基于层次分析法对新型材料电杆的分析与研究

巫 婧

(深圳供电局有限公司，广东 深圳518000)

0 引言

虽然电缆已广泛应用于城市电网，但由于架空配电线路与电缆比较，需要的设备材料简单，成本低，容易发现故障，维修也方便，架空配电线路仍被应用于地形复杂地区和相对老旧城区等。杆塔造价约占送电线路工程本体造价的37%。而在送电线路工程中，直线杆塔所占杆塔总数的比重一般达到了80%，对工程的本体造价有着很大的影响，且线路越长，这种影响越明显。杆塔作为架空配电线路的重要组成部分，其材料的选用对架空配电线路的日常使用和维护等方面影响较大。由于铁塔占地较大不适用于城市电网，且与其他常用电杆结构存在较大差异，本文仅根据现阶段提出的技术较成熟的四种材料的电杆进行综合性方案比选，以保证客观合理的确定优选方案。

1 鱼刺图分析因素

根据图1 鱼刺图的分析，可得到末端原因共有10 项。由于配电线路中电杆的运行成本和维护费用所占比例不大，故虽为影响电杆综合性能的影响因素，但并非要因。由此可将影响配电线路电杆材料选取的综合性能影响因素定为电杆建造价格、施工及日常维护难易程度、抗震能力、耐用性、结构自重和承载力等七项。

图1 影响电杆和经济性因素鱼刺图

2 新型材料电杆方案初选

2.1 钢管杆

特点:钢管杆为单杆结构，它结构合理、强度可靠、无拉线，充分利用了材料的力学性能。

2.2 薄壁离心钢管混凝土电杆

特点:这是介于传统钢筋混凝土环形电杆和钢管杆之间的一种新型钢混凝土复合结构。它既可以充分发挥混凝土和钢的这两种材料的物理力学性能，又能避免二者单独使用时存在的弱点。

2.3 普通钢筋混凝土电杆

特点:指用混凝土与钢筋或钢丝制成的电杆。因具有耐久性好、运行维护方便、节约钢材等优点，在220 kV 及以下输配电线路中应用广泛。

2.4 部分预应力钢筋混凝土电杆

特点:部分预应力混凝土电杆是由经张拉的预应力高强钢丝、热轧钢筋、混凝土及其他材料组成的一种混合配筋的钢筋混凝土结构。它在结构上配置预应力高强钢丝用来保证电杆的抗裂性，通过调整普通钢筋的规格、数量来达到所要求的电杆承载力。

3 新型材料电杆的各影响因素分析

3.1 结构自重

结构自重从大到小依次为:钢筋混凝土电杆、部分预应力钢筋混凝土电杆、薄壁离心钢管混凝土电杆、钢管杆。

3.2 承载力

钢管杆:由于钢材料的材料特性，相对于其他三种电杆其承载力较低。

薄壁离心钢管混凝土电杆:外钢管可借助离心成型的混凝土内衬管增强管壁的局部稳定性，提高构件的抗压承载能力，使其承载力介于钢筋混凝土电杆和钢管杆之间。

部分预应力钢筋混凝土电杆:在混凝土具有一定强度的基础上，预应力钢丝对解决电杆抗裂，控制挠度比较有效;钢筋对解决电杆承载力，控制裂缝宽度比较有效。因此，用预应力钢丝来保证电杆抗裂性，非预应力钢筋增强电杆强度的这种结构能够有效增强电杆的承载能力。

综上，承载力从高到低依次为:部分预应力钢筋混凝土电杆、薄壁离心钢管混凝土电杆、钢筋混凝土电杆、钢管杆。

3.3 施工难易程度

施工难易程度从高到底依次为:钢筋混凝土电杆、部分预应力钢筋混凝土电杆、薄壁离心钢管混凝土电杆、钢管杆。

3.4 电杆价格和日常维护

电杆价格的平均定价采取网上询价的方式，向三家以上不同地区的不同厂家进行询价，得到价格平均值。电杆造价从高到低依次为:钢管杆、薄壁离心钢管混凝土电杆、钢筋混凝土电杆、部分预应力钢筋混凝土电杆。而各材料电杆日常维护难易程度相差不大。

3.5 耐用性

钢管杆:钢管杆管壁局部稳定性较钢筋混凝土杆低，且钢管内壁一旦腐蚀，有可能对整个电杆的使用安全造成一定隐患。

薄壁离心钢管混凝土电杆:它是一种新型钢混凝土复合结构，可以充分发挥钢和混凝土两种材料的力学性能。外钢管可借助离心成型的混凝土内衬管增强管壁的局部稳定性，提高构件的抗压承载能力，防止钢管内壁腐蚀;内衬混凝土可借助钢管对混凝土的套箍作用，大大提高了其抗压强度和抵抗变形能力。

部分预应力钢筋混凝土电杆:由于混凝土承载前就受到预压应力，当电杆承载时，受拉区的混凝土所受的拉应力与预压应力部分抵消而不致产生裂缝，从而使钢筋不易腐蚀，且在使用荷载下不出现裂缝或大大延迟裂缝出现。提高抗烈度从而提高构件的刚度和持久度。

综上，耐用性从大到小依次为:部分预应力钢筋混凝土电杆、薄壁离心钢管混凝土电杆、钢筋混凝土电杆、钢管杆。

3.6 抗震能力强弱

钢管杆:结构简单，受力清楚，能有效避免传统钢筋混凝土电杆的纵向、环向裂纹问题。

薄壁离心钢管混凝土电杆:由于它是一种新型钢混凝土复合结构，可以充分发挥钢和混凝土两种材料的力学性能，内衬混凝土可借助钢管对混凝土的套箍作用，使混凝土处于双向和三向压力状态，大大提高了其抵抗变形的能力。

部分预应力钢筋混凝土电杆:用预应力钢丝来保证电杆的抗裂性，使其横向抗裂性能较普通电杆好。

综上，抗震能力强弱从大到小依次为:部分预应力钢筋混凝土电杆、薄壁离心钢管混凝土电杆、钢结构、钢筋混凝土电杆。

4 决策与评价

4.1 分析

图2 抗震房屋方案选择的影响因素层次结构图

4.2 确定各因素间的相对重要性

4.2.1 判别矩阵的量化处理

按照表1 所示的标度法将各指标相对目标重要程度赋予一定的数值。

表1 标度法

4.2.2 各因素间的相对重要性

按照表2 所示对各因素间两两比较赋值。

表2 各因素间重要性两两比较

4.3 相对于各因素，各方案间的比较(见表3～表9)

表3 因素C1 的各方案两两比较

表4 因素C2 的各方案两两比较

表5 因素C3 的各方案两两比较

表6 因素C4 的各方案两两比较

表7 因素C5 的各方案两两比较

表8 因素C6 的各方案两两比较

表9 因素C7 的各方案两两比较

4.4 各方案的总排序

表10 各方案总排序

5 结语

通过以上分析，部分预应力钢筋混凝土电杆方案为最优方案。综上，部分预应力钢筋混凝土电杆在综合效益方面表现出来的不可比拟的优势和其广阔的发展前景，使得部分预应力钢筋混凝土电杆对其他材料电杆的替代成为一种趋势。这也充分体现了层次分析法的优势:采用层次分析法进行方案评价和比选，使得比选结果更为准确，更符合实际情况，能够得出较为理想的比选方案。

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