发布时间 : 星期三 文章复合材料杆塔中的工程应用 - 图文更新完毕开始阅读1022062a90c69ec3d5bb75ca
复合材料在输电杆塔中的
应用研究
目 录
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
前言 ................................................................................................... 2 复合材料在国内外输电杆塔中的应用 ........................................... 2 复合材料在输电杆塔领域的应用性研究 ....................................... 7 复合材料在单柱杆塔中的应用研究 ............................................... 7 复合材料在格构式杆塔中的应用 ................................................. 16 复合材料在输变电杆塔中应用展望 ............................................. 18 结论 ................................................................................................. 18
1. 前言
随着电网的发展，输电线路工程呈现出长距离、规模化、大型化的发展趋势，其对钢材的需求量也在逐年上升，消耗了大量矿产资源，造成生态环境的污染。同时，大量采用钢材作为铁塔材料，也给杆塔的施工运输、运行维护带来了诸多困难。因此，采用新型环保材料代替钢材成为输电行业的一种发展趋势。
复合材料由于具有高强、轻质、耐腐蚀、易加工、可设计性强和绝缘性能好等优点，越来越为工程界所重视，已在石油、化工以及建筑行业得到广泛应用。随着复合材料技术及其制造工艺的发展，其物理力学性能已逐步提高，输电杆塔采用复合材料已成为可能。
复合材料塔用于输电线路可以节约钢材，减少对矿产资源的破坏，保护环境；并且，利用复合材料的绝缘性，不仅易于解决输电线路的风偏和污闪事故，提高线路安全运行水平，同时还可以减小塔头尺寸，减少走廊宽度；杆塔轻便，易加工成型的特点，可以大幅度地降低杆塔的运输和组装成本；杆塔的耐腐蚀、耐高低温、强度大、被盗可能性小的特点，可降低线路的维护成本；同时由于杆塔颜色可调、无毒害、报废后可再利用，还增强了线路的环境友好性。因此复合材料在一定程度上是建造输电杆塔结构的理想材料之一。
由此可见，复合材料塔具有更好的综合性能，并且作为一种低碳、节能、环保以及符合工艺美学的新型结构，代表了输电杆塔结构的发展方向之一。因此在材料性能满足要求的基础上，通过合理的设计，将复合材料塔在输电线路工程上推广应用，具有重要的社会意义和经济效益。 2. 复合材料在国内外输电杆塔中的应用
复合材料电杆在40多年以前已有研究，但当年主要是树脂基玻璃纤维复合材料电杆，树脂一般采用综合性能较好的环氧树脂固化体系为基体材料，采用连续纤维缠绕成型工艺，成本较高，由于工艺技术和树脂配方问题导致抗老化性能差，寿命短，未能在实际工程线路中得到实际应用。随着树脂和纤维材料性能的改进和制造技术的进步，复合材料电杆重新受到世界各国输电行业的重视。新型电杆在基体树脂中添加了抗老化成分，以碳纤维和玻璃纤维或混杂纤维作为增强材料，采用拉挤或缠绕成型工艺进行生产，材料性能得到提高，成本也已大幅降低。缠绕型低成本电杆在美国已经投入使用，并且拉挤结构输电塔也已研制成功。
2.1 国外研究概况
复合材料杆塔由于其优良的综合性能已经在欧美得到应用，其中研究开发和应用最为成熟的是美国。美国各大输配电公司对复合材料杆表现出浓厚的兴趣，各制造企业也积极研制开发出各种复合材料杆。美国的Ebert Composites公司、Powertrusion Composites公司、Shakespear公司、North Pacific 公司和CTC公司等制品厂家都开发了自己的复合材料杆产品，并申请专利和得到了比较广泛的应用，如图2.1～2.2所示。
图2.1 南加州爱迪生公司建造的115kV复合输电杆
图2.2 运行中的69kV交叉线路复合输电杆
图2.3 复合输电杆的运输吊装
图2.3中展示的FRP杆最长可达80英尺（27.84m），底部直径为24.38英寸（619cm），重量为1350磅（611.5kg）。适用于110kV及以下电压等级的输电线路。另外，由于复合材料质的轻质特性，对于复杂的地形条件，其还可采用直升机运输的方式送抵指定塔位，如图2.4所示。
图2.4 直升机正在吊装复合输电杆
除了单根结构的电杆外，一些公司还开发应用了型材组装的复合材料输电塔。由于复合材料穿孔会破坏内部纤维结构，减弱其整体强度并造成应力集中，因此其不宜采用螺栓穿孔连接。从1992年起，美国提出了一项新的研究计划，由复合材料采用无螺栓装配构建杆塔。它由Ebert Composites公司与加利福尼亚两