施工技术
CONSTＲUCTIONTECHNOLOGY2019
年 6月
第
48 卷增刊
电力隧道支架足尺荷载试验与优化设计
刘嘉
(中交第四航务工程局有限公司 ，广东广州 510290 )
［摘要 ］以广州地区典型电力隧道工程为背景 ，基于电缆支架足尺荷载试验 ，研究了支架在端部荷载作用下的荷载 -
位移关系 。试验结果表明 ，由于端部半刚性螺栓连接和支架断面为非等边变截面形式 ，支 架 的 荷 载 —位 移 关 系 并
不完全等同于悬臂构件荷载
—位移关系 ，利用 Galerkin 方法推导支架在固定条件下弹性弯曲和扭转屈曲的临界弯
矩公式
，通过对电缆支架的设计计算和结构优化 ，以期获得工程效益 。
［关键词 ］电力隧道支架 ;荷载试验 ;优化设计
［中图分类号 ］TM75 ;U459.9 ［文献标识码 ］A ［文章编号 ］1002-8498 (2019 )S1-0702-05
Full-scaleLoadTestandOptimumDesignofPowerTunnelBracket
LIUJia
(CCCCFourthHarborEngineeringCo .，Ltd .，Guangzhou ，Guangdong 510290 ，China )
Abstract :Basedontheloadtestofthecablebrackettheload-displacementrelationofthebracketundertheloadofthe
endisstudiedonthebackgroundoftypicalpowertunnelprojectinGuangzhouarea.Thetestresultsshowthatthesupport
load-displacementrelationshipisnotequivalenttoacantilevercomponentload-displacementrelationship
，themainreason
fortheendsemi-rigidboltconnectionandsupportsectionfortheequilateralvariablecross-sectionform
，theGalerkinmethod
isusedtoderivetheformulaofthecriticalbendingmomentoftheelasticbendingandtorsionbucklingofthebracketunder
theconditionofboltfixing
，throughthedesigncalculationandstructureoptimizationofcablebracket ，theengineeringbenefit
canbeobtained.
Keywords :powertunnelbracket ;loadtest ;optimizationdesign
［作者简介 ］刘嘉 ，博士 ，高级工程师 ，E-mail :68126543@qq.com ［收稿日期 ］2019-03-25
0 引言
在我国城市化进程的快速发展大形势影响下 ，城
市用电
(输电 )资源面 临 着 许 多 考 验 ，其中和土地资源
间的矛盾日益突出
，不仅如此 ，城市供电的需求对于一
个城市的发展尤为 关 键
，因此对供电的需求更高更严
格
，就目前来 说 ，城市供电迫切需要转型 。 因 此 ，电 缆
由地上向地下发展 的 趋 势 日 益 增 强
，并广泛应用于城
市供电工程
。其中电缆支架主要用于支持和稳定隧道
中的电缆
。但是 ，现今的隧道内普通电缆支架普遍存
在以下的问题
:①隧道管容利用率小 ;②焊接电缆支架
的施工质量难以得到保证
，并且存在效率低 、污染严重
等不利影响
;③电缆支架耐候性能较差 ，长期暴露容易
出现腐蚀严重的情况
。
周辉等 ［1-3］都对 上 海 500kV 电 力 电 缆 专 用 隧 道 进
行 支 架 构 件 的 材 料 性 能 和 施 工 技 术 的 分 析
，吴 彦 伟
等
［4-5］结合广州地区电缆隧道工程实例 ，总结电缆支架
的技术
。吴爱艳 ［6］结合工程实例对某地铁供电系统电
缆工程中电缆支架的设计问题进行了具体的分析
。 仲
良
［7］通过对综合管廊内支架技术要求的归纳分析 ，总结 了 不 同 管 道 支 架 的 设 计 要 求 和 计 算 方 式
。
C.J.Earls ［8］通过有限元技术分析极限响应下单角梁绕
长轴弯曲的状态
，辅以实验再次验证 ，并推算相应的设
计方程
。
目前 ，广州地区城市供电的隧道工程基本采用弧
形电缆支架结构
，该支架安装简单 、操作方便 、工期短 、
材料性能和耐腐蚀性能好 ，在 现 实 工 程 中 应 用 广 泛 。
但是 ，就现有的试验测量数据并不能很好的阐述该支
架的极限承载能力
，因 此 对 于 设 计 选 型 和 材 料 用 量 上
有着很大 的 优 化 空 间
。 同 时 在 电 缆 安 装 的 施 工 过 程
中
，支架容易下垂 ，导致电缆敷设不利 。
综上所述 ，在足 尺 模 型 的 试 验 环 境 下 对 电 缆 支 架
的进行加载试验
，并 将 从 试 验 中 获 取 相 关 数 据 拟 合 成
试验全过程中支架的挠度曲线
，并利用能量法对其进
行理论分析
，再结合 试 验 数 据 和 理 论 分 析 进 行 支 架 的
优化设计
，并以期获得工程指导 。
1 试验概况
1.1 试验设计
典型的电力隧道支架如图
1所示 。
根据上述电力隧道电缆支架 ，结 合 其 实 际 性 能 特
征
，拟采用下述支架结构 。
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图 1 试验电缆支架示意
试验支架分为 4层，分 1～4 层安装 ，如图 2所 示 。
支架 编 号 从 上 至 下 、从 左 至 右 分 别 为 为 1L ，1Ｒ ，2L ，
2Ｒ ，3L ，3Ｒ ，4L ，4Ｒ 号，如 图 3所 示 。 试 验 支 架 安 装 方
式为左右对称
，作用是形成对照组 。
图 2 试验电缆支架
图 3 试验电缆支架布置
1.2 试验加载及测量
1L ，1Ｒ 号支架 的 初 始 加 载 值 为 1kN ，并 且 每 步 增
加
1kN ，直到达到 12kN 的理论加载值 。同时将各级的
负荷保持
3min ，随即记录负荷前后的过程的应变片和
位
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