承力环，生产两排孔，分别用于预应力钢筋和非预应力钢筋。因为非预应力钢筋直径较大，所以钢筋镦头直径也更大，必然会影响主筋与接头钢圈壁的间距，钢筋在电杆壁的位置需往电杆圆心方向转移，以降低电杆的承载能力。选用HPB235钢筋作为非预应力钢筋，可以充分利用钢筋材料的抗压力，施工也比较方便，缺点是它属于光面的1级钢筋，混凝土的握裹力较低。
4 结语
混凝土电杆使用几十年以来，受混凝土发展瓶颈的制约，混凝土电杆的生产技术也没有较大的进步。随着混凝土生产技术的突破，C80混凝土生产技术日趋成熟，部分预应力钢筋混凝土电杆生产技术有了混凝土技术的支撑，在国内大部分地区都已经得到推广应用。但预应力钢筋选用什么材料，如何与接头钢圈搭接，各生产厂家不尽相同，因此企业应结合生产实际，在保证质量的基础上，充分考虑经济效益是很有必要的。
我们走访了一些混凝土生产企业，对用螺纹钢还是高强钢丝作为预应力钢筋的看法各有不同，但两种材料都有企业选择用于非预应力钢筋，那么，这两种材料在电杆生产中各有什么优、缺点呢？本文从生产技术和力学性能的角度对这两种材料使用的优劣作比较说明，供同行参考。
1 部分预应力混凝土电杆的特点
1.1 可充分利用钢筋和混凝土材料的特性，降低材料成本
广西电力线路器材厂生产的钢筋混凝土电杆通过力学试验，达到破坏认定标准的条件，超过97.5%都是受拉截面裂缝超过规定标准的破坏，受压截面混凝土破坏和挠度超过标准要求的情况只占到2.5%，混凝土强度抗压能力强、抗拉能力弱的特点，使钢筋抗拉强度往往不能充分体现出来，造成富余的钢筋抗拉能力的浪费。当然，这不是指设计的安全富余量，而是指混凝土抗压和钢筋的抗拉强度不能同时达到破坏而造成的浪费。历年试验数据分类统计表明，钢筋混凝土电杆破坏时，裂缝过大或者挠度超标，使钢筋的抗拉强度得不到充分体现。给混凝土施加压应力，减缓混凝土裂缝的出现，就可以提高钢筋强度的使用率，从而使混凝土电杆的承载力得到提高。
1.2 较大的预应力混凝土电杆会因混凝土脱模强度不足，造成电杆弯曲或者产生纵向裂缝
在水泥电杆模具内养护的混凝土电杆，预应力通过锚具传输到模具上，混凝土处于无压力的自由状态。在脱模时，锚具被松开卸除应力，预应力钢筋上的拉应力通过与混凝土的握裹力传送到混凝土上，混凝土开始承受轴向压力。这一阶段可能产生3种情况：一是混凝土强度可以承受钢筋的预应力，电杆不会出现质量问题；二是混凝土强度介于破坏与可以承受钢筋预应力之间，混凝土强度产生的握裹力让混凝土与钢筋共同产生应变，但混凝土的强度不足，整根电杆受到脱模产生的横向荷载作用，产生弯曲；三是混凝土强度不足以承受钢筋的压应力，握裹力不足，钢筋产生收缩，或者有足够的握裹力，混凝土强度不够，产生纵向裂缝。因此，预应力混凝土电杆的预应力值受到混凝土强度制约，承载力不能提得很高，而加设了非预应力钢筋的部分预应力杆，非预应力钢筋对混凝土的预压变形有约束作用，使混凝土的收缩余变减少，降低混凝土电杆由于预应力作用产生的变形，从而提高混凝土电杆的整体承载力。
1.3 低强度钢筋不仅能安全地承受静力和疲劳荷载，而且有良好的抗震性能，避免出现脆性破坏
为减少钢筋用量，预应力混凝土电杆都采用抗拉强度大于1470MPa的高强钢丝，这类钢筋比低强度钢筋的强度高，延伸率小，与混凝土的握裹程度高，容易产生脆性破坏。在高强度钢筋中配置一定比例的低强度钢筋，混凝土承受预压应力的阶段，非预应力钢筋可承受一部分压应力，减少混凝土的压力，避免纵向裂缝过早出现。在混凝土承受拉应力的工作阶段，非预应力钢筋可承受一部分拉应力，阻止高强度钢筋拉伸变形，避免出现脆断。
2 钢筋选取
抗拉强度为1570N/mm2的高强钢丝通过多年在预制混凝土构件中的应力，已经证明是可靠的，其强度高，受力性能好，可节约大量的钢材。以C50混凝土，Φ230mm×12m电杆为例，极限弯矩同为58.3KN·m，预应力钢筋选用强度fptk=650N/mm2的冷拔低碳钢丝，钢筋用量为950mm2。同样情况，预应力钢筋选用强度fptk=1570N/mm2的碳素高强钢丝，用钢量为400mm2，两者钢筋用量相差450mm2，钢筋用量大大减少，经济效益明显。此外，在企业生产过程中，钢筋用量的减少，还可以减少工作量，降低施工难度。选用碳素高强钢丝作预应力钢筋，集经济和施工方便于一体，是适宜的预应力钢筋。
3 普通钢筋的选取
3.1 选用碳素高强钢丝
一般来说，非预应力钢筋选择与预应力钢筋相同的材料，可以减少钢筋类型，方便施工。非预应力钢筋选用fptk=1570N/mm2的碳素高强钢丝，生产工艺简单，不需要电焊。在接头钢圈上与预应力钢筋一样钻孔、穿筋和镦头。预应力钢筋与非预应力钢筋的区别在于，非预应力钢筋在电杆根端镦头，在施加预应力时，以保证钢筋镦头处与受力钢圈（板）贴紧，但又没有预应力。从生产企业的角度来说，这种工艺不涉及电焊，工序简单，工效较高，但高强丝作为非预应力钢筋，不能充分利用其强拉弱压的特性，其经济性受到一定的限制。
3.2 选用HRB335级钢筋
选用HRB335级钢筋作为非预应力钢筋时，可以选用直径较大的钢筋，比如预应力钢筋用Φ10mm的碳素高强钢丝，非预应力则可以选用Φ14mm的螺纹钢，这样可减少钢筋的数量，方便喂料，提高喂料效率。如果选用镦头连接接头圈和非预应力钢筋，质量不好保证，这是因为钢筋含碳量较大，镦头部分受外力挤压会产生裂缝或者损伤变形，冷镦质量难以保证。因此，需要使用电焊把钢筋焊牢在接头钢圈上，由于纵向钢筋间距只有30mm左右，要保证焊缝质量而且不让焊弧烧伤附近的预应力筋，施工困难，效率不高。这种方式虽然提高了钢筋的利用率，但工作效率降低，在劳动力成本较低的地方可以考虑使用。
3.3 选用直径较大的HPB235级钢筋
HPB235钢筋含碳量相对较低，塑性好，冷镦的镦头质量容易保证，是比较理想的非预应力钢筋选用材料。选用HPB235钢筋作为非预应力钢筋，在工艺上要有所改变，需要加大接头钢圈的承力环，生产两排孔，分别用于预应力钢筋和非预应力钢筋。因为非预应力钢筋直径较大，所以钢筋镦头直径也更大，必然会影响主筋与接头钢圈壁的间距，钢筋在电杆壁的位置需往电杆圆心方向转移，以降低电杆的承载能力。选用HPB235钢筋作为非预应力钢筋，可以充分利用钢筋材料的抗压力，施工也比较方便，缺点是它属于光面的1级钢筋，混凝土的握裹力较低。
4 结语
混凝土电杆使用几十年以来，受混凝土发展瓶颈的制约，混凝土电杆的生产技术也没有较大的进步。随着混凝土生产技术的突破，C80混凝土生产技术日趋成熟，部分预应力钢筋混凝土电杆生产技术有了混凝土技术的支撑，在国内大部分地区都已经得到推广应用。但预应力钢筋选用什么材料，如何与接头钢圈搭接，各生产厂家不尽相同，因此企业应结合生产实际，在保证质量的基础上，充分考虑经济效益是很有必要的。
