基于钢管柱与钢管混凝土柱的变电站构支架分析

张娜

摘要：本文基于國内外学者对变电站构支架柱材料的研究控制构架梁规格材料不变，构架柱外部尺寸不变。通过midas在相同荷载作用下来分析钢管柱支架与钢管混凝土柱支架不同工况下的变形量来判断这两种材料对支架整体性的影响。

关键字：钢管;钢管混凝土;变电站构支架;工况;变形;

1 引言

随着我国经济的快速发展，电已经成为人们日常生活中不可或缺的部分。变电构支架作为变电站正常安全运行中的重要的一环。变电站构支架常设于户外，在受到自然环境和各种不可抗力因素的影响下可能造成杆的断裂或者屈曲等。因此，如何提高变电站构支架的相关力学性能从而提高构支架在各种工况下的变形是一个值得思考的问题。

目前变电站中比较常见的构支架多为钢结构或者混凝土的（其中钢结构居多）。本文通过midas gen来对钢结构构架与钢管混凝土构架的各个工况下的变形情况进行对比，从而比较出两者之间的优劣。

2 钢管混凝土结构

2.1钢管混凝土结构的特点

钢管混凝土与传统的钢结构和混凝土结构相比具有一些显著的优点：

（1）抗压性能好，承载力高。由于钢管混凝土的抗压承载力高，可以不限制轴压比，大大减小截面[1]。

（2）抗震性能好。

（3）对钢材的要求不会很高，钢管取材容易、制作标准化。

（4）耐火性远远好于钢结构。

2.2钢管混凝土结构的工程应用

钢管混凝土在工程中应用已有一段历史[2][3]。上个世纪初期，美国就率先将钢管混凝土柱应用到了一些建筑中，美国西雅图的ToUnionSquare大厦和PaeifieFirstCenter大厦都采用了抗压强度为100MPa的钢管高强混凝土柱[4][5]，瑞士在5层地下停车场中使用钢管高强混凝土柱[6]，法国将钢管高强混凝土用于大跨度桥梁的预应力下弦杆[7]。随着后续的发展，钢管混凝土的应用更加的的广泛。

3 钢结构构架与钢管混凝土结构构架在不同工况下的变形

本文使用midas软件对一榀支架模拟变电站中构架情况进行受力分析，总共分析了 D：结构自重及其他荷载效应标准值;WkX ： 大风条件下作用于构架和导线的风荷载 ;WkY ： 大风条件下作用于构架和导线的风荷载 ;D11k：大风气象条件下导线荷载标准值; D12k ：覆冰有风气象条件下导线荷载标准值; D13k： 最低温气象条件下导线荷载标准值; D14k： 最高温气象条件下导线荷载标准值; D21k ： 安装气象条件下紧线相的导线荷载标准值; D22k ： 安装气象条件下非紧线相的导线荷载标准值; D31k： 三相同时上人停电检修时的导线荷载效应标准值（仅考虑母线）;D32k： 单相导线上人检修的导线荷载标准值;T50 ：冬季安装最高日计算平均气温的温度作用效应;T-40 ： 夏季安装最低日计算平均气温的温度作用效应; T35 ： 冬季安装最大风条件下运行的温度作用效应;T-30 ： 夏季安装最大风条件下运行的温度作用效应以及地震作用下几种常见荷载组合下的工况，挂线点荷载对称布置，工况组合系数如下表1所示：

让两种材料的构架在相同的荷载作用下，得到不同工况组合下的云图。选取典型工况下钢构架与钢管混凝土构架的位移等值线云图进行分析：

通过对比钢管柱构架与钢管混凝土构架在大风工况1 组合下的位移等值线图可以发现：前者的最大位移约为后者的2倍。

通过对比钢管柱构架与钢管混凝土构架在覆冰工况1 组合下的位移等值线图可以发现：前者的最大位移约为后者的1.7倍。

通过对比钢管柱构架与钢管混凝土构架在温度工况1 组合下的位移等值线图可以发现：前者的最大位移约为后者的1.25倍。

通过对比钢管柱构架与钢管混凝土构架在安装工况1 组合下的位移等值线图可以发现：前者的最大位移约为后者的2倍。

通过对比钢管柱构架与钢管混凝土构架在检修工况1 组合下的位移等值线图可以发现：前者的最大位移约为后者的1.4倍。

通过对比钢管柱构架与钢管混凝土构架在地震工况1 组合下的位移等值线图可以发现：前者的最大位移约为后者的1.6倍。

4 结论与展望

4.1结论

通过对比钢结构构架与钢管混凝土构架在相同荷载作用几种工况下的位移等值线我们可以发现：使用钢管混凝土作为支架柱会大大减小支架在荷载作用下的变形，因此，我们不难得出结论，钢管混凝土构架抵抗荷载作用的能力要远远好于钢构架，而且由于钢管混凝土弥补了钢结构耐火性差、容易屈曲等特点，更适合作为变电站构支架柱的材料。

4.2展望

是否有比钢管混凝土更适合用于变电站的构支架的材料，假若钢管混凝土中的混凝土换成类似于UHPC超高性能混凝土的材料，是否效果会比钢管混凝土的效果要显著的多。

参考文献

[1]蔡益燕，钟善桐.我国高层建筑钢结构发展方向初探.新型建筑材料，1999，（3）：31-33

[2]钟善桐.高层钢管混凝土结构.哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1999

[3]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工.北京：人民交通出版社，1999

[4]Ralston M， Komran R. Composite System Stiffened with l9000-Psi Mix .Engineering News Record ，1989，227（7）：44-53

[5]Radall V R，Fcot K B.High-Strength Concrete for Pacific First Center.Concrete International， 1989 ，11（4）：14-16

[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