不同垫片对线路铁件-拉线地锚拉力性能的影响

2022-01-08陶德彪蔡建华陈宁虎

山东冶金 2021年6期

陶德彪，林天，蔡建华，陈宁虎

（中通维易科技服务有限公司，江苏南京 210003）

1 前言

在目前的通信架空线路工程中，拉线地锚产品件是一种常见的线路配件，作为一种金属制品，其优秀的性能在通信线路中对通信电杆起着重要支撑作用。已经发生过因为拉线地锚拉力不达标而导致失去对通信电杆的支撑，电杆倒塌造成了人员伤亡的事故。虽然标准YD/T 206.18—1997《架空通信线路铁件拉线地锚》（下文简称标准206.18）中提出了对不同型号地锚的拉力性能要求，但是因为YD/T 206 系列标准均为1997 年制定，全系标准已经很长时间没有更新，其中的一些具体的试验要求以及参数并没有很明确地指出，且要求的力值也不是很高，因此，探讨垫片形状对通信用拉线地锚拉力性能影响是很有必要的。

2 理论分析与试验设计

根据标准206.18中的表述，要求拉线地锚应在承受规定拉力值试验的前提下不应有损坏。以常见的Φ16 mm×1 800 mm 的规格为例，标准206.18要求其应配有Φ16 mm的螺母，如图1所示，图中给出了架空通信线路中拉线地锚的使用场景。图1a是架空线路示意图，可以看到拉线地锚起着通过连接钢绞线来支撑通信电杆的作用；图1b 则给出了具体的拉线地锚在土中的埋置位置示意图。通过端部的垫片、螺母及水泥拉线盘，从而有效地将拉线地锚固定在了土地下特定距离处；另一端则通过拉线衬环与钢绞线连接，钢绞线缠绕在通信电杆上，从而对通信线路起到支撑作用。

图1 拉线地锚在通信线路中的应用场景

对于Φ16 mm×1 800 mm 的拉线地锚而言，206.18标准要求拉线地锚在承受37 kN的拉力试验后不损坏。而根据标准要求，拉线地锚的材质一般为GB/T 700—2006《碳素结构钢》中的Q235 钢，Q235钢的抗拉强度为370～500 MPa。根据推算，Φ 16 mm 圆钢的拉线地锚本身能够承受的拉力值在74～100 kN，因此，206.18 标准中要求的拉力试验值低于本身材质所能承受拉力值。根据检测经历，拉力试验中拉线地锚的损坏主要集中在端部的螺纹、垫片与螺母一侧。

2.1 垫片形状不同的拉力性能理论分析

目前使用的垫片主要有标准要求的方形垫片和厂家自行生产的圆形垫片。标准中要求垫片尺寸为边长80 mm，厚5 mm，中部孔径18 mm。一般圆形垫片尺寸为直径80 mm，厚5 mm，中部孔径18 mm，其余水泥拉线盘中部孔径为20 mm，但有部分不达标的垫片厚度只有3 mm。

图2 给出了垫片在使用过程中的位置。对垫片进行力学分析，假设整体处于静止状态，且均匀受力，水泥拉线盘与大地为一个整体，垫片受到水泥拉线盘对垫片的向下的作用力F1与螺母对垫片的向上的作用力F2，F1=F2。方形垫片的面积为S1=3 600 mm2，圆形垫片的面积为S2=5 024 mm2，分散到垫片单位面积上的均布压强为P=F/S。由于S1＜S2，因此P1＞P2，可见当方形垫片的边长和圆形垫片的直径相等时，方形垫片受到的均布压强要大于圆形垫片受到的均布压强，即圆形垫片能够承受更大的均布压强。

图2 垫片在使用中的位置

圆形垫片的面积为3 600 mm2时，圆形垫片的直径近似为67.7 mm，圆形垫片和标准中要求的方形垫片受到的均布压强是相同的，可见形状并不是影响拉线地锚拉力性能的因素，而垫片的面积才是影响拉线地锚拉力性能的因素。考虑到垫片厚薄的因素，假设受力均匀分布在单位体积上，厚垫片的抗压能力显然要强于薄垫片。

2.2 垫片形状不同的拉力性能试验

着重分析拉线地锚垫片端的受力情况。选择Φ16 mm×500 mm 的拉线地锚40 副，分成4 组，分别配上Φ80 mm 圆形垫片、Φ40 mm 圆形垫片、80 mm×80 mm 方形垫片、40 mm×40 mm 方形垫片。试验时两个螺母均处于垫片的外侧。拉力机采用CMT 5205 型微机控制电子万能试验机，设备最大力值量程为200 kN，经校准合格并在有效期内。

2.3 试验结果与分析

对配有不同垫片的拉线地锚进行了拉力测试。测试结果如表1所示，不合格中组数的垫片情况说明均为垫片的凹陷程度。

表1 拉线地锚37 kN拉力试验下的结果汇总

从表1 可以看到，在标准206.18 要求的37 kN测试拉力下，A组、B组、D组和F组的测试结果均合格，只有C 组与E 组出现了测试结果不合格情况，且出现不合格的原因是地锚螺纹端螺母与螺纹之间产生了滑脱现象，螺纹部位被磨平了，直接导致螺母与螺纹之间的紧固力大大降低，从而产生了不合格，而与垫片本身并无关联。

从表1可知，B、C、E、F组试验后均出现了凹陷的现象，这是因为在测试以及实际应用中，水泥拉线盘中间的孔洞为20 mm，而拉线地锚的直径为16 mm，垫片中间的圆孔的直径则为18 mm，因此在螺母侧的压力下，垫片会发生凹陷的现象。对比发现，A组和D组垫片测试结束后均未发生变形，B组和E组垫片出现了轻微的向内凹陷的现象，而厚度只有3 mm 的C 组和F 组垫片出现了明显的凹陷现象，可见垫片的厚度对于拉线地锚的拉力试验有影响，厚度大的垫片能够抵抗更大的外力作用。

对比A、B、D、E 组可知，垫片的形状对于拉线地锚拉力性能的影响很小，而垫片面积的大小则对垫片试验后能否保持原样起到一定的作用，间接表明垫片的面积大小对拉线地锚的拉力性能起到一定的作用。

因标准206.18中要求力值的符合率较高，故本次试验额外设置了60 kN 的拉力测试，试验结果见表2。除特殊标注外，其余垫片的厚度均满足标准要求的5 mm，且不合格中组数的说明均为垫片的凹陷程度。

从表2可以看出，不合格的组数明显增加了很多，其中A1 的不合格组数和D1 组的不合格数相同，达到了5组，且不合格原因均为螺母滑脱，垫片断裂现象均未出现，只有垫片向内出现了凹陷的现象。其余不合格组中，螺母滑脱即螺纹被磨平是主要原因，可见螺母与螺纹之间的配合及螺纹的质量好坏直接关系到了拉线地锚的拉力性能。

对比A1与B1、D1和E1可知，垫片的形状并不是影响地锚拉力性能的因素，垫片面积的大小是影响拉线地锚拉力性能的一个因素。对比A1与C1、D1和F1可知，垫片的厚度也是影响拉线地锚拉力性能的一个因素。