基于鋼管柱與鋼管混凝土柱的變電站構(gòu)支架分析

張娜

摘要：本文基于國內(nèi)外學(xué)者對變電站構(gòu)支架柱材料的研究控制構(gòu)架梁規(guī)格材料不變，構(gòu)架柱外部尺寸不變。通過midas在相同荷載作用下來分析鋼管柱支架與鋼管混凝土柱支架不同工況下的變形量來判斷這兩種材料對支架整體性的影響。

關(guān)鍵字：鋼管;鋼管混凝土;變電站構(gòu)支架;工況;變形;

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡牟糠帧Ｗ冸姌?gòu)支架作為變電站正常安全運(yùn)行中的重要的一環(huán)。變電站構(gòu)支架常設(shè)于戶外，在受到自然環(huán)境和各種不可抗力因素的影響下可能造成桿的斷裂或者屈曲等。因此，如何提高變電站構(gòu)支架的相關(guān)力學(xué)性能從而提高構(gòu)支架在各種工況下的變形是一個值得思考的問題。

目前變電站中比較常見的構(gòu)支架多為鋼結(jié)構(gòu)或者混凝土的（其中鋼結(jié)構(gòu)居多）。本文通過midas gen來對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架與鋼管混凝土構(gòu)架的各個工況下的變形情況進(jìn)行對比，從而比較出兩者之間的優(yōu)劣。

2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)

2.1鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

鋼管混凝土與傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)相比具有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)：

（1）抗壓性能好，承載力高。由于鋼管混凝土的抗壓承載力高，可以不限制軸壓比，大大減小截面[1]。

（2）抗震性能好。

（3）對鋼材的要求不會很高，鋼管取材容易、制作標(biāo)準(zhǔn)化。

（4）耐火性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于鋼結(jié)構(gòu)。

2.2鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用

鋼管混凝土在工程中應(yīng)用已有一段歷史[2][3]。上個世紀(jì)初期，美國就率先將鋼管混凝土柱應(yīng)用到了一些建筑中，美國西雅圖的ToUnionSquare大廈和PaeifieFirstCenter大廈都采用了抗壓強(qiáng)度為100MPa的鋼管高強(qiáng)混凝土柱[4][5]，瑞士在5層地下停車場中使用鋼管高強(qiáng)混凝土柱[6]，法國將鋼管高強(qiáng)混凝土用于大跨度橋梁的預(yù)應(yīng)力下弦桿[7]。隨著后續(xù)的發(fā)展，鋼管混凝土的應(yīng)用更加的的廣泛。

3 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架與鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)架在不同工況下的變形

本文使用midas軟件對一榀支架模擬變電站中構(gòu)架情況進(jìn)行受力分析，總共分析了 D：結(jié)構(gòu)自重及其他荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值;WkX ： 大風(fēng)條件下作用于構(gòu)架和導(dǎo)線的風(fēng)荷載 ;WkY ： 大風(fēng)條件下作用于構(gòu)架和導(dǎo)線的風(fēng)荷載 ;D11k：大風(fēng)氣象條件下導(dǎo)線荷載標(biāo)準(zhǔn)值; D12k ：覆冰有風(fēng)氣象條件下導(dǎo)線荷載標(biāo)準(zhǔn)值; D13k： 最低溫氣象條件下導(dǎo)線荷載標(biāo)準(zhǔn)值; D14k： 最高溫氣象條件下導(dǎo)線荷載標(biāo)準(zhǔn)值; D21k ： 安裝氣象條件下緊線相的導(dǎo)線荷載標(biāo)準(zhǔn)值; D22k ： 安裝氣象條件下非緊線相的導(dǎo)線荷載標(biāo)準(zhǔn)值; D31k： 三相同時上人停電檢修時的導(dǎo)線荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值（僅考慮母線）;D32k： 單相導(dǎo)線上人檢修的導(dǎo)線荷載標(biāo)準(zhǔn)值;T50 ：冬季安裝最高日計(jì)算平均氣溫的溫度作用效應(yīng);T-40 ： 夏季安裝最低日計(jì)算平均氣溫的溫度作用效應(yīng); T35 ： 冬季安裝最大風(fēng)條件下運(yùn)行的溫度作用效應(yīng);T-30 ： 夏季安裝最大風(fēng)條件下運(yùn)行的溫度作用效應(yīng)以及地震作用下幾種常見荷載組合下的工況，掛線點(diǎn)荷載對稱布置，工況組合系數(shù)如下表1所示：

讓兩種材料的構(gòu)架在相同的荷載作用下，得到不同工況組合下的云圖。選取典型工況下鋼構(gòu)架與鋼管混凝土構(gòu)架的位移等值線云圖進(jìn)行分析：

通過對比鋼管柱構(gòu)架與鋼管混凝土構(gòu)架在大風(fēng)工況1 組合下的位移等值線圖可以發(fā)現(xiàn)：前者的最大位移約為后者的2倍。

通過對比鋼管柱構(gòu)架與鋼管混凝土構(gòu)架在覆冰工況1 組合下的位移等值線圖可以發(fā)現(xiàn)：前者的最大位移約為后者的1.7倍。

通過對比鋼管柱構(gòu)架與鋼管混凝土構(gòu)架在溫度工況1 組合下的位移等值線圖可以發(fā)現(xiàn)：前者的最大位移約為后者的1.25倍。

通過對比鋼管柱構(gòu)架與鋼管混凝土構(gòu)架在安裝工況1 組合下的位移等值線圖可以發(fā)現(xiàn)：前者的最大位移約為后者的2倍。

通過對比鋼管柱構(gòu)架與鋼管混凝土構(gòu)架在檢修工況1 組合下的位移等值線圖可以發(fā)現(xiàn)：前者的最大位移約為后者的1.4倍。

通過對比鋼管柱構(gòu)架與鋼管混凝土構(gòu)架在地震工況1 組合下的位移等值線圖可以發(fā)現(xiàn)：前者的最大位移約為后者的1.6倍。

4 結(jié)論與展望

4.1結(jié)論

通過對比鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)架與鋼管混凝土構(gòu)架在相同荷載作用幾種工況下的位移等值線我們可以發(fā)現(xiàn)：使用鋼管混凝土作為支架柱會大大減小支架在荷載作用下的變形，因此，我們不難得出結(jié)論，鋼管混凝土構(gòu)架抵抗荷載作用的能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于鋼構(gòu)架，而且由于鋼管混凝土彌補(bǔ)了鋼結(jié)構(gòu)耐火性差、容易屈曲等特點(diǎn)，更適合作為變電站構(gòu)支架柱的材料。

4.2展望

是否有比鋼管混凝土更適合用于變電站的構(gòu)支架的材料，假若鋼管混凝土中的混凝土換成類似于UHPC超高性能混凝土的材料，是否效果會比鋼管混凝土的效果要顯著的多。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡益燕，鐘善桐.我國高層建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展方向初探.新型建筑材料，1999，（3）：31-33

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[3]陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與施工.北京：人民交通出版社，1999

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[6]Walther R. Potentiality of Utilizing High Strength Concrete in Structure. FIP Notes ，1988， l：5-9

[7]Mathiat J. Recent Developments in Prestressed Concrete Bridges. FIP Notes， 1988，（2）：15-21