智能建筑杂志钢管混凝土结构的特点和在高压输电线路的应用

　　本文是一篇智能建筑杂志投稿论文范文，论述了钢管混凝土结构的特点和在高压输电线路的应用。优秀建筑杂志推荐《浙江建筑》(月刊)创刊于1984年，由激光省建筑科学设计研究院、浙江省土木建筑学会主办。本刊始终遵循“提高与普及相结合，理论与实践密切联系，面向生产，注重运用，围绕我省经济建设的中心任务不断开拓创新，推动我省建设科技进步”的办刊宗旨。刊物内容重点宣传党和国家关于建设科技创新工作的方针政策，介绍建设领域各行业的科学研究新课题、新成果，交流和推广建设应用新技术、新工艺、新材料、工程项目实践的新经验等。
　　摘要：因为现在钢管杆的特点是结构简单、受力合理、占地面积小等，所以在高压输电线路中得到更广泛的应用，尤其是在建设城市电力线路中处于主导作用。而基于钢管和砼两种材料在受力过程中的相互作用的钢管混凝土组合结构，不仅能显著提高组合材料的强度，对于结构物的整体刚度也有明显改善，该新型组合结构由于受力合理，目前主要用于高层建筑中;但在特高压输线路墩台搭设的应用还处于探索阶段。本文意在论证钢管混凝土架设特高压输电线的合理性，为今后特高压输电线路的建设提供思路。

　　关键词：智能建筑杂志,钢管杆,特高压输电线,钢管混凝土,组合结构

　　改革开放35年以来，我国社会生产力得到了充分的发展，国民经济取得了飞速发展，为稳固改革成果，优化产业结构，改变能源消耗不清洁，以煤为主的能源结构，促进西北部资源集约开发、提高能源利用效率，增强中东部能源安全和电力供应能力。应加快建设特高压电网，严格控制火力发电造成的燃煤污染，在显著改善东中部地区大气状况的同时满足社会经济发展对电力的需求，以电能的大规模输送作为新型工业布局的显著特点。在建设电网的过程中，每年都会增长数万公里的高压输电线路。大规模增长的特高压电网就重新设定了输电线路的的设计。如何保证输电线路的安全稳定，减少输电过程电能消耗，提高输电工程建设的效益，确保我国产业结构优化的顺利实施，是摆在输电工程技术人员面前亟需解决的难题。

　　1 钢管混凝士的抗压原理及特点

　　钢管混凝土在我国的发展，可以追溯到20世纪60年代，是一种以螺旋钢筋混凝土为基础，在钢管内部填充高强混凝土而形成的一种新型组合结构。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，即外部钢管为内部混凝土提供紧锢力，使得混凝土在轴向荷载作用下处于三向受压状态，在三向压应力作用下，混凝土的工作性能将得到大幅提升，不但承载力明显提高，其塑性和延性也能得以大幅改善;同时，混凝土的存在可以延缓甚至避免钢管发生局部屈曲，从而保证钢管受力性能的充分发挥。实验证明，在轴心压力作用下，薄壁钢管的承载力是极不稳定的，其实际承载力往往只有理论计算值的1/3～1/5左右[1]但钢管内部混凝土的强度避免了薄壁钢管的轴压失稳。钢管混凝土作为一种组合结构，具有承载力高、延性好、抗动荷载性能优越等独特的工作特性。

　　2 高压输电线路钢管混凝土墩台的优势

　　钢管混凝土施工方便，耐火耐腐蚀性能优良，目前该新型结构应用于高层结构已取得良好的经济效益。首先，在施工过程中，钢管混凝土零件少、焊缝少，而且钢管为混凝土的施工提供了稳定的耐侧压模板;同时，钢管内浇筑的混凝土减少了钢管的外露面，对钢筋提供了很好的保护作用，能有效避免钢管受环境侵蚀;最后，得益于钢管和混凝土之间的相互作用，钢材和混凝土两种材料的特性和潜力得以充分发挥，钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，结构的延性明显改善，材料的性能得到了充分和合理的利用。

　　架空输电线路杆塔结构形式的选择主要受线路电压等级、地质地形条件、施工运行条件等多种因素的影响，形式多样。目前应用较广泛的主要有自立式铁塔、拉线塔、钢管杆等结构形式。钢管混凝土杆作为钢管杆的有效补充，具备以下几方面的优势：

　　(1)钢管杆作为一种高耸结构，其管壁相对较薄，整体的柔性较大，在轴向荷载作用下容易发生局部失稳的现象。因此，在呼称高较大或荷载较大的情况下，为满足挠度和自身的稳定，梢径和钢管壁厚将大大增加，从而造成建筑钢材的浪费，提高工程的造价。因此，一般来说钢管杆多使用于小呼高和110 kV以下的输电线路工程。而钢管混凝土结构由于存在钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，充分发挥了材性的内在潜能，整体的承载力、稳定性及刚度都得到了大幅提高;适用于大呼高及高等级的输电线路工程，从而有效地弥补了钢管杆稳定性的不足。

　　(2)钢管混凝土具有良好的塑性。混凝土本身是一种脆性材料，一般情况下，其劈裂强度只有抗压强度的1/10～1/20左右，且破坏过程瞬间发生，属于典型的脆性材料[2];工程中常见的做法是在混凝土内部配置钢筋制得钢筋混凝土结构;但有关研究表明，钢筋混凝土轴心受压及小偏心受压构件的破坏，也呈现脆性破坏的特性而钢管混凝土中，一方面因钢管的“套箍”作用使得混凝土在径向变形受到约束而处于三向受力状态，其承载力大大提高。同时，钢管的“套箍”作用还能大大提高混凝土的塑性性能，使得混凝土尤其是高强混凝土脆性的弱点得到克服;另一方面，混凝土填充钢管之内，增强了钢管管壁的稳定性和刚度，使结构的整体稳定性大幅度提高，属于塑性破坏。

　　(3)输电线路杆塔长期承受风荷载、雪荷载、不均匀脱冰及覆冰舞动等动荷载。而钢管混凝土延性好、抗动荷载性能优越。同时，按照规范要求，位于强地震烈度(9度及以上)地区的各类杆塔应进行抗震验算。而钢管混凝土的抗震性能明显优于其他的结构形式。

　　(4)在2008年2月份的特大冰灾中，输电线路由于覆冰严重，致使电力设施遭到了重大的损害，尤其是造成了电力线路大面积倒塔事故。究其原因，主要是覆冰厚度的增加导致铁塔承受的水平荷载、垂直荷载和纵向荷载急剧增加，铁塔所承受的弯矩和扭矩不断增大，引起铁塔局部构件的失稳，最终导致塔架的整体破坏。而鉴于钢管混凝土简单合理的受力性能、优良的稳定性和高承载力，可以考虑在条件允许的情况下，特别是覆冰情况非常突出的线路段，用钢管混凝土杆取代自立式铁塔，以避免灾害发生后因铁塔的倒塌带来损害。

　　3 结论

　　由于钢管混凝土受力合理，能充分发挥材料性能;施工简便，显著缩短工期;并取得一定经济效果，目前已广泛用于各种建构筑物及桥梁工程。根据其受力特点，可广泛应用于以轴力为主的构件;高压输电线路墩台主要以轴压受力为主，采用钢管混凝土结构优越性明显。

　　参考文献

　　[1] 李俊峰.浅谈钢管混凝土结构的应用与优缺点[J].包钢科技，2001，27：91-95.

　　[2] 刘北平，王艳.钢管混凝土结构的特点与应用[J].城市建设理论研究，2012，31.