电缆桥架的安全工作载荷研究

王志强， 丁 超， 张强强

(1. 原中船第九设计研究院工程有限公司，上海 200090；2. 上海樟祥电器成套有限公司，上海 201416)

1 电缆桥架安全工作载荷的由来

电缆桥架的安全工作载荷是桥架结构的关键数据之一。 因为这个数据决定桥架的强度、刚度及稳定性，也决定耗费钢材的数量。 如果这个数据取值过大，会增加钢材的消耗量，过小则影响桥架的安全使用。 可是国内所有电缆桥架的资料都缺乏论证，有的则是抄袭国外旧规范，有的则是避而不谈。 无论是国家标准还是行业标准，只有工程建设标准化协会规范中有具体数据，但数据值得商讨。

CECS 31－2006 版中将安全工作载荷称之为均布载荷，沿用了上一世纪后期日本标准，但当时日本桥架的宽度仅600～700mm，而我国市场上桥架宽度已增至1 000～1 200mm，差别不小。 但它是国内电缆桥架规程中，率先将电缆桥架按承载能力大小分成A、B、C、D 四个等级，详见表1。 之后各个电缆桥架的规程都引用这一个方法及载荷等级数据。

电缆桥架均布载荷/(kg/m) 表1

T/CECS 31－2017 修订时术语与国家标准一致，将“均布载荷”改为“安全工作载荷”，数值则乘以1.3 倍，详见表2。

电缆桥架安全工作载荷/(kg/m) 表2

这次数值修改主要是考虑到两个因素:(1)计入电缆敷设不均匀而产生的附加应力；(2)电缆桥架可能过载，因为规程规定的容积率为40%～50%，显然有剩余空间。 但是1.3 的系数没有计入最大可能的超载，显然是不够的，而且，超载时只需强度考核而不需要绕度考核，显然又超出了钢结构规范要求。 导致结构过度盈余，造成材料的浪费。

针对这一关键数据，本次新规程(即:《彩色涂层不锈钢电缆桥架工程技术规程》)编写组进行了着重研究，保证材料得到充分利用的同时，达到安全可靠。

2 电缆桥架单位容积的电缆荷重确定

2.1 电缆在桥架中占据的空间

电缆横截面为圆型，它的横截面积S ＝πd2/4。式中，d 为电缆外径。

假定电缆在桥架上均匀排列，两电缆间的狭小空间能否敷设小截面电缆? 答案是不可以。 因为GB 16895.6－2014 指出小截面电缆会因为散热不利而过热，因此这个狭小空间只能用作散热，选择电缆桥架中实际占有空间等于d×d，详见图1。

图1 电缆在桥架中敷设示意图

2.2 电缆桥架的最大允许容积

理想情况是电缆紧靠排列，充满桥架的宽和高，求得:X%＝π/4 ＝0.78。 即容积＞78%时，桥架盖板无法盖上，而实际工程容积率＜78%。

这也让笔者所在的编写组得出结论，当电缆桥架的额定容积率为50%时，其极限过载倍数是1.5，也说明T/CECS 31－2017 版考虑过载1.3 倍是不够的。 过载倍数取1.5，正好符合钢结构规范的规定，即按安全工作载荷的1.5 倍校验强度。

3 电缆桥架单位容积的电缆荷重

设Q 为电缆单位长度的质量kg/m，d 为电缆外径cm。 那么电缆桥架单位容积的电缆荷重为:Z ＝Q/d2，详见表3。

桥架单位容积的电缆质量/(kg/cm2·m) 表3

由表3 可以看出，(1)35mm2及以下小截面电缆对应的Z 值小。 (2)4＋1 芯电缆的Z 值较小，而3＋1芯及4 芯等截面电缆对应的Z 值较大；具有代表性的数值为0.34kg/cm2·m 及0.36kg/cm2·m，取平均数为0.35kg/cm2·m。 (3)表3 采用铜导体多芯电缆为代表测算，它的结果也适用于其他类型电缆。 例如低压铜导体单芯电缆，它的Z 值在0.3～0.36kg/cm2·m之间，平均值0.35kg/cm2·m 与多芯电缆相同。 中压电缆，由于绝缘厚，导致电缆外径大于同截面低压电缆，经测算，Z 值小于0.2kg/cm2·m。

综上所述，确定电缆桥架安全工作载荷ZA的条件是:(1)以电缆桥架50%容积率计；(2)电缆桥架单位容积的电缆荷重以0.35kg/cm2·m 计，于是:ZA＝0.35×50%×B×H×10－2(kg/m)。 即:ZA＝1.75×B×H×10－3(kg/m)。 式中，B×H 为电缆桥架的宽乘以高，mm。 计算结果作为新规程的安全工作载荷，分为A、B、C、D、E 五个等级，详见表4。

(新规程)电缆桥架安全工作载荷/(kg/m) 表4

4 分析与讨论

4.1 新规程与CECS 31-2006 版比较

虽然2006 版已废弃，但是2017 版是在它的基础上修改的，需要追本求源。 安全工作载荷新规程与CECS 31－2006 版比较详见表5。

与CECS 31－2006 版比较 表5

需要强调的是，2006 版D 级只适用于桥架宽度700mm 及以下规格，若超过700mm 则存在安全隐患，这在此前是未知的。

4.2 新规程与T/CECS 31-2017 版比较

与T/CECS 31－2017 版比较 表6

安全工作载荷新规程与CECS 31－2006 版比较详见表6。

从表6 可知:(1)安全工作载荷分别降低了14%～23%，其节省钢材的意义不容小觑，保守估计可节约钢材20%，这对电缆桥架行业来说是一个相当大的数字。 (2)2017 版规定D 级载荷的桥架宽度允许1 000mm，根据本文325kg/m 的最大宽度仅900mm，因此1 000mm 宽度有安全风险。 本规程采用A、B、C、D 和E 五级安全工作载荷是一个创新，而且找到了安全工作载荷与桥架容积B×H 的函数关系较合理，又便于掌握，对制造行业及电缆桥架工程建设无疑是一个贡献。

4.3 本规程中安全工作载荷表达方法

由于T/CECS 31－2017 规范尚在执行中，较为理想的办法是对此内容作局部修订，若有困难，不得已则本规程采用两组数据并存，Q 型符合T/CECS 31－2017，而P 型则体现本研究成果，以作过渡，见表7。

本规程的过渡方案 表7

4.4 是否需要另加余量

答案是不需要。 因为以1.5 倍电缆容积率计算已经有余量，实际工程中电缆桥架不可能达到1.5倍容积率。 此外，选取0.35kg/cm2·m 这个基数时，是取大截面电缆为代表，小截面电缆的单位容积率电缆质量＜0.35kg/cm2·m，这里面也隐含了余量。