水泥电线杆在转角杆的受力特点是什么?老李在检查线路台账时,发现转角杆的故障率明显高于直线杆。他想知道转角杆的受力到底特殊在哪里,为什么更容易出问题。转角杆是线路改变方向的位置,导线张力在转角处产生水平合力,使电杆承受比普通直线杆大得多的横向荷载,受力状态复杂得多。
老李连了一个简单的力学模型来理解。假设线路转角为θ,两侧导线的张力都是T,那么两侧张力的合力方向沿着转角平分线向外,合力大小是2T·sin(θ/2)。以常见的60度转角为例,sin(30°)=0.5,合力就是T。如果导线张力是10千牛,转角杆就要承受10千牛的水平横向力。而直线杆在正常平衡状态下,两侧导线张力抵消,水平横向力几乎为零。
这个横向力作用在电杆顶部,产生一个很大的倾覆力矩。老李算过,15米转角杆,横向力作用点离地面12米,力矩就是120千牛米。同样高度的直线杆,在标准风压下的倾覆力矩可能只有30到40千牛米。转角杆的受力是直线杆的三到四倍,这就是转角杆更容易倒杆的根本原因。
除了导线张力的合力,转角杆还要承受几个附加荷载。第一个是风荷载和导线张力的组合效应。风从侧面吹来时,导线张力会因风偏而重新分布,转角内侧导线张力增大,外侧减小,合力进一步增加。老李连过经验:在强风天气,转角杆的实际横向荷载可能比静力计算值大百分之二十到三十。
第二个是导线的垂直荷载在转角处产生的附加弯矩。导线不是水平的,有弧垂,在转角点两侧弧垂不对称,垂直分力也不平衡。这个垂直不平衡力虽然不大,但和水平力叠加后,使电杆处于双向弯曲状态,截面应力分布更复杂。
第三个是温度变化引起的附加应力。导线热胀冷缩,夏季弧垂大、冬季弧垂小。转角杆两侧档距如果不一样,温度变化产生的伸缩量不同,张力变化也不同,转角杆要承受这个不平衡量。老李建议在转角杆两侧尽量保持档距相近,减少温度附加应力。
老李总结了几条转角杆的设计经验。第一,转角杆要选用大弯矩电杆或者加大梢径。普通直线杆的弯矩承载力不够,必须升级选型。老李的经验是,30度以下小转角可以比直线杆大一档,30到60度中转角大两档,60度以上大转角要用专用耐张转角杆或者钢管杆。
第二,转角杆必须加装拉线。靠电杆自身抗倾覆能力抵抗转角力矩,既不经济也不安全。拉线方向要沿着转角平分线的反方向,拉线角度一般在30到45度之间,太陡效果差,太缓占地大。老李见过有些施工队为了省事,转角杆不装拉线或者用规格不够的拉线,台风一来就出事故。
第三,基础要加强。转角杆的基础埋深要比直线杆深百分之十到二十,必要时加装卡盘和拉盘。软土地基上的转角杆,老李建议做混凝土浇筑基础,不能简单掏挖原状土。
总之,水泥电线杆在转角杆位置的受力特点是横向水平力大、力矩高、荷载组合复杂。设计时必须加大杆体规格、加装拉线、加强基础,不能按直线杆的标准简单套用。施工时拉线安装到位、基础夯实,才能保证转角杆长期稳定运行。