綜述了架空輸電線路杆塔結構的應用現狀及存在的問題,介紹了纖維增強複合材料(FRP)杆塔在國內外的研究進展和應用情況,從杆塔結構的技術、經濟、環境與社會影響等方面對各種材料的輸電杆塔進行了評述,展望了FRP在杆塔結構中的廣闊應用前景.下面是小編蒐集整理的相關內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
為開展複合材料在輸變電杆塔中 的應用研究,本文通過大量調研,分析了複合材料應用於輸電杆塔領域的可行性及存在的問題,並結合FH35試點工程,從杆塔設計及節點設計兩方面給出單杆復 合材料杆塔的設計思路及主要控制引數,從而為其工程應用奠定基礎。下面是小編蒐集整理的相關內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
【摘要】複合材料即FRP，本文將研究其在輸變電杆塔中的應用，首先介紹複合材料特性概述，並結合試驗分析，主要從杆塔設計以及節點設計這兩點探究單杆複合材料杆塔的應用;另外，還將介紹格構式複合材料杆塔的設計應用。
【關鍵詞】複合材料;輸電杆塔;應用
引言
玻璃纖維增強樹脂基複合材料簡稱複合材料，具有質量小、強度高、耐磨性好、耐腐蝕、易加工等優點，被廣泛應用於汽車製造、建築施工、航空航天等領域。近些年在輸電杆塔領域，複合材料也有廣泛應用。
一、複合材料特性概述
(1)複合材料絕緣效能好，因此將其應用於輸電杆塔領域，可以很好的實現結構材料與功能材料的統一，可以體現在以下幾點：
①效能優越，複合材料具有良好的絕緣效能，因此可以將其作為絕緣子，保障輸電線路的安全效能。
②有效節約工程造價，運用複合材料，可以減小杆塔走廊寬度、降低杆塔重量、減少混凝土使用量，因此有利於降低施工成本。
③能夠實現資源節約，傳統的`鐵塔施工所用原材料一般為鐵礦石，需要大量進口，但是複合材料的原材料是二氧化硫，而我國富含二氧化硫，因此能夠節約資源。
④環境友好，傳統的鐵塔施工會產生大量的廢氣，對環境造成很大汙染，而使用複合材料不僅易於加工，而且與環境更加協調，可以增強施工線路和環境的協調性。
(2)根據上文所述，複合材料有很多應用優點，但與此同時，其在實際應用中也有很多缺點：
①連線困難，由於複合材料屬於脆性材料，因此在施工過程中，很可能導致纖維材料發生斷裂，並且引起較為嚴重的應力集中，不利於連線。
②易老化，複合材料老化速度較快，會造成強度減弱，效能變差，因此目前複合材料的應用推廣難題在於如何緩解材料的老化。
③執行經驗不足，目前我國電力行業對於複合材料的研究較少，對其物理效能的理解不夠充分，而這一點在很大程度上制約了複合材料的應用。
二、複合材料在單杆杆塔中的應用例項
本文將結合某試點工程，從杆塔設計及節點設計兩方面介紹單杆複合材料的設計思路以及引數控制。
2.1結構設計及優化
2.1.1材料設計強度的選取複合材料易於老化，而且各個廠家的產品具有離散型，因此，為了更好的滿足杆塔結構的強度要求，必須根據工程的實際情況對符合材料的老化效能進行檢驗。在本次試驗中，所用設計材料的強度設定為測試強度的0.6倍，經過修正後，拉伸強度設定為618MPa，壓縮強度為389.4MPa，彎曲強度為636MPa。
2.1.2杆塔外形選擇及優化對試點工程的結構變形以及經濟等方面進行綜合分析，採用ANSYS有限元軟體，通過SOLID46層狀單元進行模擬，並且對材料的強度、杆塔重量等方面進行嚴格控制。經過一系列選擇，最終確定杆塔的截面形式為拔梢杆，杆塔的坡度為0.015，壁厚為20mm。
2.1.3結構加工工藝杆塔的承載力會受到結構加工工藝以及鋪設方向的影響，所以，加工工藝的設計是杆塔設計的重點。在設計方案的選擇上，必須在保證切實可行的條件下儘量節約造價成本。對於本次試驗所用的杆塔，杆塔的下部應該採用石英砂/樹脂顆粒夾層加工工藝。通常情況下，可以將杆塔分為4層，如圖1所示。杆塔的上段節點數量比較多，材料用量比較少，因此，在實際施工中可以採用全玻璃鋼纏繞方案。通過優化結構設計方案，能夠在很大程度上節約工程造價。
2.1.4真型試驗的驗證通過真型試驗能夠有效驗證產品質量，同時也能夠驗證工程設計方法。對於試點工程杆塔，上述結構方案設計能夠順利通過斷線、90°大風超載工況等各種測試。在正常工況下，杆頂撓度為343mm，能夠保證複合材料的正常工況。除此以外，通過試驗分析得出的測試值與理論分析數值保持一致，由此可見，本次試驗方法所得的試驗結果比較準確，可以供後期設計作為參考，如圖2所示。
2.2節點設計及優化
杆塔的節點設計一般可以分為方案的選擇以及方案的優化。這兩部分在實施過程中都應該嚴格依據杆塔結構連線的可靠性、經濟性要求，另外，還應該綜合考慮杆塔的協調性、粘結強度和抗扭強度等要求。對此，本文將以試點工程杆塔的節點構造為例，並進行詳細探討。
(1)節點方案的選擇表1是對管壁預埋金屬螺栓、插接膠粘、金屬法蘭套筒三種方案的對比研究，通過研究分析，主杆形式可以採用金屬法蘭套筒，並且採用抗扭銷釘的連線方式。因為，金屬法蘭套筒具有加工便捷、安裝簡單等應用優勢，而且有利於控制結構變形。
(2)節點方案的優化對於本次試驗設計方案，可以使用有限元分析法進行優化，金屬套筒越長，則其與主杆之間的抗剪強度也越大，一旦其長達大於臨界值，則套筒與主杆間的抗剪強度增加的幅度會越來越小，趨於穩定。除此以外，增加套筒長度的長度以及加筋肋的高度，能夠有效增強節點的剛度，有利於避免節點區域性變形，但是值得注意的是，如果節點剛度過高，則會最終導致下段杆體受彎情況越來越嚴重，如圖3所示。優化節點方案後，可以將套筒高度定為0.5m，另外可以將加筋肋高度定為套筒高度的0.6倍。優化本次試驗節點方案，能夠確保節點部分應力均勻。套筒與杆體的銜接位置的應力以及螺栓孔周邊應力分別為47MPa以及263MPa，均低於複合材料設計強度。結構膠層剪應力最大值為7.62MPa。
三、複合材料在格構式杆塔中的應用例項
在實際應用中，複合材料不僅可以應用在單杆杆塔上，而且還可以應用於格構式杆塔中。對此，本文將對試驗塔進行仔細研究，並且通過一系列試驗，探究複合材料在格構式輸電杆塔中的應用。對複合材料進行基本效能以及強度試驗，其抗拉強度為849MPa，抗壓強度為273MPa。複合材料具有容易老化的缺點，如何材料的強度修正一般可以設定為設計強度的0.5倍。但是，在實際應用中，採用格構式的杆塔形式，有利於在一定程度上提高杆塔的強度和剛度，有利於減少複合材料彈性模量低的缺陷。除此以外，節點設計採用套管式剛節點，有利於構件連線。運用格構式杆塔進行相關試驗分析，並通過理論分析，能夠得到較為精確的試驗結果。通過方案設計和優化，格構式杆塔設計方案能夠通過事故斷線工況、正常工況在內的各項測試，並且複合材料最大應力在65%左右，結構剛度能夠滿足設計要求。
四、複合材料在我國輸電杆塔中的應用前景
輸電杆塔在架空線路工程中應用十分廣泛，市場需求潛力巨大。新時期，我國國民經濟發展迅速，各行各業對於電力的需求日益增加，電力供應問題日漸嚴峻。因此，為了有效解決我國電力能源配置優化問題，我國積極實行“西電東送”以及“全國聯網”戰略，並且積極推進城鄉電網改造等重大工程。對於這些規模浩大的電力工程，必須積極研究出成本低、效能好的輸電杆塔結構。由此可見，複合材料在輸電杆塔中的應用前景十分廣闊。目前，從需求量以及技術水平角度而言，在我國電力行業，複合材料輸電杆塔技術已經比較成熟。但是，初期投入成本較高、複合材料抗老化效能較低等問題也在很大程度上制約了我國複合材料的推廣和應用。但是，從輸電杆塔減輕質量、降低成本等角度出發，複合材料在輸電杆塔中的應用仍然能夠體現出較高的優越性。
五、 結束語
綜上所述，本文主要對試驗杆塔進行探究，分別介紹了複合材料杆塔以及杆塔節點的設計形式。另外，本文還詳細介紹了複合材料在格構式杆塔中的應用，輸電杆塔的應用前景十分廣闊，對此，必須加深複合材料的研究，推動我國架空線路工程的發展。
參考文獻
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