鋼筋混凝土電桿斷裂原因分析

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(1. 國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院, 長沙 410007;2. 湖南省湘電鍋爐壓力容器檢驗中心有限公司, 長沙 410004)

鋼筋混凝土電桿斷裂原因分析

熊亮1,2,萬克洋1,2,劉蛟蛟1,2,曹智2

(1. 國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院, 長沙 410007;2. 湖南省湘電鍋爐壓力容器檢驗中心有限公司, 長沙 410004)

某變電站兩根鋼筋混凝土電桿突然斷裂倒塌，造成變壓器及相關(guān)設(shè)備損壞。采用宏觀檢查、卵石粒徑和螺旋筋尺寸測量、預(yù)應(yīng)力筋質(zhì)量測量、力學(xué)性能測試、化學(xué)成分分析等方法，對鋼筋混凝土電桿的斷裂原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：預(yù)應(yīng)力筋的抗拉強度、屈服強度、質(zhì)量和化學(xué)成分不合格等嚴(yán)重的質(zhì)量問題，以及電桿在施工安裝過程中埋深不足，是導(dǎo)致電桿斷裂失效的主要原因。

鋼筋混凝土；電桿；斷裂；質(zhì)量問題；埋深

電力、通信的架空線路以及照明支柱需要數(shù)量眾多的電桿，早年較多使用木電桿，由于世界范圍內(nèi)木材資源緊缺，木電桿已逐步被鋼筋混凝土電桿(俗稱水泥電桿)所取代[1]。近幾年來由于電力、通信的飛速發(fā)展和農(nóng)村電網(wǎng)改造工程實施，鋼筋混凝土電桿的市場需求驟增，電桿生產(chǎn)廠家的數(shù)量也大量增加。市場需求的強勁再加上質(zhì)量監(jiān)管不夠，使得部分存在質(zhì)量問題的產(chǎn)品進(jìn)入市場，并出現(xiàn)質(zhì)量糾紛事故。

某變電站兩根鋼筋混凝土電桿突然發(fā)生斷裂倒塌，造成變壓器及相關(guān)設(shè)備損壞。該電桿的直徑190 mm，長12 m，電桿內(nèi)配18根直徑5 mm的預(yù)應(yīng)力筋，水泥標(biāo)號為525號，標(biāo)準(zhǔn)彎矩為E級，混凝土強度等級為C50，于2016年8月底安裝，使用時間不到4個月。筆者結(jié)合電桿斷裂的事故現(xiàn)場，從施工安裝和電桿質(zhì)量方面分析電桿斷裂原因，為電桿的生產(chǎn)廠家和使用單位提供經(jīng)驗和參考。

1 理化檢驗

1.1宏觀觀察

宏觀觀察發(fā)現(xiàn)，兩根電桿均從根部折斷，見圖1，1號電桿根部到斷口距離為1.71 m，2號電桿根部到斷口距離為1.63 m。根據(jù)GB/T 4623-2014《環(huán)形混凝土電桿》[2]的要求，12 m長電桿支持點高度為2 m，而這兩根電桿的埋深均不足2 m。另外，2號電桿梢端混凝土與預(yù)應(yīng)力筋全部剝離，兩者結(jié)合不良，見圖2。

圖1 鋼筋混凝土電桿倒塌現(xiàn)場Fig.1 Scene of collapsed reinforced concrete poles

圖2 2號電桿混凝土與預(yù)應(yīng)力筋剝離形貌Fig.2 Stripping morphology of the concrete andprestressing tendons of No.2 pole

1.2卵石粒徑和螺旋筋尺寸測量

測量兩根電桿的卵石粒徑和螺旋筋尺寸，結(jié)果見表1，GB/T 4623-2014的要求也同樣列于表1。1號電桿卵石的最大粒徑大于25 mm，且超過鋼筋凈距的3/4，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。2號電桿的螺旋筋外徑共測量5點，結(jié)果分別為2.7，2.8，2.9，2.7，3.0 mm，平均值為2.8 mm，也不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。測量1號電桿的螺旋筋間距，有一處為340 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 卵石粒徑和螺旋筋尺寸測量結(jié)果Tab.1 Measurement results of grait diameter anddimension of spiral steel bars

1.3預(yù)應(yīng)力筋的質(zhì)量測量

表2為兩根電桿預(yù)應(yīng)力筋的質(zhì)量測量值，1號電桿單根預(yù)應(yīng)力筋的單位長度質(zhì)量平均值為143.5 g·m-1，2號電桿單根預(yù)應(yīng)力筋的單位長度質(zhì)量平均值為142.4 g·m-1。依據(jù)廠家提供的電桿配筋選用表，每根電桿需要18根預(yù)應(yīng)力筋，每根預(yù)應(yīng)力筋長12 m，預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計用量為33.081 kg。而依據(jù)表2所示的測量值對兩根電桿使用的預(yù)應(yīng)力筋質(zhì)量進(jìn)行計算，結(jié)果如下：1號電桿實際使用的18根預(yù)應(yīng)力筋質(zhì)量為143.5 g·m-1×12 m×18根=30.996 kg，只有設(shè)計用量33.081 kg的93.7%，不合格；2號電桿實際使用的18根預(yù)應(yīng)力筋質(zhì)量為142.4 g·m-1×12 m×18根=30.758 4 kg，只有設(shè)計用量33.081 kg的93.0%，也不合格。

表2 預(yù)應(yīng)力筋質(zhì)量測量值Tab.2 Measurement results of weight for prestressing tendons

1.4預(yù)應(yīng)力筋力學(xué)性能測試

對兩根電桿預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行力學(xué)性能測試，結(jié)果見表3。預(yù)應(yīng)力筋抗拉強度最大值為1 277 MPa，小于廠家提供的數(shù)據(jù)1 370 MPa；屈服強度最大值為555 MPa，未達(dá)到GB/T 5223-2002《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲》[3]規(guī)定的最低等級屈服強度1 250 MPa。另外，依據(jù)GB/T 5223-2002，該型號鋼絲的抗拉強度分為5個等級，分別為1 470，1 570，1 670，1 770，1 860 MPa，而廠家選用的1 370 MPa等級鋼絲不在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)，不合格。

表3 預(yù)應(yīng)力筋的力學(xué)性能測試結(jié)果Tab.3 Testing results of mechanical properties forprestressing tendons

1.5預(yù)應(yīng)力筋化學(xué)成分分析

對兩根電桿預(yù)應(yīng)力筋的化學(xué)成分進(jìn)行分析，結(jié)果見表4。GB/T 5223-2002中7.1款要求“制造鋼絲用鋼的牌號和化學(xué)成分應(yīng)符合YB/T 146的規(guī)定”，但1號電桿預(yù)應(yīng)力筋的碳含量為0.87%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，超出YB/T 146-1998《預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼絞線用熱軋盤條》[4]中碳含量要求的最高值0.85%。1號電桿預(yù)應(yīng)力筋其余元素和2號電桿預(yù)應(yīng)力筋的化學(xué)成分均符合YB/T 146-1998的要求。

表4 預(yù)應(yīng)力筋化學(xué)成分分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.4 Analysis results of chemical compositions ofprestressing tendons (mass fraction) %

1.6混凝土抗壓強度檢測

采用超聲波回彈綜合法對兩根電桿的抗壓強度進(jìn)行檢測，抗壓強度f依據(jù)CECS 02：2005《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》[5]進(jìn)行計算，公式如下

式中：v為聲速測量值；R為測區(qū)回彈值。

混凝土抗壓強度計算結(jié)果如表5所示，可見兩根電桿混凝土的抗壓強度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 混凝土抗壓強度檢測結(jié)果Tab.5 Inspection results of compression strength of the concrete

2 分析與討論

環(huán)形混凝土電桿生產(chǎn)的原材料是水泥、鋼筋、卵石、河砂等。卵石粒徑過大，加之混凝土與鋼筋結(jié)合不良，會影響混凝土的強度及和易性，從而使電桿的力學(xué)性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。

螺旋筋尺寸超過標(biāo)準(zhǔn)要求，會使螺旋筋內(nèi)的抗拉力小于螺旋筋內(nèi)所包裹的混凝土內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂紋等缺陷。

預(yù)應(yīng)力筋質(zhì)量、力學(xué)性能和化學(xué)成分不合格，以及施工時電桿埋深不足，會影響混凝土內(nèi)主筋的工作性能，也會影響環(huán)形混凝土電桿的力學(xué)性能，導(dǎo)致鋼筋的張力達(dá)不到使用標(biāo)準(zhǔn)要求，容易發(fā)生撓度超標(biāo)和彎曲度超標(biāo)的問題。

3 結(jié)論及建議

(1) 預(yù)應(yīng)力筋抗拉強度、屈服強度、質(zhì)量和成分不合格等嚴(yán)重的質(zhì)量問題，以及電桿在施工安裝過程中埋深不足，是導(dǎo)致這兩根鋼筋混凝土電桿斷裂失效的主要原因。

(2) 在鋼筋混凝土電桿的生產(chǎn)過程中，必須根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)確定認(rèn)可的施工配合比嚴(yán)格進(jìn)行配料，并定期對配合比的執(zhí)行情況進(jìn)行檢查和監(jiān)督[6]；同時，在生產(chǎn)操作過程中嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝的規(guī)定來進(jìn)行操作，確?；炷翑嚢钑r間，并保證鋼筋、混凝土等性能參數(shù)。

(3) 建議加強鋼筋混凝土電桿的質(zhì)量檢測能力建設(shè)，從原材料進(jìn)廠復(fù)檢到成品出廠檢測要全面檢測管控。應(yīng)當(dāng)配備砂石、水泥、混凝土試配、混凝土強度、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室、鋼筋力學(xué)性能、電桿力學(xué)性能等檢測試驗設(shè)備，同時配備經(jīng)培訓(xùn)取證的檢測人員，保證用數(shù)據(jù)說話，而不是憑經(jīng)驗判斷產(chǎn)品合格與否。

[1] 徐乃欣. 鋼筋混凝土電桿的腐蝕及防護[J].腐蝕與防護,2000,21(11):509-510.

[2] GB/T 4623-2014 環(huán)形混凝土電桿[S].

[3] GB/T 5223-2002 預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絲[S].

[4] YB/T 146-1998 預(yù)應(yīng)力鋼絲及鋼絞線用熱軋盤條[S].

[5] CECS 02：2005 超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程[S].

[6] 楊永超.環(huán)形預(yù)應(yīng)力混凝土電桿的質(zhì)量控制措施分析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2011,30(12):147-148.

ReasonAnalysisonFractureofReinforcedConcretePoles

XIONGLiang1,2,WANKeyang1,2,LIUJiaojiao1,2,CAOZhi2

(1. State Grid Hunan Electric Power Company Research Institute, Changsha 410007, China;2. Hunan Xiangdian Boiler Pressure Vessel Tests Center Co., Ltd., Changsha 410004, China)

Two reinforced concrete poles in one substation fractured and collapsed suddenly, causing damage to the transformer and related equipments. Fracture reasons of reinforced concrete poles were analyzed by macro observation, measurement of cobblestone diameter and dimension of spiral steel bars, weigh measurement, mechanical property testing, chemical composition analysis of prestressing tendons and so on. The results show that: the serious quality problems such as disqualification of tensile strength, yield strength, weight and chemical compositions of prestressing tendons, and insufficient installation depth of the poles in the construction process gave rise to the fracture failure of the poles.

reinforced concrete; pole; fracture; quality problem; installation depth

2017-02-25

熊 亮(1983-)，男，高級工程師，碩士，主要從事材料失效原因分析、壽命評價方面的研究，abcd4858@163.com

10.11973/lhjy-wl201711014

TU757

B

1001-4012(2017)11-0826-03