【分　 类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 玻璃钢；输电线路；杆塔结构；
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正文：
摘要：介绍了现阶段国内输电杆塔的应用现状，结合玻璃钢材料的力学性质及其物理性质，分析了玻璃钢应用于输电铁塔的可能性及其于纯钢电塔相比的优越性，给出了设计玻璃钢电塔存在的技术问题及其解决方法。
关键词：玻璃钢；输电线路；杆塔结构；
 
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1前言
架空送电线路是输送和分配电能的最主要方式。由于电能需求的不断增加和输电距离不断加长，电压等级日益增加，电塔逐渐成为大跨度高压输电线路的首选杆塔。在送电线路中，电力输送塔作为其中的重点设备，投资大，维护困难。国内外对高压输电线路包括劳力和材料花费的相对成本进行了分析，电塔和基础投入占输电网总投资的40%左右，电塔是影响高压输电线路造价最重要的因素。玻璃钢作为一种绝缘性能优越的材料，应用于电塔将可以在保证输电线路正常使用的情况下，有效地将少成本，降低工程造价，带来巨大的经济效益。本文将对玻璃钢应用于输电铁塔的可行性进行相关探讨，对需要解决的技术关键进行相关阐述。
2国内外输电铁塔现状
国内外架空输电线路中输电塔得到了前所未有的发展，从早期的木材为主要材料的杆塔，到后来的钢筋混凝土杆塔及其混凝土杆钢管杆塔，现在铁塔已经成为了输电线路中最常用的形式之一。特别是对于超高压输电线路，铁塔的使用已成为必须。各国各个地方根据自己的地域优势选择最好的杆塔方式^[1]，使资源得到充分利用。
我国现行《110 kV～500 kV架空送电线路设计技术规程》和《DLT5154-2002架空送电线路杆塔结构设计技术规定》^[2]指导着输电塔架的结构设计，但是传统的电塔存在着质量重、易锈蚀、耐久性差、使用寿命较短、施工运输和运行维护困难等缺陷，容易出现各种安全隐患。玻璃钢作为一种具有轻质高强、耐腐蚀、电绝缘、可设计好等特点的纤维增强树脂基复合材料，已经成为了输电杆塔结构材料较理想的选择，开始受到国内外电力行业的关注。国外复合材料电杆的研究起步较早，批量生产的电杆已在欧美地区得到应用^[3,4]。美国由于其特殊的地理特点，复合材料电杆的研究已经比较成熟，美国土木工程师学会也已经制定了输电杆塔中玻璃钢产品的应用标准^[5]。20世纪50年代，我国也对玻璃钢杆塔进行过研究，但是由于性能差未能得到推广使用，随着玻璃钢材料技术及其制备工艺的发展，电力行业对玻璃钢杆塔进入了一个新阶段，输电杆塔制造厂家对玻璃钢杆塔应用于输电工程也进行了探索性研究^[6]。
3玻璃钢材料相关性质
玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料，是一种以玻璃纤维为增强材料，以合成树脂为基体的塑性基复合材料材料。玻璃钢已经发展了将近50年的，由于其具有许多优异的性能而获得了广泛的应用，在进行玻璃钢产品设计时，我们应当对其力学性质及其物理性质有一定的了解。下面主要对进行玻璃钢电塔设计时候需要考虑到的力学性质及其电学性能进行相关阐述。主要包括以下几方面：
3.1可设计性好
玻璃钢的可设计性包括强度（弹性性能）的可设计性和形状的可设计性。由于玻璃钢中玻璃纤维的强度和弹性模量比树脂的的强度和弹性模量都大好几十倍，纤维的含量及其铺设方向决定了其强度的大小^[7]。对于单向受力构件，可以考虑使用单层铺设方式；对于双向受力结构，可以使用双层铺设方式或者多向铺层的方式；对于复杂荷载作用下的结构，则应将材料在面内的铺层方式在宏观上表现为各项同性。另外，还可以通过控制纤维的含量大小来获得不同强度和弹性性质的玻璃钢。由于现代成型工艺的发展，我们可以灵活地设计出各种结构产品，来满足使用要求，同时可以使产品具有很好的整体性。
3.2 比强度高
玻璃钢的容重较小（大约为1.8g/cm³）,是由普通钢材的1/4左右，其强度却和钢材接近，甚至超过碳素钢，其比强度（强度和容重之比）可达以上。由相关资料可知：玻璃钢杆塔的重量约为木质杆塔的1/3，混凝土杆塔的1/l0，钢质杆塔的1/2，轻质高强这一优越性是一般钢材难以比拟的，其应用于输电铁塔的前景将十分广阔。
3.3 耐腐蚀
玻璃钢杆塔对酸、碱、盐和有机溶剂等腐蚀介质的耐腐蚀性能和耐候性能优良，因此特别适合沿海地区、内陆盐渍土地区以及工业区和酸雨多发地区等对混凝土和钢质杆塔有特殊防腐要求的环境。Ebert Composites公司、圣地亚哥煤气电力公司(SDGE)和爱迪生公司(SCE)设计出的一种复合材料无螺栓装配构成的三基实验杆塔^[8]，建于高盐污染地区的南加里福利亚海滨，该结构的正常使用说明玻璃钢的防腐安全性能稳定。
3.4电性能好
　　玻璃钢是一种优良的绝缘材料，其电性能介于纤维和树脂之间，对于界面结合情况不敏感，在高频下仍能保护良好介电性。玻璃钢电气绝缘性能优良，适当减少电塔横担的长度甚至去掉横担，仍可以满足导线与塔身间隙要求；可以大大减少传统铁塔中必须使用的绝缘子串数量，缩小塔头尺寸从而减轻结构自重，同时可以大大减少钢材用量，降低工程造价，节约成本；此外，玻璃钢的使用还可以输电线路结构更为紧凑，可减少线路占用宽度。
    玻璃钢应用于输电铁塔的优势还表现为安装维护成本低，环境适应性好等优点，据相关数据可知：从长远意义来讲，玻璃钢电塔的总体造价将会比传统的纯钢结构格构式的输电铁塔低，具有比较大的价格优势。
4玻璃钢应用于输电铁塔的技术关键
玻璃钢作为纤维增强树脂的一种，有许多钢材和其他金属材料无法比拟的优点，但是在设计玻璃钢电塔的时候，不可避免地将会遇到许多技术问题，本节将对其中几项比较重要的技术关键加以阐述，并且提出相应的解决途径。
4.1玻璃钢弹性模量低导致的稳定及变形问题
   用玻璃钢代替钢材应用于电塔中可能出现稳定问题，因为玻璃钢的弹性模量只有普通钢材的，在同等荷载作用下可能产生较大的变形，塔头位移将可能超过允许值。为了克服玻璃钢弹性模量低的特点，在设计构件时我们应当考虑采取适当措施来加以控制，比如：选用较高弹性模量的纤维如碳纤维、硼纤维、晶须等作为玻璃钢的基体材料；利用其结构形式局限性小的特点，改变玻璃钢基体纤维的结构形式，设计成高强度的变截面的结构形式和布置方式，以此来弥补玻璃钢低弹性模量这一弱点。
4.2玻璃钢剪切强度低导致的剪切破坏问题
玻璃钢的剪切强度相对其抗压及抗拉强度小许多：双向玻璃钢的剪切强度约为拉伸强度的10%，对于单向玻璃钢，其剪切强度只有拉伸强度的5%。在电塔中，构件和构件连接处的力学行为主要表现为剪切变形，当变形量达到一定量值时，连接处即会发生剪切破坏，由此产生的链锁反应将影响整个电塔的安全性和适用性。研究发现，玻璃钢的剪切强度与树脂含量及玻璃纤维布置方向相关，并且树脂含量越大，其剪切强度越小，我们也应该“避其所短，用其所长”，实际工程中，尽量充分利用玻璃钢拉伸和压缩强度高的特点，避免将其设计成受剪构件。

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