摘　要：介紹了現階段國內輸電桿塔的應用現狀，結合玻璃鋼材料的力學性質及其物理性質，分析了玻璃鋼應用于輸電鐵塔的可能性及其于純鋼電塔相比的優越性，給出了設計玻璃鋼電塔存在的技術問題及其解決方法。

關鍵詞：玻璃鋼；輸電線路：桿塔結構

前　言

　　架空送電線路是輸送和分配電能的主要方式。由于電能需求的不斷增加和輸電距離不斷加長，電壓等級日益增加，電塔逐漸成為大跨度高壓輸電線路的選桿塔。在送電線路中，電力輸送塔作為其中的重點設備。投資大，維護困難。國內外對高壓輸電線路包括勞力和材料花費的相對成本進行了分析，電塔和基礎投入占輸電網總投資的40％左右，電塔是影響高壓輸電線路造價重要的因素。玻璃鋼作為一種絕緣性能優越的材料，應用于電塔將可以在保證輸電線路正常使用的情況下，有效地將少成本，降低工程造價，帶來巨大的經濟效益。本文將對玻璃鋼應用于輸電鐵塔的可行性進行相關探討，對需要解決的技術關鍵進行相關闡述。

1　國內外輸電鐵塔現狀

　　國內外架空輸電線路中輸電塔得到了前所未有的發展，從早期的木材為主要材料的桿塔，到后來的鋼筋混凝土桿塔及其混凝土桿鋼管桿塔，現在鐵塔已經成為了輸電線路中常用的形式之一。特別是對于超高壓輸電線路，鐵塔的使用已成為必須。各國各個地方根據自己的地域優勢選擇好的桿塔方式，使資源得到充分利用。
　　我國現行《110 kV~500 kV架空送電線路設計技術規程》和《DLT5154-2002架空送電線路桿塔結構設計技術規定》指導著輸電塔架的結構設計，但是傳統的電塔存在著質量重、易銹蝕、耐久性差、使用壽命較短、施工運輸和運行維護困難等缺陷，容易出現各種安全隱患。玻璃鋼作為一種具有輕質高強、耐腐蝕、電絕緣、可設計好等特點的纖維增強樹脂基復合材料，已經成為了輸電桿塔結構材料較理想的選擇，開始受到國內外電力行業的關注。國外復合材料電桿的研究起步較早，批量生產的電桿已在歐美地區得到應用。 美國由于其特殊的地理特點，復合材料電桿的研究已經比較成熟，美國土木工程師學會也已經制定了輸電桿塔中玻璃鋼產品的應用標準 20世紀50年代，我國也對玻璃鋼桿塔進行過研究，但是由于性能差未能得到推廣使用，隨著玻璃鋼材料技術及其制備工藝的發展，電力行業對玻璃鋼桿塔進入了一個新階段，輸電桿塔制造廠家對玻璃鋼桿塔應用于輸電工程也進行了探索性研究。

2　玻璃鋼材料相關性質

　　玻璃鋼學名玻璃纖維增強塑科，是一種以玻璃纖維為增強材料，以合成樹脂為基體的塑性基復合材料材料。玻璃鋼已經發展了將近50年的，由于其具有許多優異的性能而獲得廠廣泛的應用，在進行玻璃鋼產品設計時，我們應當對其力學性質及其物理性質有一定的了解。下面生要對進行玻璃鋼電塔設計時候需要考慮到的力學性質及其電學性能進行相關闡述。主要包括以下幾方面．
2.1　可設計性好
　　玻璃鋼的可設計性包括強度(彈性性能)的可設計性和形狀的可設計性。由于玻璃鋼中玻璃纖維的強度和彈性模量比樹脂的的強度和彈性模量都大好幾十倍。纖維的含量及其鋪設方向決定了其強度的大小。對于單向受力構件，可以考慮使用單層鋪設方式；對于雙向受力結構，可以使用雙層鋪設方式或哲多向鋪層的方式：對于復雜荷載作用下的結構，則應將材料在面內的鋪層方式在宏觀上表現為各項同性。另外，還可以通過控制纖維的含量大小來獲得不同強度和彈性性質的玻璃鋼。由于現代成型工藝的發展，我們可以靈活地設計出各種結構產品，來滿足使用要求。同時可以使產品具有很好的整體性。
2.2　比強度高
　　玻璃鋼的容重較小(大約為1.8g／cm³)，是由普通鋼材的1.4左右，其強度卻和鋼材接近，甚至超過碳索鋼，其比強度(強度和容重之比)可達2×10⁶cm以上。由相關資料可知：玻璃鋼桿塔的重量約為木質桿塔的1／3，混凝士桿塔的1／10，鋼質桿塔的1／2，輕質高強這一優越性是一般鋼材難以比擬的，其應用于輸電鐵塔的前景將十分廣闊。
2.3　耐腐蝕
　　玻璃鋼桿塔對酸、堿、鹽和有機溶劑等腐蝕介質的耐腐蝕性能和耐候性能優良，因此特別適合沿海地區、內陸鹽漬土地區以及工業區和酸雨多發地區等對混凝土和鋼質桿塔有特殊防腐要求的環境。Ebert Composites公司、圣地亞哥煤氣電力公司(SDGE)和愛迪生公司(SCE)設汁出的一種復合材科無螺栓裝配構成的三基實驗桿塔，建于商鹽污染地區的南加里福利亞海濱，該結構的正常使用說明玻璃鋼的防腐安全性能穩定。
2.4　電性能好
　　玻璃鋼是一種優良的絕緣材料，英屯性能介于纖維和樹脂之間，對于界面結合情況不敏感，在高頻下仍能保護良好介電性。玻璃鋼電氣絕緣性能優良，適當減少電塔橫擔的長度甚至去掉橫擔，仍可以滿足導線與塔身問隙要求：可以大大減少傳統鐵塔中必須使用的絕緣予串數量，縮小塔頭尺寸從而減輕結構自重，同時可以大大減少鋼材用量，降低工程造價，節約成本；此外，玻璃鍘的使用還 以輸}乜線路結構更為緊湊，可減少線路占用寬度。
　　玻璃鋼應用于輸電鐵塔的優勢還表現為安裝維護成本低，環境適應性好等優點，據相關數據可知：從長遠意義來講，玻璃鋼電塔的總體造價將會比傳統的純鋼結構格構式的輸電鐵塔低。具有比較大的價格優勢。

3　玻璃鋼應用于輸電鐵塔的技術關鍵

　　玻璃鋼作為纖維增強樹脂的一種，有許多鋼材和其他金屬材料無法比擬的優點，但是在設汁玻璃鋼電塔的時候，不可避免地將會遇到許多技術問題，本節將對其中幾項比較重要的技術關鍵加以闡述，并且提出相應的解決途徑。
3.1　玻璃鋼彈性模量低導致的穩定及變形問題
　　用玻璃鋼代替鋼材應用于電塔中可能出現穩定問題，因為玻璃鋼的彈性模量只有普通鋼材的，在同等荷載作用下可能產生較大的變形，塔頭位移將可能超過允許值。為了克服玻璃鋼彈性模量低的特點，在設計構件時我們應當考慮采取適當措施來加以控制，比如：選用較高彈性模量的纖維如碳纖維、硼纖維、晶須等作為玻璃鋼的基體材料；利用其結構形式局限性小的特點，改變玻璃鋼基體纖維的結構形式，設計成高強度的變截面的結構形式和布置方式，以此來彌補玻璃鋼低彈性模量這一弱點。
3.2　玻璃鋼剪切強度低導致的剪切破壞問題
　　玻璃鋼的剪切強度相對其抗壓及抗拉強度小許多：雙向玻璃鋼的剪切強度約為拉伸強度的10％，對于單向玻璃鋼，其剪切強度只有拉仲強度的5％。在電塔中，構件和構件連接處的力學行為主要表現為剪切變形．當變形量達到一定量值時，連接處即會發生剪切破壞，由此產生的鏈鎖反應將影響整個哇三塔的安全性和適用性。研究發現，玻璃鋼的剪切強度與樹脂含量及玻璃纖維布置方向相關，并且樹脂含量越大，其剪切強度越小，我們也應該“避其所短，用其所長”。實際工程中，盡量充分利用玻璃鋼拉伸和壓縮強度高的特點，避免將其設計成受剪構件。
3.3　玻璃鋼在長期茼載作用下的蠕變問題
　　蠕變足指材料在應力不變的條件下變形隨時問的延續而增加，后導致結構物的失效。玻璃鋼蠕變的根本原因是由塑料的粘彈性造成的，即使在常溫下也會發生較大蠕變，尤其是對于電塔這一受壓構件，由于到導線荷載的長期作用，玻璃鋼塔架的變形量會不斷增加，如果達到限值就會因喪失取穩定而過早的出現破壞。對于玻璃鋼的蠕變性能，我們的研究應致力于：找出蠕變的一般規律、影響蠕變的主要因素、蠕變機理等；另外基于粘彈性模型，從玻璃鋼的樹脂基體之粘彈性本構關系入手，分析其蠕變律及廣義蠕變曲線，得到玻璃鋼長期彈性摸量與松弛時間的關系，了解電塔在拉、壓、彎、扭復雜應力作用下玻璃鋼的蠕變性能。
3.4　玻璃鋼電塔的桿件問連接方式問題
　　桿件連接處是電塔容易發生強度破壞的位置，在導線荷載及其風荷載等的長期作用下，桿件連接處會有明顯的應力集中現象產生，并且其抗剪強度和橫向抗拉強度又相當低，當應力值超過玻璃鋼的強度極限時，電塔隨即發生強度破壞。玻璃鋼的連接方式有機械連接與膠結兩類：機械連接件的強度穩定，抗高溫蠕變和抗剝離性能好，便于拆裝檢修．但其開孔削弱了受力斷面；孔洞的應力集中程度高；膠結連接件不削弱受力斷面且無孔洞應力集中，外型平整光滑，抗電化學腐蝕能力強，殘余變形小，但膠結邊緣處容易剝離導致膠結層開裂，工作溫度范圍尚不夠大，老化程度高且不易拆裝檢修。在此，我們必須找到一種適用于玻璃鋼電塔的、滿足抗疲勞和抗斷裂要求的桿件連接方式。
3.5　研究玻璃鋼電塔中玻璃鋼的老化問題
　　老化現象是塑料的共同缺陷，玻璃鋼也不例外，在紫外線、風沙雨雪、化學介質、機械應力等作用下容易導致其性能下降，玻璃鋼的老化問題直接影響到玻璃鋼電塔的使用壽命，研究玻璃鋼在復雜大氣環境中的性質變化十分重要。為了獲得玻璃鋼老化及其材料性能變化的數據，可以通過加速老化的試驗，即將材料處于惡劣的環境下進行短時間試驗，并且以此來推斷其長期使用壽命。同時，我國新研制的樹脂基體中加入了紫外線抑制劑，可以有效的防止玻璃鋼鐵塔的老化，其預期壽命可達80年之久。

4　結論及其展望

　　隨著架空送電線路的迅猛發展，電力輸送對新型桿塔結構需求的增長以及玻璃鋼原材料生產工藝的不斷創新，玻璃鋼電塔結構的性能將不斷提高，建設成本將會不斷降低，其綜合效益將得到充分體現，可以預言玻璃鋼電塔在架空輸電線路桿塔中將會有廣闊的應用前景，玻璃鋼取代鋼材應用于輸電鐵塔將是輸電線路支撐結構的一次技術革新。