基于層次分析法對(duì)新型材料電桿的分析與研究

巫 婧

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳518000)

0 引言

雖然電纜已廣泛應(yīng)用于城市電網(wǎng)，但由于架空配電線(xiàn)路與電纜比較，需要的設(shè)備材料簡(jiǎn)單，成本低，容易發(fā)現(xiàn)故障，維修也方便，架空配電線(xiàn)路仍被應(yīng)用于地形復(fù)雜地區(qū)和相對(duì)老舊城區(qū)等。桿塔造價(jià)約占送電線(xiàn)路工程本體造價(jià)的37%。而在送電線(xiàn)路工程中，直線(xiàn)桿塔所占桿塔總數(shù)的比重一般達(dá)到了80%，對(duì)工程的本體造價(jià)有著很大的影響，且線(xiàn)路越長(zhǎng)，這種影響越明顯。桿塔作為架空配電線(xiàn)路的重要組成部分，其材料的選用對(duì)架空配電線(xiàn)路的日常使用和維護(hù)等方面影響較大。由于鐵塔占地較大不適用于城市電網(wǎng)，且與其他常用電桿結(jié)構(gòu)存在較大差異，本文僅根據(jù)現(xiàn)階段提出的技術(shù)較成熟的四種材料的電桿進(jìn)行綜合性方案比選，以保證客觀(guān)合理的確定優(yōu)選方案。

1 魚(yú)刺圖分析因素

根據(jù)圖1 魚(yú)刺圖的分析，可得到末端原因共有10 項(xiàng)。由于配電線(xiàn)路中電桿的運(yùn)行成本和維護(hù)費(fèi)用所占比例不大，故雖為影響電桿綜合性能的影響因素，但并非要因。由此可將影響配電線(xiàn)路電桿材料選取的綜合性能影響因素定為電桿建造價(jià)格、施工及日常維護(hù)難易程度、抗震能力、耐用性、結(jié)構(gòu)自重和承載力等七項(xiàng)。

圖1 影響電桿和經(jīng)濟(jì)性因素魚(yú)刺圖

2 新型材料電桿方案初選

2.1 鋼管桿

特點(diǎn):鋼管桿為單桿結(jié)構(gòu)，它結(jié)構(gòu)合理、強(qiáng)度可靠、無(wú)拉線(xiàn)，充分利用了材料的力學(xué)性能。

2.2 薄壁離心鋼管混凝土電桿

特點(diǎn):這是介于傳統(tǒng)鋼筋混凝土環(huán)形電桿和鋼管桿之間的一種新型鋼混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)。它既可以充分發(fā)揮混凝土和鋼的這兩種材料的物理力學(xué)性能，又能避免二者單獨(dú)使用時(shí)存在的弱點(diǎn)。

2.3 普通鋼筋混凝土電桿

特點(diǎn):指用混凝土與鋼筋或鋼絲制成的電桿。因具有耐久性好、運(yùn)行維護(hù)方便、節(jié)約鋼材等優(yōu)點(diǎn)，在220 kV 及以下輸配電線(xiàn)路中應(yīng)用廣泛。

2.4 部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿

特點(diǎn):部分預(yù)應(yīng)力混凝土電桿是由經(jīng)張拉的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲、熱軋鋼筋、混凝土及其他材料組成的一種混合配筋的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。它在結(jié)構(gòu)上配置預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲用來(lái)保證電桿的抗裂性，通過(guò)調(diào)整普通鋼筋的規(guī)格、數(shù)量來(lái)達(dá)到所要求的電桿承載力。

3 新型材料電桿的各影響因素分析

3.1 結(jié)構(gòu)自重

結(jié)構(gòu)自重從大到小依次為:鋼筋混凝土電桿、部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿、薄壁離心鋼管混凝土電桿、鋼管桿。

3.2 承載力

鋼管桿:由于鋼材料的材料特性，相對(duì)于其他三種電桿其承載力較低。

薄壁離心鋼管混凝土電桿:外鋼管可借助離心成型的混凝土內(nèi)襯管增強(qiáng)管壁的局部穩(wěn)定性，提高構(gòu)件的抗壓承載能力，使其承載力介于鋼筋混凝土電桿和鋼管桿之間。

部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿:在混凝土具有一定強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，預(yù)應(yīng)力鋼絲對(duì)解決電桿抗裂，控制撓度比較有效;鋼筋對(duì)解決電桿承載力，控制裂縫寬度比較有效。因此，用預(yù)應(yīng)力鋼絲來(lái)保證電桿抗裂性，非預(yù)應(yīng)力鋼筋增強(qiáng)電桿強(qiáng)度的這種結(jié)構(gòu)能夠有效增強(qiáng)電桿的承載能力。

綜上，承載力從高到低依次為:部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿、薄壁離心鋼管混凝土電桿、鋼筋混凝土電桿、鋼管桿。

3.3 施工難易程度

施工難易程度從高到底依次為:鋼筋混凝土電桿、部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿、薄壁離心鋼管混凝土電桿、鋼管桿。

3.4 電桿價(jià)格和日常維護(hù)

電桿價(jià)格的平均定價(jià)采取網(wǎng)上詢(xún)價(jià)的方式，向三家以上不同地區(qū)的不同廠(chǎng)家進(jìn)行詢(xún)價(jià)，得到價(jià)格平均值。電桿造價(jià)從高到低依次為:鋼管桿、薄壁離心鋼管混凝土電桿、鋼筋混凝土電桿、部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿。而各材料電桿日常維護(hù)難易程度相差不大。

3.5 耐用性

鋼管桿:鋼管桿管壁局部穩(wěn)定性較鋼筋混凝土桿低，且鋼管內(nèi)壁一旦腐蝕，有可能對(duì)整個(gè)電桿的使用安全造成一定隱患。

薄壁離心鋼管混凝土電桿:它是一種新型鋼混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮鋼和混凝土兩種材料的力學(xué)性能。外鋼管可借助離心成型的混凝土內(nèi)襯管增強(qiáng)管壁的局部穩(wěn)定性，提高構(gòu)件的抗壓承載能力，防止鋼管內(nèi)壁腐蝕;內(nèi)襯混凝土可借助鋼管對(duì)混凝土的套箍作用，大大提高了其抗壓強(qiáng)度和抵抗變形能力。

部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿:由于混凝土承載前就受到預(yù)壓應(yīng)力，當(dāng)電桿承載時(shí)，受拉區(qū)的混凝土所受的拉應(yīng)力與預(yù)壓應(yīng)力部分抵消而不致產(chǎn)生裂縫，從而使鋼筋不易腐蝕，且在使用荷載下不出現(xiàn)裂縫或大大延遲裂縫出現(xiàn)。提高抗烈度從而提高構(gòu)件的剛度和持久度。

綜上，耐用性從大到小依次為:部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿、薄壁離心鋼管混凝土電桿、鋼筋混凝土電桿、鋼管桿。

3.6 抗震能力強(qiáng)弱

鋼管桿:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力清楚，能有效避免傳統(tǒng)鋼筋混凝土電桿的縱向、環(huán)向裂紋問(wèn)題。

薄壁離心鋼管混凝土電桿:由于它是一種新型鋼混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)，可以充分發(fā)揮鋼和混凝土兩種材料的力學(xué)性能，內(nèi)襯混凝土可借助鋼管對(duì)混凝土的套箍作用，使混凝土處于雙向和三向壓力狀態(tài)，大大提高了其抵抗變形的能力。

部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿:用預(yù)應(yīng)力鋼絲來(lái)保證電桿的抗裂性，使其橫向抗裂性能較普通電桿好。

綜上，抗震能力強(qiáng)弱從大到小依次為:部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿、薄壁離心鋼管混凝土電桿、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土電桿。

4 決策與評(píng)價(jià)

4.1 分析

圖2 抗震房屋方案選擇的影響因素層次結(jié)構(gòu)圖

4.2 確定各因素間的相對(duì)重要性

4.2.1 判別矩陣的量化處理

按照表1 所示的標(biāo)度法將各指標(biāo)相對(duì)目標(biāo)重要程度賦予一定的數(shù)值。

表1 標(biāo)度法

4.2.2 各因素間的相對(duì)重要性

按照表2 所示對(duì)各因素間兩兩比較賦值。

表2 各因素間重要性?xún)蓛杀容^

4.3 相對(duì)于各因素，各方案間的比較(見(jiàn)表3～表9)

表3 因素C1 的各方案兩兩比較

表4 因素C2 的各方案兩兩比較

表5 因素C3 的各方案兩兩比較

表6 因素C4 的各方案兩兩比較

表7 因素C5 的各方案兩兩比較

表8 因素C6 的各方案兩兩比較

表9 因素C7 的各方案兩兩比較

4.4 各方案的總排序

表10 各方案總排序

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿方案為最優(yōu)方案。綜上，部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿在綜合效益方面表現(xiàn)出來(lái)的不可比擬的優(yōu)勢(shì)和其廣闊的發(fā)展前景，使得部分預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土電桿對(duì)其他材料電桿的替代成為一種趨勢(shì)。這也充分體現(xiàn)了層次分析法的優(yōu)勢(shì):采用層次分析法進(jìn)行方案評(píng)價(jià)和比選，使得比選結(jié)果更為準(zhǔn)確，更符合實(shí)際情況，能夠得出較為理想的比選方案。

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