金坤鹏，钱锡颖，陆琛杰，俞 捷

（宁波送变电建设有限公司质检中心，浙江 宁波 315032）

0 引言

根据2016年国网物资线路材料检测内容，钢筋水泥杆是电网架空线路中重要的组成部分，其安全性关系到输送电线路的正常运行，因此提高对钢筋水泥杆的质量检测水平显得非常重要[1]。配电网常用的钢筋水泥杆检测项目主要有外观质量、尺寸允许偏差、力学性能和钢筋保护层厚度等[2]。目前针对电网用钢筋水泥杆展开的检测，均在水泥杆生产厂家现场进行，从国内范围来看，各检测机构普遍采取的检测方式是通过肉眼观察、卡尺和放大镜进行外观质量、尺寸允许偏差的检测；对其力学性能通常采用挠度指标来表征，挠度的测量主要通过挠度测试仪、人工手拉链条葫芦、荷载传感器等设备来进行，最后通过计算得到钢筋水泥杆挠度值[3]。

随着水泥杆成型技术的发展，其外观尺寸、力学性能也有了极大的提高，使用范围也得到了极大的拓展，目前不仅只限于在低压输电线路上，同时在部分110～500 kV高压架空线路也开始运用钢筋水泥电杆[4-5]，因此国家电网公司物资部对水泥电杆的安全性检测提出了更高的要求，其检测结果对输电线路的安全稳定运行有着非常大的影响[6]。通过试验研究了不同检测过程中，荷载保载方法对钢筋水泥杆的最终力学性能的影响，试验通过对两根不同长度、相同等级的水泥杆在不同保载条件下检测了其力学性能，并对其挠度值结果进行了研究，对指导检测配网用钢筋水泥杆力学性能检测具有重要意义。

1 试验概况

1.1 试验方法

试验模拟钢筋水泥电杆在实际使用过程中的受力状态，为了更好地体现本试验的代表性，试验样品选择为目前国网物资使用较多的锥形水泥杆进行试验。试验方法参考GB 4623-2014《环形混凝土电杆》[7]，采用悬臂法进行力学性能检测。试验前，钢筋水泥杆根端固定在两水泥墩之间，与水泥墩的接触面采用U型枕木隔开并紧固，为消除电杆自然弯曲的影响，在距离根端3 m和7 m处各设置1个由万向轮小车构成的支撑点，确保钢筋水泥杆中心处于水平直线上，同时为了消除摩擦力的影响，在万向轮下方垫上钢板，并在钢板表面涂润滑油处理。在进行加载前，先对锥形钢筋水泥杆进行外观质量和尺寸偏差检测，检验方法严格按照GB 4623-2014《环形混凝土电杆》7.4节规定进行[7]，检验合格的钢筋水泥电杆方能作为样品进行力学性能试验。加载力采用60 kN手拉葫芦施加，受力点距离梢端0.25 m处，荷载位移的具体数据由LH-4-5型水泥杆挠度检测仪记录，同时记录裂（纹）缝宽及条数等有用数据，裂缝宽度采用20倍读数显微镜观测。

1.2 位移传感器的布置

在对钢筋水泥杆进行力学性能实验过程前，位移传感器放置于钢筋水泥杆纵向剖面线上，位移变化方向与拉力方向平行，并且通过数据线及时将数据传输到手持式终端。位移传感器位置如表1所示。

表1 位移传感器位置分布

1.3 荷载方案

试验为了判断不同加载方案对钢筋水泥杆力学性能的影响，采用的钢筋水泥杆共两个型号，分别为锥形Φ190mm×12mmM型和Φ190mm×15mm M型，根据GB 4623-2014《环形混凝土电杆》[7]，加载到标准检验稍端荷载6 kN。加载前注意接线紧固，手拉接线和连接头无松动，同时用塞尺检查确认传感器端面到水泥杆之间距离符合检定证书的要求。加载过程采用直线加载法和分段保载加载法分别测试。在分段加载过程中，分别在额定稍端荷载的分段点（20%，40%，60%，80%，90%，100%）进行保载，保载时间分别为1 min，3 min，5 min，直线加载过程中保载时间计为0 min，同时记录保载结束时各位移检测点位移变化情况。

2 测试成果分析

2.1 不同保载时间对C点位移的影响

图1绘出了锥心Φ190 mm×12 mm M及Φ190 mm×15 mm M型钢筋水泥杆稍端荷载与C点位移的关系。图1（a），（b）为12m和15m钢筋水泥杆在不同保载时间下，稍端荷载与C点位移的关系。由图1可知，在保载时间为0 min时（直线加载法），稍端荷载与C点位移呈正相关，随着手拉葫芦加载过程不断进行，其稍端荷载不断增加，同时C点位移也随之呈增长趋势，其稍端荷载-位移关系曲线比较平滑。当随着分段保载时间的延长，在相同荷载下，从图1中可以发现其C点位移均大于不进行保载的试验方法，同时C点位移与保载时间呈正比，但随着保载时间的延长，后趋于稳定。该现象说明，随着保载时间的延长，钢筋水泥杆在相应荷载条件下发生弯曲变形充分，反应出了其在不同加载力作用下的真实变形性能。

同时从图1可以发现，随着保载时间的延长，稍端荷载-位移关系曲线在保载过程中出现折线段，如图1中保载点箭头所示。出现该现象的原因在于在保载过程中，由于手拉葫芦加载对荷载大小无法精确控制，随着保载时间的延长，其稍端不断受到拉力的作用导致C点位移不断加大。但与此同时，由于稍端到葫芦之间的距离减少，且钢筋水泥杆具有一定弹性，导致其实际荷载降低，而手拉链条无法及时对下降的荷载进行重新加载。因此在保载过程中出现了荷载下降，C点位移缓慢上升的折线段，并且从图1中可以发现，随着保载时间的延长，其折线段回折距离也随之变大，实际荷载下降愈加明显。

2.2 不同保载时间对水泥杆挠度值的影响

挠度Y的计算采用公式：

图1 稍端荷载-位移关系曲线

式中：aA为A支点位移；aB为B支点位移；aC为C支点位移；L2为B支点到底端距离；L为整杆长度[11]。aA，aB，aC数据采集整理如表2所示。

表2 水泥杆在各荷载下位移 mm

图2绘出了各钢筋水泥杆挠度与保载时间的关系曲线，图 2（a）与（b）分别表示的是 Φ190 mm×12 mm M型和Φ190 mm×15 mm M型水泥杆的关系曲线。由图2可知，当不保载时，其挠度值最小；当保载时间为1 min时，其挠度值迅速上升，当保载时间延长到3 min时，其挠度基本达到稳定值，随后进一步延长保载时间，其挠度值虽略有上升，但幅度较小，趋于稳定。以上结果表明，在荷载大小一定的情况下，钢筋水泥杆的挠度值随加载过程中各区间保载时间的延长而增加，并最后趋于定值。

图2 保载时间与挠度关系曲线

2.3 裂缝宽度及分析

裂缝宽度是判断钢筋水泥杆力学性能的重要指标之一[8]，根据国标[7]可知，裂缝宽度W≤0.20 mm为合格。为了研究不同保载时间对钢筋水泥杆裂缝宽度和数量的影响，试验采用20倍读数显微镜对不同测试条件下的钢筋水泥杆裂（纹）缝宽及条数进行了观测，具体数值如表3所示。

表3 最大裂缝宽度及条数

由表3可知，当稍端荷载不进行保载，而采用直线加载试验时，其钢筋水泥杆的最大裂缝宽度均较有保载过程的钢筋水泥杆要大，同时其裂缝条数也相对较多。究其原因在于，对于未保载的钢筋水泥杆其荷载在加载过程中一直处于上升状态，并且由于荷载加载速率比较大，钢筋水泥杆在弯曲过程中内部应力不断累积，得不到释放，当内部应力达到一定值后，只能通过水泥保护层的开裂来进行释放，从而造成裂缝宽度较大[9-10]；而对于有保载过程的钢筋水泥杆，当荷载加载到一定数值后停止加载，在保载过程中，其水泥保护层应力集中区域通过豫驰作用，累积的应力向周边得到扩散，该过程在每1次保载时间段内都得以完成，钢筋水泥杆内部应力得到释放，导致钢筋水泥杆内部应力集中区域和应力值均小于无保载过程钢筋水泥杆，因此最终其最大裂缝宽度和裂缝条数都小于无保载过程的钢筋水泥杆[11-12]。而有保载过程的水泥杆最大裂缝宽度与裂缝条数与具体保载时间无相关性。

3 结语

对钢筋水泥杆进行检测，在加载过程中分阶段保载有助于提高其力学性能—挠度值的准确性，并且当保载时间小于3 min时，该挠度值与保载时间呈正相关；当分阶段保载时间为3 min及以上时，挠度值趋于稳定，该值可判断为钢筋水泥杆真实挠度。因此，从检测效率上来讲一般分阶段保载时间可选取为3 min；同时，裂缝宽度及裂纹条数减小对减轻运行过程中电杆受有害物质侵蚀程度和钢筋锈蚀程度、提高电杆的耐久性是非常有利的[13]，采用分阶段保载检测可有效降低检测过程中钢筋水泥杆最大裂缝宽度及裂纹条数，尽可能降低检测过程对电网物资的破坏。

在荷载保载过程中，提高荷载稳定性对提高检测结果的准确性非常重要，目前对钢筋水泥杆力学性能检测还基本上都是采用手拉链条葫芦进行加载，结果显示该加载方法具有不稳定性，在保载过程中无法对荷载大小进行精确控制，由于在保载过程中存在荷载下降的现象，其有可能降低钢筋水泥杆的挠度[14]。因此，结合研究结果，进一步改进加载方案提高检测的准确性显得尤为必要。

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