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摘要：科技在不断的发展，社会在不断地进步，为提高电力电缆排管防护沟槽的装配化程度和便于局部更换，研发了预制装配式排管防护沟槽结构体系，开展了沟槽结构的参数化设计。选取典型结构构造形式，采用原型试验研究和有限元分析相结合的方法，分析了覆土厚度分别在1m和3m两种工况下，结构应力分布和位移变化规律。研究结果表明，覆土厚度对结构竖向位移、普通钢筋拉应力影响显著，覆土厚度为3m时的结构竖向位移、普通钢筋拉应力值分别是覆土厚度为1m时对应值的2.4倍和2.3倍。槽壁是结构主压应力的控制构件，底板是纵向拉应力和主拉应力的控制构件。底板主拉应力随覆土厚度增大而明显增加，当覆土厚度为3m时，主拉应力极值为2.61MPa，略小于C50抗拉强度标准值2.64MPa.
关键词：预制装配式；电力电缆排管；防护沟槽；结构设计；有限元方法；试验研究
引言
科学的飞速发展使大量新兴材料得以问世，为电缆敷设工程提供更多的选择余地；技术的不断革新为电缆敷设的诸多困难找到出路，为电缆敷设方式的多样化创造条件。各种电缆敷设方式拥有各自的显著特点，也有明显的优、劣势条件，同时受到各种敷设条件的影响和制约也多种多样。从直埋敷设到电缆排管敷设，再到电缆沟敷设，不仅是技术的突破，更是人民智慧的集中体现。受到地形条件和经济水平的重要影响，不同国家的电缆敷设方式的选择存在明显差异，技术的创新应用也有直观的区别。通过对比分析，一些国家的电缆敷设无论是基础的理论研究，还是具体的技术应用，发展水平都高于国内。对我国而言，既可以积极借鉴优秀技术、促进自身发展，又要不断探索进步，以期跨入先进行列。
1电缆排管施工材料的选择
在很长一段时间里，排管选用的材料是钢筋混凝土管，这样的材料造价高，施工难度大，工期长，同时在施工时还会对城市的交通产生影响。钢管的耐腐蚀性不高，石棉管的强度低，在运输和使用上都存在问题，这种材料的缺陷逐渐在使用中暴露。随着科学技术的发展，人们逐渐研发了新型的材料，PVC-C管材，这种管材已经被应用到消防领域，并逐渐应用到其他行业当中，在近年来，PVC-C管材成为了应用最多的电缆排管材料。当前的管材主要是以阻燃的PVC-C双壁波纹管为基础材料，添加了阻燃剂、稳定剂、润滑剂等多种混合材料，改善了电力电缆护管套的性能，提高PVC-C管材的使用性能。这样的管材比传统的钢筋混凝土管材有很大的优势，其耐腐蚀性大、自重力小、绝缘性能好，因此在当前得到了广泛的应用。实践证明，这种管材不但有众多性能上的优点，还便于运输，避免了传统管材在使用、运输、施工中出现的众多问题，可以说阻燃PVC-C排管已经成为了当前装配式排管施工中的首选材料。
2设计计算与试验分析
2.1设计计算模型
采用有限元软件ABAQUS进行模拟分析，其中，混凝土、土体采用实体C3D8R单元，预应力钢束、普通钢筋采用桁架T3D2单元。混凝土本构采用弹塑性模型，钢材本构采用双折线模型，土体本构采用线弹性模型。由于预制装配式沟槽结构形式的特殊性，有限元模型不能根据对称性简化建模，故建立了3个相邻节段的有限元模型。根据圣维南原理，根据工程所在地的地质资料，以节段底板为基准面竖直向下选取4倍沟槽深度的土体建立整体模型。模型共240994个节点，200350个单元，其中C3D8R单元168276个，T3D2单元32075个，预应力钢束按照实际位置、线形输入并张拉（计入预应力损失）。
2.2覆土厚度的影响分析
为研究覆土厚度对预制装配式防护沟槽的影响，选取中间节段模型，开展覆土厚度分别为1m和3m的结构位移和应力分析，并于试验结果进行对比分析。1）位移影响分析在覆土厚度为1m和3m时，结构横向、竖向位移见表1。由表1可知，侧墙横向位移的有限元计算值与试验值相近，变化规律相同，且试验值均小于计算值，表明有限元计算值偏于保守，能确保结构安全。侧墙横向位移随覆土厚度变化不大，而盖板的竖向位移变化显著，其中覆土厚度为3m竖向位移极值是覆土厚度为1m的2.4倍，极值位置均位于盖板下缘，设计时应注意位移控制。3）应力影响分析（1）各构件应力。覆土厚度为1m和3m时，预制装配式排管防护沟槽各组成构件应力见表2。由表2可知，侧墙主应力的有限元计算值与试验值变化规律相同，且试验值均小于计算值，有限元计算值偏于保守，能确保结构安全。覆土厚度由1m增加到3m，槽壁竖向、横向、主压及主拉应力极值均减少，纵向应力极值有所增加，整体应力水平变化不大。盖板、底板和管枕的竖向、纵向、横向、主压及主拉应力极值随覆土厚度增加均有所增大。槽壁锚固位置控制主压应力大小。覆土厚度为1m时，槽壁主拉应力最大，极值为2.19MPa，小于C50混凝土抗拉强度标准值2.64MPa；当覆土厚度为3m时，底板主拉应力最大，极值为2.61MPa，略小于C50混凝土抗拉强度标准值2.64MPa。
表1 不同覆土厚度时位移
3电缆排管材料的选择
选用电缆排管敷设方式，除了出于现实条件和地形环境因素的考虑，还有一个对电缆进行保护的重要目的。排管敷设对外界刺激损害和内部损害因素的抵抗能力强，后续的维护工作也十分便利。这些对施工材料的机械强度、管道内壁的光滑程度，以及密闭性都有着较高要求。传统电缆排管材料主要是钢管、钢筋混凝土管，以及水泥石棉管和普通PVC管等。这些传统的电缆排管在强度、耐腐蚀性等方面表现较差，而且有的材料重量大，不方便运输，造成经济投入过高、收效欠佳的困境。而新兴的阻燃PVC-C管在消防中的出众表现引起了装配式行业的关注。
4安放玻璃钢管
首先用水平垂直仪进行测定位置，将支架定在同一水平高度及顺直度，支架的安装可有效防止玻璃钢管上浮而导致的整体管道蛇形扭曲，安装好支架后，就可以进行玻璃钢管安放，安放过程有4个注意点，第一，注意玻璃钢管之间的间距控制在10cm；第二，玻璃钢管接头一定要安装顺直，否则容易在后期放缆时出现管边处刮伤电缆的情况；第三，在路口或者有其他管道交叉处，在玻璃钢管上再安放一层钢板，避免日后其他工程开挖时，把本工程电缆管道挖穿；第四，玻璃钢管的检查井、接头井管口用“黄绿红”不同颜色标注，便于日后电缆维修时能快速找到相应的电缆。而其中通常采用的管材接口插入的链接方式主要有以下几种：天原木板用锤子敲入或者人工撬入，或者采用紧线机拉入。
结语
（1）通过试验研究和有限元分析，覆土厚度不超过3m时，预制装配式电力电缆排管沟槽结构体系的结构应力和变形均满足规范要求。（2）槽壁横向位移受覆土厚度影响小；盖板竖向位移受覆土厚度影响大，覆土厚度为3m竖向位移极值是覆土厚度为1m的2.4倍。（3）槽壁是竖向拉压应力、纵向压应力、横向压应力、主压应力的控制构件。底板是纵向拉应力和主拉应力的控制构件，覆土厚度越厚，主拉应力越大，当覆土厚度为3m时，主拉应力极值为2.61MPa，略小于C50抗拉强度标准值2.64MPa。（4）普通钢筋拉应力受覆土厚度影响较大，覆土厚度为3m时，对应的拉应力是覆土厚度为1m时的2.3倍。
参考文献：
[1]许晓坡，申红山，彭占胜，等.一种新型电缆排管防护沟槽的应用研究[J].科技创新与应用，2018（7）：144-146.
[2]陈斌，房祥玉，郎需军，等.电力电缆的排管敷设方式[J].电力建设，2011，32（3）：121-123.
论文作者:胡建彬,刘影
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/5
标签：应力论文; 厚度论文; 覆土论文; 位移论文; 电缆论文; 沟槽论文; 极值论文; 《防护工程》2019年12期论文;