专利名称：预应力混凝土电杆及其生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力输送专用的桅架，特别是一种用于架设输电线路的混凝土电杆及其生产工艺。
背景技术：
从变电站出来用以输送110KV以下电力的线路，通常适用铁塔作支承座，那样会消耗大量钢材。目前用以取代铁塔作为电力线路支撑物的有环形预应力混凝土电杆，通过对横截面为环形的混凝土里的钢筋，施加预应力，以提高该电杆的刚性强度，以便支撑负载颇重的输电线路；若全部钢筋均施以预应力，又会损失抗折强度和抗冲击强度，韧性不足。于是出现了部分预应力的混凝土电杆。
申请号200420116150.0“根部带有钢盆圈的部分预应力混凝土电杆”(公告号CN2701991Y)公开了一种环形(即直筒形)的电杆，它包括杆体和钢盆圈，在混凝土体内配有轴向的预应力和非预应力钢筋，特别是在钢筋的内侧，每隔半米设置一圈内箍盘，作为保护层定位装置。这种电杆借助其根部上的一个笨重钢盆圈，通过螺栓连接以便固定于地面。由于是直筒形的砼，若做得过长，上半部自重过大，造成头重脚轻，相关标准规定，Φ190杆型最长15米，Φ230杆最长12米，更粗的最长6米，砼的强度等级通常为C60级，作为电力线路的支承电杆，实际使用场合均要求在十多米以上；要求性价比最佳，要求施工方便，易于安装，还有预应力分布的均匀性等等。上述文献因为申请的是实用新型，没有涉及方法发明。对于采用何种工艺来制造电杆，获得刚性和柔性均较好，性价比最佳，安装更易更简捷的高强电杆，以满足用户对其性能的要求，显然没有提及，这方面的内容还是空白，特别需要解决在较薄的环形混凝土体内钢筋不致于受力不均，引起脆性破坏的问题，以及主筋的预应力释放时对混凝土体压缩应力过大等问题。
发明内容
本发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处，而提供一种承载力高，抗弯强度好，杆长可做得较长，加工和安装成本较低的，预应力高强混凝土电杆及其生产工艺。
本发明的目的可通过如下措施来达到；一种预应力混凝土电杆，包括其横截面为环形面的钢筋混凝土的杆体，杆体的顶端是混凝土的端盖，其顶部有横向穿过杆中心线的电缆孔，埋藏在杆体的混凝土体里面的钢筋是一个钢筋笼，该笼由等长的预应力主筋，与较短的非预应力筋相间配置，编网成圈，对称于中轴线均匀分布，并被绑扎在沿轴向等距离布置的一个个架立圈的外边缘上，在主筋的外侧，按螺纹的方向缠绕有一圈圈连续的外螺旋筋，从而配置成笼，其特征在于，1.杆体呈锥体形状，锥度为1∶75±5；2.主筋是一种高强度低松驰凹螺纹预应力管桩的PC钢棒；3.在钢筋笼的纵向上，每连续3个架立圈之后，即配置一个特种架立圈，该特种架立圈的外缘，均匀布置并焊接有与主筋数目相同的定位短钢筋，于连接角处绑扎主筋；4.在杆体的根部和顶部，分别设置有承力端头板和杆顶端头板；承力端头板由主筋挂筋盘和围裙钢圈所组成，杆顶端头板包含有钢端板；挂筋盘与钢端板的板面上，均匀分布有供主筋穿过的挂筋孔。
上述的杆体也可由杆上段与杆下段组合而成，通过杆上段的上连接端头板与杆下段的下连接端头板的螺栓连接而连成一体。
上述的上连接端头板与下连接端头板，包括有钢圈，连接法兰盘，加强筋和内置钢圈，在连接法兰盘端面设有台阶焊接钢圈，在钢圈的内侧焊接内置钢圈，在连接法兰盘的外周边设有螺栓孔，在其内周边均匀分布有挂筋孔。
上述的杆体里钢筋的混凝土保护层厚度≥15mm；上述的主筋为8～32根，非预应力筋的根数不小于6根，其直径不大于壁厚的2/5；上述的架立圈之间的间距，或架立圈与特种架立圈之间的间距为50cm。
一种制造上述预应力混凝土电杆的生产工艺，包括钢筋混凝土的制造方法，由包括主筋、非预应力筋，外螺旋筋的钢筋，编网成笼，装配入钢模，灌上混凝土浆料，合模，对主筋拉伸，经离心成型后进行蒸汽养护，其特征在于，1.在电杆混凝土经养护，其强度等级高于C60后，才松脱拉伸，拆模，清模；2.每立方米混凝土的配料比为水泥与粉煤灰 沙 细石 粗石 水 减水剂1 1.15～1.30 0.68～0.75 1.50～1.70 0.25～0.30 0.2～0.25成品电杆里混凝土的强度等级不低于C80；3.对主筋(3)的拉伸，由主筋的两端，穿过电杆两头的端头板上的挂筋孔，而后镦头，拉伸张力在1000KN～2000KN。
上述的离心成型工艺，采用逐步加大转速的程序，由180转/分钟～220转/分钟，分阶段逐步增大到950转/分钟～1050转/分钟。
上述的蒸汽养护工序中，装有电杆的钢模在蒸汽池里，在80℃～85℃温度阶段至少3.5小时。
本发明的预应力混凝土电杆及其生产工艺，具有如下优点1.电杆的承载能力提高。本发明采用PC钢棒，强度高，Fptk＝1420Mpa，低松驰，1000小时不大于2.5％～4％，便于焊接成笼，又与混凝土粘结性能好，而且解决了利用高强度钢筋主筋过密不利混凝土成型的缺点。特别是在杆体两端设置了承力端头板和杆顶端头板，并且在混凝土强度达到C60后才松脱拉伸，使得钢筋的拉伸应力一部分转移到混凝土本体上，另一部分转移到两个端头板的面上，其结果一是整组钢筋应力聚集在端头板上形成合力，减少松脱后预应力的损失，避免因同组钢筋应力偏差所导致的电杆破裂和弯曲的缺陷；二是在外部荷载作用下，电杆受弯区域正截面的混凝土压应力形成合力，电杆受拉区域钢筋帮助混凝土抵抗拉力的作用提高，提高了电杆的承载能力。
2.混凝土性能提高。采用高性能混凝土，提高了其有效压应力，配筋率和预应力钢筋的握裹力，从而解决电杆的纵裂缺陷，提高耐候、耐侵蚀、腐蚀性和抗冲击性能。
3.本发明的电杆突破了杆身最长18米的极限，无需分段，为用户提供了性价比最佳的输电线路设备，线路造价节约15％以上，与钢管塔相比，节约钢材45％～60％之多。本发明产品的最高弯矩值，较国家标准提高了许多，例如，Φ190×18m杆，提高了66.7％；Φ230×18m杆，提高了164.4％，不仅能承受静力和疲劳荷载，而且有良好的抗震性能，避免出现脆性破坏的可能。钢筋笼制作工艺中增设了特种架立圈，确保纵向筋排列对称、均匀，以及控制保护层厚度，保证预应力的均匀性，满足对电杆弯曲度的要求，同时也便于生产操作。
4.产品形式灵活多样，适应不同需要；安装快捷，简便，无需电焊对接。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步非限定性叙述。
图1是本发明预应力电杆的一种外形示意图；图2是本发明生产工艺的流程示意图；图3是本发明电杆一种的结构示意图；图4是该电杆的外螺旋筋的结构示意图；图5是电杆的一种主筋与非预应力筋的配置图；图6是一种分段式电杆的上段结构示意图；图7是是其下段结构示意图；图8是电杆的架立圈配置的平面图；图9是架立圈的平面图；
图10是承力端头板的纵剖视图；图11是该承力端头板的围裙钢圈一侧的剖视图；图12是挂筋盘或钢端板的平面图；图13是挂筋孔的平面图；图14是该孔的A-A剖视图；图15是该孔的B-B剖视图；图16是特种架立圈的平面图；图17是特种架立圈绑扎主筋的关系示意图；图18是上连接端头板的剖视图；图19是该端头板的平面图；图20是下连接端头板的平面图；图21是该端头板的剖视图。
各图之中，1是杆体，1-1是杆上段，1-2是杆下段，11是电缆孔，12是端盖，13是上连接端头板，14是下连接端头板，2是外螺旋筋，3是主筋，4是非预应力筋，5是杆顶端头板，51是钢端板，6是承力端头板，61是挂筋盘，62是围裙钢圈，2-1是螺栓孔，2-2是挂筋孔，13-1，14-1是钢圈，13-2，14-2是连接法兰盘13-3，13-4是加强筋，13-4，14-4是内置钢圈，7是架立圈，8是特种架立圈，81是定位短钢筋。
具体实施例方式
本发明的设计适用于不同管经和长度的预应力混凝土电杆，至少可适用于公称直径Φ190～Φ50，长度12m～18m及18m以上的电杆，以适应用户的不同要求，例如，Φ190×18m，Φ230×18m，Φ310×18m，Φ350×18m，Φ230×15m，Φ190×12m，Φ190×15m，Φ350×12m，等等多种规格的电杆，杆的锥度为1∶75，有单一杆式的如图3所示，也有分为上、下段的两段式杆，如图1所示，例如，两段式的Φ190×18m，可以分为12m的上段和6m的下段，以连接端头板通过螺栓连接起来，如图6，图7所示。
本发明的电杆是由含预应力主筋3与非预应力筋4，编网成笼，装配入钢模里，灌入混凝土浆料，经离心成型，蒸汽养护，制成预应力混凝土电杆，其杆体1的横截面为环形面，顶端是端盖12，顶部有横向穿过杆中心线的电缆孔11，通过在混凝土灌浆前，预埋钢管而获得，其规格尺寸按用户要求而定。为保证达到较高的承载能力，关于制作钢筋笼，施加预应力，以及混凝土的成型过程，是很关键的。
本发明改进了混凝土配合比，改善混凝土的和易性，掺入高效减水剂及活性材料，提高混凝土强度等级到C80级以上。本工艺采用以下重量配比水泥与粉煤灰 沙 细石 粗石 水 减水剂配比1 1.28 0.72 1.68 0.28 0.2实际值 475610340794135 10.2首先将水泥，粉煤灰与沙混合，再加入粗石与细石，最后再加入水及高效减水剂FDN-1萘系，沙的细度模数在3.0～2.5范围内，粉煤灰采用活性好的一级粉煤灰，混凝土拌合物的流动度控制在SL1＝10～50mm范围内。在灌浆过程中，对杆体梢端2米范围内的混凝土要加以捣实填满。杆体里钢筋混凝土的保护层≥15mm。
在制作钢筋笼过程中，首先对钢筋进行处理，根据不同规格的电杆，进行优化编组配置，在确保分布均匀、对称的前提下，主筋3数目在8～32根，非预应力筋4可以与主筋1∶1的相间分布，至少6根，也可以是几条不同长度的非预应力筋逐一配置，其直径不大于壁厚的2/5。图5所示是其中一种规格电杆的钢筋配置展开图。主筋3选用PC钢棒，截断成等长的主筋后，其中一头进行镦头，非预应力筋4亦切断编组，配置完毕后卷成圈，围绕在一个个架立圈7与特种架立圈8的外边缘上，在纵向上每50cm分布有一个架立圈7，连续3个后分布一个特种架立圈8，特种架立圈8每隔2米一个，将主筋绑扎在架立圈上，非预应力筋4在交点处焊接到架立圈上。特种架立圈8的圈外均匀分布有与主筋数目相同的定位短钢筋81，用以将每根主筋绑扎，以使主筋定位准确，保证均匀，等长，刚直，等距。在主筋的外缘，按螺旋方向缠绕上一圈圈的外螺旋筋2，其间距为100mm，杆体两端密缠3～5圈。
在钢筋笼的两端装上杆顶端头板5及承力端头板6，若是两段式，则在分段处再分别装上上连接端头板13和下连接端头板14，各种端头板上均设有挂筋孔2-2。即杆顶端头板包含有钢端板51，承力端头板6由围裙钢圈62与挂筋盘61所组成，挂筋盘61与钢端板51的板面上，均匀分布有挂筋孔2-2，当主筋3穿过挂筋孔后镦头，对两端的端头板施以拉伸的张力，即可对主筋3施加预应力，拉伸张力在1000KN～1900KN，在压力表上反映的压强在22MPa～38MPa。由于连接端头板需承受较大的扭矩力，又要传递对主筋的拉伸，对其结构有特殊的设计。该连接端头板13或14，采用经热镀锌的钢板，分别由钢圈13-1，14-1，连接法兰盘13-2，14-2，加强筋13-3，14-3以及内置钢圈13-4，14-4所组成，连接法兰盘与钢圈内侧之间的夹角处焊接加强筋，在连接法兰盘外周边，均匀设有对接电杆上下两段用的螺栓孔2-1，内周边均匀设有固定主筋的挂筋孔2-2，主筋3下端穿过该孔，并采用镦头方式与连接法兰盘连接，通过对连接法兰盘与端头板施加预应力，即传递到主筋上。而非预应力筋4伸至内置钢圈内与内置钢圈焊接。钢圈与内置钢圈的总厚度是18mm，以确保钢筋的混凝土保护层的厚度。
钢筋笼置入钢模灌浆，清边后，合模，紧固钢模的合模螺栓，按不同型号选定拉伸力，从1000KN至1900KN不等，进行拉伸。然后移至离心机，进行离心成型，转速从低速至第1中速，到第2中速，再高速运转，从最初的180转～220转，至最后的950转～1050转。钢模静止后吊起倒干余浆，平衡放置，等待移入蒸汽养护池进行常压蒸汽养护。养护过程中，按每分钟1℃的速率升温，在80℃～85℃下需恒温3.5小时以上。当电杆混凝土强度等级高于C60级后，才能松脱拉伸，一部分预应力便转移到端头板上。之后拆模、清模、转入下一轮的装配入模程序。由本生产工艺制作的电杆，可适用于取代110KV以下各种规格线径的直线铁塔。
权利要求
1.一种预应力混凝土电杆，包括其横截面为环形面的钢筋混凝土的杆体(1)，杆体(1)的顶端是混凝土的端盖(12)，其顶部有横向穿过杆中心线的电缆孔(11)，埋藏在杆体(1)的混凝土体里面的钢筋是一个钢筋笼，该笼由等长的预应力主筋(3)，与较短的非预应力筋(4)，相间配置，编网成圈，对称于中轴线均匀分布，并被绑扎在沿轴向等距离布置的一个个架立圈(7)的外边缘上，在主筋(3)的外侧，按螺纹的方向缠绕有一圈圈连续的外螺旋筋(2)，从而配置成笼，其特征在于，(1).杆体(1)呈锥体形状，锥度为1∶75±5；(2).主筋(3)是一种高强度低松驰凹螺纹预应力管桩的PC钢棒；(3).在钢筋笼的纵向上，每连续3个架立圈(7)之后，即配置一个特种架立圈(8)，该特种架立圈(8)的外缘，均匀布置并焊接有与主筋(3)数目相同的定位短钢筋(81)，于连接角处绑扎主筋(3)；(4).在杆体(1)的根部和顶部，分别设置有承力端头板(6)和杆顶端头板(5)；承力端头板(6)由主筋挂筋盘(61)和围裙钢圈(62)所组成，杆顶端头板(5)包含有钢端板(51)；挂筋盘(61)与钢端板(51)的板面上，均匀分布有供主筋(3)穿过的挂筋孔(2-2)。
2.根据权利要求1所述的预应力混凝土电杆，其特征在于，所述的杆体(1)由杆上段(1-1)与杆下段(1-2)组合而成，通过杆上段的上连接端头板(13)与杆下段的下连接端头板(14)的螺栓连接而连成一体。
3.根据权利要求2所述的预应力混凝土电杆，其特征在于，所述的上连接端头板(13)与下连接端头板(14)，包括有钢圈(13-1，14-1)，连接法兰盘(13-2，14-2)，加强筋(13-3，14-3)和内置钢圈(13-4，14-4)，在连接法兰盘端面设有台阶焊接钢圈，在钢圈的内侧焊接内置钢圈，在连接法兰盘的外周边设有螺栓孔(2-1)，在其内周边均匀分布有挂筋孔(2-2)。
4.根据权利要求1或2所述的预应力混凝土电杆，其特征在于，所述的杆体(1)里钢筋的混凝土保护层厚度≥15mm；所述的主筋(3)为8～32根，非预应力筋(4)的根数不小于6根，其直径不大于壁厚的2/5；所述的架立圈(7)之间的间距，或架立圈(7)与特种架立圈(8)之间的间距为50cm。
5.根据权利要求3所述的预应力混凝土电杆，其特征在于，所述的杆体(1)里钢筋的混凝土保护层厚度≥15mm；所述的主筋(3)为8～32根，非预应力筋(4)的根数不小于6根，其直径不大于壁厚的2/5；所述的架立圈(7)之间的间距，或架立圈(7)与特种架立圈(8)之间的间距为50cm。
6.一种制造权利要求1所述预应力混凝土电杆的生产工艺，包括钢筋混凝土的制造方法，由包括主筋(3)、非预应力筋(4)，外螺旋筋(2)的钢筋编网成笼，装配入钢模，灌上混凝土浆料，合模，对主筋拉伸，经离心成型后进行蒸汽养护，其特征在于，(1).在电杆混凝土经养护，其强度等级高于C60后，才松脱拉伸，拆模，清模；(2).每立方米混凝土的配料比为水泥与粉煤灰 沙细石 粗石 水 减水剂1 1.15～1.300.68～0.751.50～1.70 0.25～0.30 0.2～0.25成品电杆里混凝土的强度等级不低于C80；(3).对主筋(3)的拉伸，由主筋(3)的两端，穿过电杆两头的端头板上的挂筋孔(2-2)，而后镦头，拉伸张力在1000KN～2000KN。
7.根据权利要求6所述的生产工艺，其特征在于，所述的离心成型工艺，采用逐步加大转速的程序，由180转/分钟～220转/分钟，分阶段逐步增大到950转/分钟～1050转/分钟。
8.根据权利要求6或7所述的生产工艺，其特征在于，所述的蒸汽养护工序中，装有电杆的钢模在蒸汽池里，在80℃～85℃温度阶段至少3.5小时。
全文摘要
一种预应力混凝土电杆及其生产工艺，包括锥度1∶75的杆体1，上有电缆孔11，有单杆式与分段式的结构；由钢筋笼在模内灌混凝土浆，经离心成型，蒸汽养护，成型为C80级以上的钢筋混凝土。其中，钢筋笼由等长的主筋3，配置非预应力筋4，均匀布置在纵向上分布的一个个架立圈7和特种架定圈8上，再在主筋外侧缠绕外螺旋筋2，杆体两端设置有杆顶端头板5和承力端头板6，其上有挂筋孔，用以固定主筋，进行拉伸。在合模后离心前，施以1000KN～1900KN的张力，对主筋3拉伸；蒸汽养护至混凝土达C60级以上后，松脱拉伸。两段式的分为上下两段，连接处各以连接端头板用螺栓连接。端头板上同样有挂筋孔，用以拉伸主筋。所制得电杆承载能力强，混凝土性能高，可做得超过18米长，安装简捷，适用于取代110KV以下的直线铁塔。
文档编号B28B23/02GK101029540SQ200710027089
公开日2007年9月5日 申请日期2007年3月9日 优先权日2007年3月9日
发明者吕森金 申请人:罗定市水泥制品有限公司