基于層次分析法對新型材料電桿的分析與研究

巫 婧

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳518000)

0 引言

雖然電纜已廣泛應(yīng)用于城市電網(wǎng)，但由于架空配電線路與電纜比較，需要的設(shè)備材料簡單，成本低，容易發(fā)現(xiàn)故障，維修也方便，架空配電線路仍被應(yīng)用于地形復(fù)雜地區(qū)和相對老舊城區(qū)等。桿塔造價約占送電線路工程本體造價的37%。而在送電線路工程中，直線桿塔所占桿塔總數(shù)的比重一般達到了80%，對工程的本體造價有著很大的影響，且線路越長，這種影響越明顯。桿塔作為架空配電線路的重要組成部分，其材料的選用對架空配電線路的日常使用和維護等方面影響較大。由于鐵塔占地較大不適用于城市電網(wǎng)，且與其他常用電桿結(jié)構(gòu)存在較大差異，本文僅根據(jù)現(xiàn)階段提出的技術(shù)較成熟的四種材料的電桿進行綜合性方案比選，以保證客觀合理的確定優(yōu)選方案。

1 魚刺圖分析因素

根據(jù)圖1 魚刺圖的分析，可得到末端原因共有10 項。由于配電線路中電桿的運行成本和維護費用所占比例不大，故雖為影響電桿綜合性能的影響因素，但并非要因。由此可將影響配電線路電桿材料選取的綜合性能影響因素定為電桿建造價格、施工及日常維護難易程度、抗震能力、耐用性、結(jié)構(gòu)自重和承載力等七項。

圖1 影響電桿和經(jīng)濟性因素魚刺圖

2 新型材料電桿方案初選

2.1 鋼管桿

特點:鋼管桿為單桿結(jié)構(gòu)，它結(jié)構(gòu)合理、強度可靠、無拉線，充分利用了材料的力學(xué)性能。

2.2 薄壁離心鋼管混凝土電桿

特點:這是介于傳統(tǒng)鋼筋混凝土環(huán)形電桿和鋼管桿之間的一種新型鋼混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)。它既可以充分發(fā)揮混凝土和鋼的這兩種材料的物理力學(xué)性能，又能避免二者單獨使用時存在的弱點。

2.3 普通鋼筋混凝土電桿

特點:指用混凝土與鋼筋或鋼絲制成的電桿。因具有耐久性好、運行維護方便、節(jié)約鋼材等優(yōu)點，在220 kV 及以下輸配電線路中應(yīng)用廣泛。

2.4 部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿

特點:部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿是由經(jīng)張拉的預(yù)應(yīng)力高強鋼絲、熱軋鋼筋、混凝土及其他材料組成的一種混合配筋的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。它在結(jié)構(gòu)上配置預(yù)應(yīng)力高強鋼絲用來保證電桿的抗裂性，通過調(diào)整普通鋼筋的規(guī)格、數(shù)量來達到所要求的電桿承載力。

3 新型材料電桿的各影響因素分析

3.1 結(jié)構(gòu)自重

結(jié)構(gòu)自重從大到小依次為:鋼筋混凝土電桿、部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿、薄壁離心鋼管混凝土電桿、鋼管桿。

3.2 承載力

鋼管桿:由于鋼材料的材料特性，相對于其他三種電桿其承載力較低。

薄壁離心鋼管混凝土電桿:外鋼管可借助離心成型的混凝土內(nèi)襯管增強管壁的局部穩(wěn)定性，提高構(gòu)件的抗壓承載能力，使其承載力介于鋼筋混凝土電桿和鋼管桿之間。

部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿:在混凝土具有一定強度的基礎(chǔ)上，預(yù)應(yīng)力鋼絲對解決電桿抗裂，控制撓度比較有效;鋼筋對解決電桿承載力，控制裂縫寬度比較有效。因此，用預(yù)應(yīng)力鋼絲來保證電桿抗裂性，非預(yù)應(yīng)力鋼筋增強電桿強度的這種結(jié)構(gòu)能夠有效增強電桿的承載能力。

綜上，承載力從高到低依次為:部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿、薄壁離心鋼管混凝土電桿、鋼筋混凝土電桿、鋼管桿。

3.3 施工難易程度

施工難易程度從高到底依次為:鋼筋混凝土電桿、部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿、薄壁離心鋼管混凝土電桿、鋼管桿。

3.4 電桿價格和日常維護

電桿價格的平均定價采取網(wǎng)上詢價的方式，向三家以上不同地區(qū)的不同廠家進行詢價，得到價格平均值。電桿造價從高到低依次為:鋼管桿、薄壁離心鋼管混凝土電桿、鋼筋混凝土電桿、部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿。而各材料電桿日常維護難易程度相差不大。

3.5 耐用性

鋼管桿:鋼管桿管壁局部穩(wěn)定性較鋼筋混凝土桿低，且鋼管內(nèi)壁一旦腐蝕，有可能對整個電桿的使用安全造成一定隱患。

薄壁離心鋼管混凝土電桿:它是一種新型鋼混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮鋼和混凝土兩種材料的力學(xué)性能。外鋼管可借助離心成型的混凝土內(nèi)襯管增強管壁的局部穩(wěn)定性，提高構(gòu)件的抗壓承載能力，防止鋼管內(nèi)壁腐蝕;內(nèi)襯混凝土可借助鋼管對混凝土的套箍作用，大大提高了其抗壓強度和抵抗變形能力。

部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿:由于混凝土承載前就受到預(yù)壓應(yīng)力，當電桿承載時，受拉區(qū)的混凝土所受的拉應(yīng)力與預(yù)壓應(yīng)力部分抵消而不致產(chǎn)生裂縫，從而使鋼筋不易腐蝕，且在使用荷載下不出現(xiàn)裂縫或大大延遲裂縫出現(xiàn)。提高抗烈度從而提高構(gòu)件的剛度和持久度。

綜上，耐用性從大到小依次為:部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿、薄壁離心鋼管混凝土電桿、鋼筋混凝土電桿、鋼管桿。

3.6 抗震能力強弱

鋼管桿:結(jié)構(gòu)簡單，受力清楚，能有效避免傳統(tǒng)鋼筋混凝土電桿的縱向、環(huán)向裂紋問題。

薄壁離心鋼管混凝土電桿:由于它是一種新型鋼混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮鋼和混凝土兩種材料的力學(xué)性能，內(nèi)襯混凝土可借助鋼管對混凝土的套箍作用，使混凝土處于雙向和三向壓力狀態(tài)，大大提高了其抵抗變形的能力。

部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿:用預(yù)應(yīng)力鋼絲來保證電桿的抗裂性，使其橫向抗裂性能較普通電桿好。

綜上，抗震能力強弱從大到小依次為:部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿、薄壁離心鋼管混凝土電桿、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土電桿。

4 決策與評價

4.1 分析

圖2 抗震房屋方案選擇的影響因素層次結(jié)構(gòu)圖

4.2 確定各因素間的相對重要性

4.2.1 判別矩陣的量化處理

按照表1 所示的標度法將各指標相對目標重要程度賦予一定的數(shù)值。

表1 標度法

4.2.2 各因素間的相對重要性

按照表2 所示對各因素間兩兩比較賦值。

表2 各因素間重要性兩兩比較

4.3 相對于各因素，各方案間的比較(見表3～表9)

表3 因素C1 的各方案兩兩比較

表4 因素C2 的各方案兩兩比較

表5 因素C3 的各方案兩兩比較

表6 因素C4 的各方案兩兩比較

表7 因素C5 的各方案兩兩比較

表8 因素C6 的各方案兩兩比較

表9 因素C7 的各方案兩兩比較

4.4 各方案的總排序

表10 各方案總排序

5 結(jié)語

通過以上分析，部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿方案為最優(yōu)方案。綜上，部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿在綜合效益方面表現(xiàn)出來的不可比擬的優(yōu)勢和其廣闊的發(fā)展前景，使得部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿對其他材料電桿的替代成為一種趨勢。這也充分體現(xiàn)了層次分析法的優(yōu)勢:采用層次分析法進行方案評價和比選，使得比選結(jié)果更為準確，更符合實際情況，能夠得出較為理想的比選方案。

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