荷载作用下混凝土梁截面中性轴位置变化研究

[摘 要]混凝土梁体在荷载作用下开裂，未裂截面的中性轴位置由于开裂截面的开裂而发生变化。文章在推导开裂截面初始时刻中性轴高度计算公式的基础上，进一步推导了未裂截面中性轴位置变化的通用计算公式，这样便可方便确定任意截面的受压区高度，对于精确计算开裂截面处的钢筋应力打下了基础，从而使得建立预应力混凝土梁考虑时变效应的长期裂缝宽度计算公式的建立成为可能。

[关键词]未裂截面；开裂截面；中性轴高度

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.36.085

1 确定开裂截面中性轴位置

受弯构件在t0时刻加载，构件出现裂缝，假设开裂截面上受拉混凝土完全退出工作[1]，拉应力全部由钢筋承担，假定开裂截面受压区混凝土高度为hx。以矩形梁为例[2]，见图1。

3 结 论

钢筋混凝土结构在试用阶段一般都是带裂缝工作的，部分预应力混凝土构件也会产生裂缝[3]，为了避免因为混凝土开裂而使得受力钢筋产生锈蚀、损伤从而最终导致结构破坏的情况发生，对结构的裂缝控制就显得格外重要，而裂缝计算是进行裂缝控制的前提。混凝土梁在荷载作用下一旦出现第一条裂缝，则截面的中性轴位置会不断变化，对混凝土及钢筋应力的计算必然产生影响，所以本文对未裂与开裂截面中心轴位置的确定，有利于混凝土与钢筋应力的计算以及对截面混凝土受拉区塑性部分高度进行严密计算，为梁体长期裂缝宽度的精确计算打下基础。

参考文献：

[1]卢钦先.考虑收缩徐变影响的钢筋混凝土构件长期裂缝宽度计算[D].长沙：中南大学，2008.

[2]袁文辉.钢筋混凝土受弯构件时变裂缝宽度计算[D].长沙：中南大学，2009.

[3]徐振华.钢筋混凝土受弯构件长期裂缝机理分析[D].长沙：中南大学，2012.

[摘 要]输电设备和变电设备作为电网的重要组成部分，其可用性与稳定性直接影响到电网的安全运行。由于受到地理位置、天气变化、人为活动等各种因素的影响，输变电设备会不同程度地存在潜伏性故障及潜在威胁。因此，文章就梳理所得的输变电设备运行所存在的安全问题，并提出相应的防范措施。

[关键词]输电设备；变电设备；安全问题；应对措施

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.36.071

1 输电设备与变电设备

输电网由提供电能的发电站、输电线路及连接这些线路的变电设备构成，其主要任务是输送电力。其中，输电线路，作为电力系统中不可或缺的重要组成部分，其不仅是电力输送的物理通道，同时也是整个电力系统安全稳定运行的基础。在我国，输电线路一般都是铺设在室外，且具有分布范围广泛、设备运行条件复杂、易受自然因素和人为因素等外力破坏、维护检修工作繁重等特点。[1]

变电网是集合一系列变电设备，主要任务是改变或者调整电力系统中的电压，有必要时也可以切断或接通电压。在整个电力系统中，变电网是输电和配电的集结点。其中，变电设备指的是对电流的电压、电流等信号进行改变的设备，变电设备是供电企业的重要资产，其安全运行既是安全供电的重要保障，又影响到企业的成本及效益。[2]

2 输电设备运行及安全防范

随着我国经济建设的不断发展，电网布局获得进一步的发展和改善，同时促进了输电线路的建设的长足发展。对于输电线路来说，因为所处位置环境相对复杂，地域分布范围广泛，并且杆塔点数量多、铺设线路长，同时长期暴露在野外，不但极易遭受极端气候的侵袭，而且人为等其他外力的破坏也不容忽视，这些都会导致线路跳闸，从而增加电网停电事故发生概率。如果输电线路发生故障，且不能及时准确地发现并采取修复措施，由此产生的经济损失将难以估量的。

2.1 输电设备运行中存在的安全问题

只有充分明确目前输电设备运行中存在的安全问题，才能有目的性地制定相关安全管理制度，并采取有效的安全措施，尽量避免和减少输电设备运行中安全事故的发生。输电运行中存在的安全问题可以分成以下两个方面。

2.1.1 自然因素的影响

输电线路的铺设一般都是在室外的，在运行过程中处于长期暴露室外的状态，很容易受到极端气候的影响，而这些影响因素不但难以预见，还会对线路造成极强的破坏。

根据国家电网系统输电线路故障统计分析，2011—2013年，50%以上的高压线路跳闸都是由雷击引起的，足见雷击仍然是造成输电线路闪路最主要的原因。雷击引起的输电线路和电力设备的破坏是非常大的，在遭受雷击后，输电线路中会产生相应的过电压，设备中脆弱的部件容易遭到损坏，从而影响电力系统的稳定运行。

虽然与雷击引起的危害相比，风力对电力线路的危害相对较小，但依照我国目前的情况来看，随着电网规模的不断扩大以及不可避免的极端气候的频发，输电线路由于强风现象而引发跳闸的次数逐年增多，给输电线路的建设工作带来了一定的危害。在暴风天气较多的地方，风力对线路的影响更是十分显著，如飑线风会引发风偏放电的现象，飓风或龙卷风造成线路倒塌等。

对输电线路而言，覆冰带来的影响集中体现在我国的北方地区。输电线路冰层覆盖过厚会引发过负载事故；冰层覆盖不均匀时容易引发杆塔倾倒、线路中断事故；这些都将进而造成巨大的损失。

2.1.2 人为因素的影响

目前，由于人为因素引起的输电线路跳闸事故逐年增加。人为因素主要分为两方面：一是由于相关社会活动无意识造成的输电线路安全事故；二是由于不法分子偷盗输变电设备造成的安全事故。[3]近年来随着城市建设活动的增多，部分施工单位违规施工，造成挖断输电线缆、输电杆的事情屡见不鲜。在农村，常有农民因焚烧秸秆而对输电设备造成损坏，也偶有农民因砍树造成输电线路断路。虽然都是无意为之，但都对输电线路造成了不同程度的损坏。同时，随着金属回收价格的上升，有不法分子意图通过偷盗以金属为主要材料的输变电设备发家致富，这些人不顾电力能源是社会活动的基本能源，偷盗输变电设备，仅仅卖得废金属价格。这种行为不仅给电力公司造成了巨大的物质损失，而且居民因停电生活不便，企业因停电无法生产。

2.2 输电设备安全防范措施

对自然因素造成的安全隐患，随着现代信息技术的发展，充分利用在线监测技术和智能分析技术，通过实时掌握输电设备运行状态，并且根据不同的自然气候因素预警输电设备可能发生的安全故障，以及智能产生相应预警措施。

针对人为因素造成的安全隐患，要通过开展两方面工作来防范。针对无意损坏，相关部门应当加大对保护输变电设备的宣传教育工作，尤其是靠近重要输变电设备的相关单位和个人，发放安全教育书，明确损坏输变电设备应当承担的民事与刑事责任。针对故意损坏，应当加强对输变电设备的保护，通过安装摄像头、红外报警器等加强对不法分子的防范。联合公安部门，加强对废金属变卖的监控，相关从业人员发现异常情况应立即上报公安部门。

3 变电设备的运行及安全防范

3.1 变电设备运行中存在的安全问题

只有充分明确目前变电设备运行中存在的安全问题，才能有针对性地制定相关安全管理制度，并采取有效的安全措施，避免变电设备运行中出现安全事故。变电设备运行中存在的主要安全问题如下所述。

3.1.1 设备故障防范不完善

变电设备是变电运行中的主体，维护这些设备的安全是保障变电工程正常进行的主要工作，设备故障防范的不完善极有可能给变电安全运行带来隐患。设备故障的隐患现象会出现在各个环节：在计划阶段，工作人员若未按照变电站的自身情况确定所需的变电设备型号，会直接导致后期采购不合理情况；在采购阶段，由于采购人员的疏忽未对设备的质量、性能等做检查；在安装阶段，操作人员若没有按照国家制定的相关规定和该有的标准进行安装，安装完成时又没有及时地进行检验，则无法确保设备各项功能的使用；在使用阶段，操作人员若没有按照规范对设备进行操作很有可能出现操作失误引发安全事故；在维护阶段，若没有做到设备的定时检查和维护，也没有及时进行设备更新，设备在老化的情况下继续使用，无疑会增加运行隐患。