CN1942641A - 形成组合杆的方法和组合杆装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种形成细长组合杆结构的方法。这种方法的第一个步骤包括提供空心锥形杆组件，每个组件具有第一开口端和相对的第二开口端。第二端的横截面小于第一端的横截面。通过使第一组件的第二端与第二组件的第一端配合，可将组件连接起来，形成具有选定长度的细长组合杆结构。所述第一和第二组件可以具有不同的结构特性，因此通过选择性地将具有不同结构特性的组件组合起来，能够形成具有所要求结构特性的杆件。

Description

形成组合杆的方法和组合杆装置
技术领域
本发明涉及形成组合杆的方法以及根据这种方法形成的组合杆装置。
背景技术
杆结构具有许多用途，比如包括但不限于公路照明设备的支承件以及电话线、电缆和输电线的支柱。这些杆结构通常用木材、钢铁和混凝土这样的材料制造。虽然这些杆结构的应用范围很广，但由于是单件结构，高度、强度和其它性能是固定的，其应用受到限制。
为了便于用卡车、火车甚至货运飞机运输以及便于在现场进行安装，给定长度的杆柱可以设计成许多段。这对钢铁和某些混凝土杆结构很常用。美国专利US 6,399,881公开了一种包括至少两段直管的多段通用杆，通过滑动接头连接件进行连接。滑动接头由两个配对的圆锥部分组成，分别固定在杆的每一段。然而，虽然这种方法有助于运输和安装，但却没有解决与结构有关的其它问题，如高度、强度、刚度、耐用性等其它性能。
发明内容
本发明涉及形成组合杆的方法，及根据这种方法形成的组合杆装置。
本发明的目的是提供一种改进的组合杆装置，以及形成这种杆装置的方法。
根据本发明，提供了一种形成组合杆的方法，包括以下步骤：
提供两个或两个以上的空心锥形杆组件，每个组件具有第一开口端和相对的第二开口端，其中第二端的横截面小于第一端的横截面；和
通过使第一组件的第二端与第二组件的第一端配合，可将所述两个或两个以上的组件连接起来，形成具有选定长度的细长组合杆结构件；
其中，第一和第二组件具有不同的结构特性，因此通过选择性地将具有不同结构特性的组件组合起来，能够形成具有所要求结构特性的杆件。
本发明涉及一种刚才定义的形成组合杆的方法，其中不同的结构特性包括抗弯强度、抗压强度、抗失稳性、抗剪强度、外壳耐用性及其特性组合。例如，第一组件的抗压强度可以大于第二组件的抗压强度。
本发明涉及一种如刚才定义的组合杆形成方法，其中在提供组件步骤，第一和第二组件相互嵌套，使得第二组件的至少一部分嵌套在第一组件内。且整个第二组件都可以嵌套在第一组件内。
本发明涉及一种如刚才定义的组合杆形成方法，其中在提供组件步骤，两个或两个以上的锥形杆组件的横截面是管状的。
本发明涉及一种如刚才定义的组合杆形成方法，其中在连接步骤后，还有将盖帽设置在细长组合杆结构的一端或两端的步骤，从而可防止废物或湿气进入杆件。
本发明涉及一种如刚才定义的组合杆形成方法，其中细长组合杆结构件是一种具有底部组件、末端组件和其间的一个或多个组件的竖直结构，底部组件的第一端靠近一表面。这种方法还包括将支承件布置在底部组件的第一端以支承竖直结构的重量并分配重量到表面上。支承件可以具有通孔，使得竖直延伸的组合杆结构件内的液体能够通过通孔排出。
本发明涉及一种如刚才定义的组合杆形成方法，其中两个或两个以上的空心锥形杆组件由复合材料制成。复合材料可以是纤维缠绕聚亚安酯复合材料。
本发明涉及一种细长组合杆结构件，至少包括第一和第二空心锥形组件，每个组件具有第一端和相对的第二端，第二端的横截面小于第一端的横截面，第一组件的第二端与第二组件的第一端可配合，且第一和第二组件具有不同的结构特性。通过选择性地将具有不同结构特性的组件组合起来，能够形成具有所要求结构特性的杆件。不同的结构特性包括抗弯强度、抗压强度、抗失稳性、抗剪强度、外壳耐用性及其特性组合。
本发明涉及一种如刚才定义的细长组合杆结构件，其中第一组件的第二端配合容纳在第二组件的第一端。
本发明涉及一种如刚才定义的细长组合杆结构件，其中第一组件的内部尺寸大于第二组件的外部尺寸，因此第二组件的至少一部分嵌套在第一组件内。整个第二组件可以嵌套在第一组件内，且第一组件的抗压强度可以大于第二组件的抗压强度。
本发明涉及一种如刚才定义的细长组合杆结构件，其中包括布置在竖直延伸的组合杆结构件一端或两端的盖帽，从而可防止废物或湿气进入杆结构内。
本发明涉及一种如刚才定义的细长组合杆结构件，其中伸长的组合杆结构件是一种具有底部组件、末端组件和其间的一个或多个组件的竖直结构。底部组件的第一端可以靠近一表面，而且可以将支承件布置在底部组件的第一端，以支承细长组合杆结构件的重量，并分配重量到表面上。支承件可以具有通孔，使得竖直延伸的组合杆结构件内的液体能够通过孔排出。
本发明涉及一种如刚才定义的细长组合杆结构件，其中第一和第二空心锥形组件是管状的。
本发明涉及一种如刚才定义的细长组合杆结构，其中第一和第二空心锥形组件由复合材料制成。复合材料包括纤维缠绕聚亚安酯复合材料。
本发明涉及一种细长的复合材料组合杆结构件，至少包括第一和第二空心锥形组件，每个组件由复合材料制成，并具有第一端和相对的第二端，第二端的横截面小于第一端的横截面，其中第一组件的第二端可与第二组件的第一端配合。
本发明涉及一种如刚才定义的细长的复合材料组合杆结构件，其中第一组件的内部尺寸大于第二组件的外部尺寸，因此第二组件的至少一部分嵌套在第一组件内。整个第二组件可以嵌套在第一组件内，且第一组件的抗压强度可以大于第二组件的抗压强度。
本发明涉及一种如刚才所定义的细长的复合材料组合杆结构，其中，第一和第二组件可以具有不同的结构特性，因此通过选择性地将具有不同结构特性的组件进行组合，能够形成具有所要求结构特性的杆柱。不同的结构特性包括抗弯强度、抗压强度、抗失稳性、抗剪强度、外壳耐用性及其特性组合。
本发明涉及一种如刚才定义的细长的复合材料组合杆结构件，其中包括设置在竖直延伸的组合杆结构一端或两端的盖帽，从而可防止废物或湿气进入杆结构件。
本发明涉及一种如刚才定义的细长的复合材料组合杆结构件，其中伸长的组合杆结构件是一种具有底部组件、末端组件和其间的一个或多个组件的竖直结构。底部组件的第一端靠近一表面，而且可以将支承件布置在底部组件的第一端，以支承细长组合杆结构件的重量，并分配重量到地表面。支承件可以具有通孔，使得竖直延伸的组合杆结构件内的液体能够通过孔排出。
本发明涉及一种如刚才定义的复合材料细长组合杆结构件，其中第一和第二空心锥形组件是管状的。
本发明涉及一种如刚才定义的细长的复合材料组合杆结构件，其中复合材料包括长纤维缠绕聚亚安酯复合材料。
本发明还涉及形成细长组合杆结构的空心锥形组件，组件包括复合材料，并具有第一端和相对的第二端，第二端的横截面小于第一端的横截面。复合材料可以包括纤维缠绕聚亚安酯复合材料。
本发明涉及一种细长组合杆结构件，至少包括第一和第二空心锥形组件，每个组件具有第一端和相对的第二端，第二端的横截面小于第一端的横截面，其中第一组件的第二端与第二组件的第一端配合，且第一组件的内部尺寸大于第二组件的外部尺寸，因此第二组件的至少一部分能够嵌套在第一组件内，便于组件的运输。整个第二组件可以嵌套在第一组件内，第一组件的抗压强度可以大于第二组件的抗压强度。
本发明涉及一种成套装置，其至少包括形成细长组合杆结构件的第一和第二空心锥形组件，每个组件具有第一端和相对的第二端，第二端的横截面小于第一端的横截面，其中第一组件的第二端能与第二组件的第一端配合，且第一组件的内部尺寸大于第二组件的外部尺寸，因此第二组件的至少一部分能够嵌套在第一组件内。
本发明涉及一种如刚才定义的成套装置，其中整个第二组件可嵌套在第一组件内。第一组件的抗压强度大于第二组件的抗压强度。
本发明涉及一种如刚才定义的成套装置，其中第一组件的第二端能配合容纳在第二组件的第一端内。
本发明涉及一种如刚才定义的成套装置，其中第一和第二组件具有不同的结构特性，不同的结构特性包括抗弯强度、抗压强度、抗失稳性、抗剪强度、外壳耐用性及其特性的组合。
本发明涉及一种如刚才定义的成套装置，其中第一组件的抗压强度大于第二组件的抗压强度。
本发明涉及一种如刚才定义的成套装置，其中第一和第二组件是管状的。
本发明涉及一种如刚才定义的成套装置，包括能与第一或第二组件的第一或第二端配合的盖帽，以防止废物或湿气进入。
本发明涉及一种如刚才定义的成套装置，其中第一和第二组件包括复合材料。所述复合材料包括纤维缠绕聚亚安酯复合材料。
本发明涉及一种成套装置，至少包括形成细长组合杆结构件的第一和第二空心锥形组件，每个组件具有第一端和相对的第二端，第二端的横截面小于第一端的横截面，其中第一组件的第二端能与第二组件的第一端配合，且第一和第二组件具有不同的结构特性。不同的结构特性包括抗弯强度、抗压强度、抗失稳性、抗剪强度、外壳耐用性及其特性组合。
本发明还涉及一种装配细长组合杆结构件的系统，这种系统包括纤维增强复合材料制造的空心锥形管状杆组件，组件具有开口底端和相对较窄的顶端，通过使上一个组件的底端与下一个组件的顶端配合，将组件连接起来，形成具有选定高度的竖直结构，一些组件具有不同特性，其涉及抗弯强度、抗压强度或抗剪强度中至少一项，因此通过选择性地将具有不同特性的组件组合起来，能够形成具有所要求的抗弯强度、抗压强度和抗剪强度等特性的杆件。
由于采用了锥形空心组件，因此每个组件有一端的截面大于另一端的截面，使得细长组合杆结构件可通过将某组件的较大端部与另一组件的较小端部配合进行装配。可以专门制造出具有不同结构特性的组件，从而能够选择性地对组件进行组合，使杆件具有许多不同结构特性组合，从而对要能满足性能变化的问题，提供了一种组合解决方法，从而不需要对每一种条件都设置单个杆或单个结构。
通过提供具有能够相互嵌套形状的组件，使得装配细长组合杆结构件所用到的组件能够更加方便地进行贮存和运输。此外，由于采用了复合材料尤其是长纤维缠绕聚亚安酯复合材料制成的组件，这种细长的组合杆结构件十分轻便、坚固和耐用，而且通过改变复合材料中强化物和/或树脂组分的种类、数量或组成，组件的结构特性能够很容易地改变。
上述发明内容并不一定介绍了本发明的所有特征。
附图说明
通过下面参考附图所作的详细说明，将更加清楚地了解本发明的这些和其它一些特征，附图只是为了说明，不能以任何方式将本发明的范围限于所示出的某个或某些具体实施例，附图中：
图1是本发明组合杆装置的实施例的截面侧视图，其中一系列组件用来形成具有不同强度和刚度的30英尺杆件；
图2是本发明组合杆装置的实施例的截面侧视图，其中一系列组件用来形成具有不同强度和刚度的45英尺杆件；
图3是本发明组合杆装置的实施例的截面侧视图，其中一系列组件用来形成具有不同强度和刚度的60英尺杆件；
图4是本发明组合杆装置的实施例的截面侧视图，其中一系列组件用来形成具有不同强度和刚度的75英尺杆件；
图5是本发明组合杆装置的实施例的截面侧视图，其中一系列组件用来形成具有不同强度和刚度的90英尺杆柱；
图6是组成本发明组合杆装置的组件的实施例的截面侧视图，示出了七种不同尺寸的组件；
图7是组成本发明组合杆装置的组件的实施例的截面侧视图，组件嵌套起来准备进行运输；
图8是本发明组合杆装置的实施例的分解截面透视图，其中多个组件顺序连接起来，并带有相配合的顶盖和底塞。
具体实施方式
下面是对优选实施例的说明。
本发明涉及一种细长的组合杆结构或组合杆装置或系统，包括两个或两个以上空心锥形组件。每个组件具有第一端和相对的第二端，其中第二端的横截面小于第一端的横截面。组件的第二端与另一个组件的第一端配合，可形成杆结构件。
至少两个组件可以具有不同的结构特性，因此通过选择性地将具有不同结构特性的组件组合起来，能够形成具有所要求结构特性的杆件。这些组件可以具有不同的抗弯强度、抗压强度、抗失稳性、抗剪强度、外壳耐用性或不同的结构特性组合。改变结构件的高度只须添加或除去连接组件中的组件。因此通过这种方式提供了一种系统，能够将一系列组件装配成组合杆结构件，对于任何要求的高度，其不仅强度可以变化而且刚度或其它特性也可以变化。
组件可以设计成能够将两个或更多个组件顺序连接起来，一组件的顶端或第二端可塞入或配合容纳在另一个组件的底端或第一端内直至预定的长度，形成细长的组合杆结构或组合杆装置。或者可以这样设置组件，某个组件的底端或第一端能够塞入或配合容纳在另一个组件的顶端或第二端内。这些接头部位的重叠量可以预先确定，使得能够将足够的载荷从一个组件传递到下一个组件。整个结构上的重叠量可以变化，一般下面的组件重叠量变大，以便出现对不断增大弯矩的抗力时能够维持足够的载荷传递。
接头可设计成，不用额外的紧固件，如压配合连接件、螺栓、金属带箍等，就能够产生足够的荷载传递。然而，在连接的组件承受拉伸载荷(向上的力)而不是较为常见的压载荷(向下的力)或挠曲载荷的情况下，有时候也可以使用紧固件。
当组件连接起来时，可视为能够抵抗预定程度外力的单个结构，外力可以包括但不限于侧向力、张力和压力。结构的高度或长度可以简单地通过添加或除去连接组件中的组件进行改变。还能够改变结构的整体强度而不会使长度发生变化，只须通过从连接组件的顶部取下较高的组件，并在连接组件底部添加同样长度的更大更坚固的组件就可以做到。对于任何要求的高度或长度，通过这种方式，不仅能够改变强度特性而且还能够改变刚度。因此通过选择性地将具有不同特性的组件组合起来，能够形成具有所要求特性的结构。例如，组件可以具有不同的强度特性，如组件的水平载荷强度可以是大约300磅至大约11,500磅之间的任意值，或者水平载荷强度可以是大约1500牛顿至大约52,000牛顿之间的任意值。组件的强度等级可以从表1所示的美国国家标准协会ANSI O5.1-2002中的等级1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、H1、H2、H3、H4、H5和H6中选择。通过使用这些强度特性的组件，所得到的细长组合杆结构件或装置的水平载荷强度可以是大约300磅至大约11,500磅之间的任意值，或者水平载荷强度可以是大约1500牛顿至大约52,000牛顿。细长组合杆结构件或装置的强度等级可以选自表1所示的美国国家标准协会ANSI O5.1-2002中的等级1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、H1、H2、H3、H4、H5和H6。
上述的竖直组合杆系统可以具有许多用途，包括临时性和永久性的。例如，这种结构件可以用作但不限于通用杆、保安摄像机的支柱、公路发光体的支柱、用于运动场，球场，网球场的照明支承结构、以及其它户外照明，如停车场和街道照明的支承结构。
所述组合杆装置不必是直立结构，举例来说，可以将组件装配起来，形成空心管道或空心井，用于在地面或水面上，或地面或水面下输送液体、气体等类似物质。使用设置成可相互嵌套的坚固轻质组件，能够方便地将组件运输至管道或井的施工现场并进行贮存。在现场通过将组件装配在一起能够很容易地形成成管道或井。这对于偏远场合如油田和水、气或污水输送系统尤为有利。
在一实施例中，第一或较大组件的内部尺寸大于第二或较小组件的外部尺寸，因此第二组件的至少一部分能够嵌套在第一组件内。，整个第二组件最好都能够套在第一组件内(见图7)。通过这种方式，形成某特定组合杆结构件的两个或更多个组件可以相互嵌套起来。嵌套起来的组件由于更为紧凑和节省空间而在装卸、运输和贮存方面具有很多优点。
每个组件可以是具均匀锥度的空心管状杆(图8用50表示)，具有开口的底端或第一端(图8用52表示)和相对的顶端或第二端(图8中用54表示)，顶端的直径小于底端的直径。组件并不限于管状，别的形状，如但不限于椭圆形、多边形、或其它非圆形截面形状，也在本发明的范围之内，这些非圆形截面的形状，如可以是但不限于方形、三角形或矩形，只要求每个组件第二端的横截面或截面面积小于第一端的横截面或截面面积。
如图1至5所示，可以将组件连接起来，形成具有选定高度的竖直结构。参考图8，这可通过将上一个组件50A的底端52与下一个组件50B的顶端54配合来实现。最后得到的竖直结构具有靠近或埋入某表面，如地面，的底部组件、远离表面或地面的相对的末端组件、以及其间的一个或多个组件。可以将支承件或底塞(用图8中的62表示)布置在底部组件的第一端，支承细长组合杆结构的重量并分配重量到地表面，从而增加基础的稳定性并防止空心杆状结构在压缩载荷的作用下压入地面。支承件可以具有通孔，使得竖直延伸的组合杆结构件内的液体能够通过孔排出。
在组合杆、管道或井结构的一端或两端可以设有紧密配合的盖帽，防止废物或湿气进入结构内。盖帽可以设置成与组合结构的端部紧密配合，比如可通过但不限于压配合连接件。或者，可以设置紧固件如螺栓、螺丝、带箍、弹簧，夹子等将盖帽固定就位。
当组件设置成可相互嵌套时(见图7)，可以将盖帽设置成与第一组件或最大组件的第一端紧密配合。在最大组件的底端或第一端上设置盖帽可防止组件运输和贮存时废物或湿气进入嵌套组件内。
当组件套在一起时，如上文中所介绍的底塞或支承件可以用于这个目的，进行安装时，底塞或支承件可以用来支承细长竖直组合杆结构的底部。
本发明的一个实施例提供了一种电力工业的组合式通用杆，传统上使用钢铁和木材作为配电和输电线杆。对于这种应用，杆件必须具有确定的高度和规定的最低断裂强度，而且通常还具有在特定荷载条件下的规定挠度。杆能够将输电线架设起来越过某种地形并适应任何一种地势以及由风载荷和冰载荷作用而引起的结构力。
电力工业所使用的杆长度一般为25英尺至150英尺。这些杆的长度及其强度要求是变化的。表1示出了杆必须达到的强度或水平荷载，以符合电力工业使用的ANSI O5.1-2002标准强度等级。在不同结构应用场合使用的杆可根据该场合的强度要求进行选择。
表1.不同强度等级通用杆的水平荷载
  强度等级(ANSI O5.1-2002)   水平荷载(磅)   水平荷载(牛顿)
  H6   11,400   50,710
  H5   10,000   44,480
  H4   8,700   38,700
  H3   7,500   33,360
  H2   6,400   28,470
  H1   5,400   24,020
  1   4,500   20,020
  2   3,700   16,500
  3   3,000   13,300
  4   2,400   10,680
  5   1,900   8,450
  6   1,500   6,670
  7   1,200   5,340
  9   740   3,290
  10   370   1,650
如果需要各种不同杆尺寸和各种不同强度等级，那么所需的库存数量是这两个参数的倍数。在要求绝对适应性的情况下，必须有大量的库存杆。公用事业公司必须保留大量的应急替换杆以便在暴风雨或其它类似事件发生之后修理输电线路。因为不能预测哪种结构件可能被破坏，所以必须贮备每种高度和等级的备用杆。
在本发明的一实施例，提供了一种包括多个组件的成套装置。这些组件可以具有不同的尺寸，其中第一组件或最大组件的内部尺寸大于第二组件或次大组件的外部尺寸，使得第二组件的至少一部分能够套在第一组件内。整个第二组件最好都套在第一组件内(见图7)。还可以提供尺寸逐渐减小的其它组件，使得这些组件能够嵌套在一起，便于运输和贮存。或者，成套装置中的某些或全部组件可以具有不同的结构特性，这些特性可以包括但不限于，抗弯强度、抗压强度、抗失稳性、抗剪强度、外壳耐用性、或者是这些结构特性的组合。例如，与较小的第二组件相比，较大的第一组件可以具有更大的抗压强度，因此强度较小的组件套在强度较大的组件内，在运输和贮存时这些组件受到保护。
这种成套装置可以用来形成组合杆装置或结构，其中的组件设置成，第一或最大组件的末端(第二端)能够装配或容纳在第二或较小组件的底端(第一端)内。或者，第二或较小组件的底端(第一端)能装配或容纳在第一或最大组件的末端(第二端)内。
在本发明的一个实施例中，组件是用复合材料制成的。
术语“复合材料”是指增强物嵌入聚合物母体或树脂而形成的材料，所述聚合物母体或树脂可以包括但不限于聚脂、环氧树脂、聚亚安酯、乙烯酯树脂或其混合物。母体或树脂用来固定增强物以形成所要求的形状，而增强物一般可提高母体的总体机械性能。
术语“增强物”是指用来进一步强化复合材料中聚合物母体的材料，可以包括但不限于纤维、颗粒、薄片、填料或其混合物。增强物通常包括玻璃、碳、或芳族聚酰胺，然而也可以使用本领域技术人员所熟知的其它增强材料。这些增强材料包括但不限于，人造纤维和天然纤维或纤维状材料，可以是但不限于聚脂、聚乙烯、石英、硼、玄武岩、陶瓷以及纤维植物材料这样的天然增强物，如黄麻和剑麻。
本发明的复合材料组件设置成可连接成为组合杆装置，而且有利地提供了一种轻质结构，这种结构与木制或钢制杆柱相比，表现出更为优越的强度特性和耐用性。增强复合材料组件不会如钢铁那样生锈，而且也不会如木制结构常见的那样发生腐烂或者受到微生物或昆虫的侵害。此外，与天然产品(如木材)相比，增强复合材料结构可专门进行设计，因而能够更加精确地预测和确定其坚固程度及使用寿命。
这种复合材料组件可以采用纤维缠绕法制造。不过，也可以使用其它方法来生产复合材料组件，可以包括但不限于，树脂注射模塑法、树脂传递模塑法和手工敷设成形法。
加拿大专利CA 2,444,324和CA 2,274,328(本文引用参考其内容)介绍了一种典型的纤维缠绕结构。纤维增强物，包括但不限于玻璃、碳、或芳族聚酰胺，用树脂浸透后缠绕到细长的锥形芯棒。
树脂浸渍纤维材料通常以预定顺序缠绕到芯棒上。该顺序涉及相对芯棒轴线角度在0°至87°范围内的纤维缠绕层。纤维增强物在芯棒上的敷设方向会影响完成复合材料组件的最终强度和刚度。其它可能影响制成组件的结构特性的因素包括改变纤维增强物与树脂的数量比、卷绕顺序、壁厚以及纤维增强物的种类(比如玻璃、碳、芳族聚酰胺)和树脂种类(比如聚脂、环氧树脂、乙烯酯)。可以对组件的结构特性进行设计以满足特定的性能标准。通过这种方法所形成的层状结构能够用来产生十分坚固的组件。还可以改变组件的挠性，因此能够得到所要求的载荷偏转特性。通过调整层状结构，能够得到压缩失稳抗力或集中载荷抗力等性能。前者在组件受到高压缩载荷时十分重要。后者在有重的装置螺栓连接到杆部分上施以点载荷和应力集中时很重要，这种载荷状态要求有较高的横向层间强度。
在本发明的一个实施例中，组件包括纤维缠绕聚亚安酯复合材料。术语“纤维缠绕聚亚安酯复合材料”是指通过纤维缠绕将纤维增强物嵌入聚亚安酯树酯或反应混合物得到的复合材料。聚亚安酯树酯通过将多元醇组分与聚异氰酸酯组分混合制成。还可以包括其它的添加剂，如填充剂、颜料、增塑剂、硫化促进剂、紫外线稳定剂、抗氧化剂、抗菌剂、除藻剂、干燥剂、触变剂、润湿剂、流动改性剂、消光剂、除气剂、增补剂、用于湿度控制和要求颜色的分子筛、紫外线吸收剂、光稳定剂、阻燃剂和隔离剂。
术语“多元醇”是指含有若干个在加工条件下与聚异氰酸酯组分反应的活性氢基的化合物。美国专利US 6,420,493(本文引用参考其内容)介绍的多元醇可以用于本文介绍的聚亚安酯树酯化合物。
术语“聚异氰酸酯”是指含有若干个在加工条件下与多元醇组分反应的异氰酸或NCO基的化合物。美国专利US 6,420,493(本文引用参考其内容)所介绍的聚异氰酸酯可以用于本文介绍的聚亚安酯树酯合成物。
如上文较为详细介绍的，复合材料组件由增强物和液态树脂构成。通过以特定的方式设置增强物，可以将强度和刚度性能调整到所要求的值。通过改变组件的组分材料和结构可以大大提高结构的耐用性。一个典型的实例是使连接组件的顶部组件带有高水平的单向和环绕加强，使弯曲刚度达到最大而减少挠曲。下面的组件将较多采用偏心和环绕加强及较大壁厚，以抵抗较大弯矩和压缩失稳的作用。在此实例中，基础组件不仅在结构和壁厚方面有变化，而且所使用的材料也不同，使耐用性达到最大。底部组件可以埋置在泥土或岩石中以形成连接组件的基础，因此将受到许多污染物和地下水的作用而导致过早损坏。在这种情况下，底部(基础)组件的增强物和树脂系统的类型可以使得这种条件下的使用寿命达到最大。这种方法提供了非常大的灵活性，使得柱状结构能够特殊设置，满足各种环境的要求。
从原理上讲，所使用的增强物和液态树脂材料的耐用性越好，其成本越高。通过只是在有需要的部位(比如底部组件)而不是整个连接组件上使用高耐用性、高成本的材料，不仅大大提高了使用寿命而且还实现了很好的成本效益。
提高使用寿命的另一个实施例是在组件上设置脂族聚亚安酯复合材料外涂层。形成了防风雨、紫外线和磨损的非常坚韧的外表面，而且为了美观或便于识别还可以上色。
图1示出了连接起来形成杆件的一系列组件。组件1至5的长度为15英尺加上搭接长度余量。因此，将组件1和2连接起来形成30英尺长的杆件。将组件1、2和3连接起来形成45英尺长的杆。每顺序添加一个组件，杆件的高度就以15英尺的间距增加。
如果连接组件不是从组件1开始，所得到的总长度应当包括额外的重叠长度。举例来说，组件2、3和4所形成杆状结构的长度为45英尺加上组件2顶端的额外搭接长度。如果需要，可以简单地将额外的长度切去，使得杆能够满足高度或公差要求。
如本说明前面较为详细的介绍，通用杆不仅按高度而且也根据其在载荷条件下的性能进行分类。载荷条件有很多种，但一般最终形成挠曲载荷(这时电线以直线形式简单地横跨在线杆之间)，或挠曲加压缩载荷，后一种情况在电线改变方向或终止处的线杆上固定有向下拉索时常见。为了满足载荷条件，挠曲载荷下的杆必须达到最低限度的强度，而且在很多情况下不许超过规定外加载荷下的规定挠度。这是为了防止导线过度移动，并使压缩载荷下的竖直失稳性抗力达到最大。
可以将每个组件设计成作为单个组件和作为连接组件整体的一部分都能表现出预定强度和刚度标准。在细长组合杆结构是通用杆的实施例中，可以将强度和刚度标准设计成符合表1所示木制杆的强度级别。通过这种方式，组件连接在一起形成正确长度的杆，并可向上或向下移动组件的顺序直至强度或刚度，或这两个要求，都得到满足。通过这种方式，一系列组件能够形成具有不同强度性能的多种不同长度的杆件。
图1示出了如何用7种组件装配出一系列30英尺的杆状结构。7种组件在图6中单独示出。在此实施例中，组件已设计成，当连接成一组时，能够对应表1中详细列出的木制杆的强度要求。7种组件中有5种的长度为15英尺再加上用于连接下一个组件的滑动接头的搭接余量。木制杆的强度在表1中分类列出。为了使杆符合标准，它必须满足长度要求，而且还能够抵抗规定的载荷，其通常等于施加在距离末端2英尺(0.6米)处的载荷。杆的基础深度通常限制在杆长度的10％加上2英尺。从图1可以看出，连接的组件1和2形成30英尺的杆状结构，其符合表1列举的载荷等级3或4。
欲满足等级额定值，当基础深度和作用点之间一定长度上的规定等级载荷完全施加时，杆必须不损坏。在图1所示实例中，如果组件1和2能够按照所规定的方式抵抗3,000磅的载荷，那么将归类为相当30英尺的等级3的木制杆。从图1中可以看出，当组件1和2连接起来时能够符合30英尺的等级3或等级4的木制杆。有两个等级的原因是存在载荷作用下的挠度。在很多情况下电力公司要求杆具有规定的高度和强度，但有时还规定了载荷下的最大容许挠度。最大挠度通常与木材的挠度有关。这种要求在输电线改变方向或终止的特殊情况下是有实际意义的。在这种情况下，挠度控制变得十分重要。
在图1实例中，可以将组件1和2连接起来形成能够抵抗3,000磅等级载荷(等级3载荷)的杆状结构。然而，等级3载荷下的挠度大于木材通常所表现出的挠度，因此如果挠度十分重要，那么该组件组合体应符合等级4的载荷(2,400磅)下的强度和挠度。其实际价值在于，组件1和2可作为切向杆(此时输电线一般以直线从相对平坦的地形上经过)在等级3载荷条件下使用。当输电线终止或方向变化而使挠度变得更重要时，组件1和2可作为等级4结构使用。
出于同样的原因，如果图1的实例推广到组件2和3，那么连接起来可以形成30英尺的等级1或等级2载荷的杆状结构。所有图1-5中的其它实例都可以使用相同的方法。
参考图7，其中组件的锥度设计成，上面一个组件能够装配在下面一个组件内。换句话，较大组件的内部尺寸大于较小组件的外部尺寸，使得较小组件能够套在较大组件内。这在装卸和运输组件时由于更紧凑和节省空间而具有很大优点。在此实施例中，组件由复合材料构成，与木材、钢铁或混凝土相比重量大大减轻。组件可以以小叠置件的方式套在一起。举例来说，组件1、2和3可以套在一起，装配后将形成具有如图2所示强度特性的45英尺杆状结构。类似地，组件2、3和4可以套在一起进行运输。安装后将形成具有如图2所示较高强度特性的45英尺柱状结构。显然可以将形成90英尺等级2杆件所连接起来的组件再拆开，形成其它结构。在90英尺等级2的杆件实例中需要有五个组件(组件2、3、4、5和6)。这一套组件还可以装配成其它结构。举例来说，组件2、3和4可以连接起来形成45英尺等级1或等级2的杆件。组件3、4和5可以连接起来形成45英尺的等级H1或H2杆件(见图2)。组件5和6可以连接起来形成45英尺等级H3或H4的杆件。类似地，组件2、3、4和5可以装配起来形成强度性能对应等级1或2的60英尺杆状结构。还可以将组件4、5和6装配起来形成强度性能对应于等级H1或H2的60英尺杆状结构。这些结构在图3中示出。通过同样的方式，可以将组件3、4、5和6连接起来形成强度性能对应等级1或H1的75英尺杆状结构。
其实，包括7个组件的组件组合能够以各种方式安装。在只包括7个组件的实施例中，能够装配出19种不同形式的杆状结构，其高度从30英尺至90英尺，并表现出多种强度和刚度特性。必须强调的是，为了便于说明，本实施例使用了15英尺和30英尺的组件来形成30英尺到90英尺的结构。该系统并不局限于30英尺的最小高度或90英尺的最大高度，而且也不限于使用7个组件。组件的尺寸也不限于为了便于说明所示出的那些尺寸。整个系统的一部分或全部都具有很大的灵活性而且易于安装。
整个系统可部分或全部套在其自身内以便于运输。图7示出了嵌套好准备装运的组合系统。
参考图8，可以将顶盖60设置在最高或末端组件的预端54上面，防止废物或湿气从上面进入。可以将底塞或支承件62设置在最低或底部组件的底端52，防止废物或湿气从下面进入。设置底塞或支承件所具有的显著优点是可以提高基础稳定性并防止空心杆状结构在压缩载荷的作用下压入地下。底塞或支承件62可以具有通孔64，使得组合杆结构内的水份能够排出。
在此专利申请文件中，动词“包括”以其非限制性的意义使用，表示该词后面的各项包括在内，但不排除未具体提到的项。带有不定冠词“一”的部件并不排除可以存在一个以上的这种部件，除非上下文中明显地要求有且只有一个元件。
已经参考一个或多个实施例对本发明作了介绍。然而，本领域的技术人员应当知道在不脱离所附权利要求确定的本发明精神和范围情况下可以作出各种修改。
文中参考引用了所有提到的专利文献。

Claims (31)

1.一种组合杆的形成方法，包括以下步骤：
提供两个或两个以上的空心锥形杆组件，所述各组件具有第一开口端和相对的第二开口端，所述第二端的横截面积小于所述第一端的横截面积；和
通过使所述第一组件的第二端与所述第二组件的第一端配合，可将所述两个或两个以上的组件连接起来，形成具有选定长度的细长组合杆结构；
其中，所述第一和第二组件可以具有不同的结构特性，因此通过选择性地将具有不同结构特性的组件组合起来，能够形成具有所要求结构特性的杆件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同的结构特性包括抗弯强度、抗压强度、抗失稳性、抗剪强度、外壳耐用性及其特性组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一组件的内部尺寸大于所述第二组件的外部尺寸，因此在提供组件步骤，所述第二组件的至少一部分可以嵌套在所述第一组件内。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一组件的抗压强度大于所述第二组件的抗压强度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在提供组件步骤，所述两个或两个以上的锥形杆组件的横截面是管状的。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在连接步骤之后，还有将盖帽设置在细长组合杆结构的一端或两端的步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述细长组合杆结构是具有底部组件、末端组件和其间的一个或多个组件的竖直结构，所述底部组件的第一端靠近某表面，所述方法还包括将支承件布置在所述底部组件的第一端，以支承所述细长组合杆结构的重量并分配重量到所述表面。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述支承件具有通孔。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个或两个以上的空心锥形杆组件包括复合材料。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两个或两个以上的空心锥形杆组件由纤维缠绕聚亚安酯复合材料制成。
11.一种根据权利要求1所述方法形成的组合杆装置。
12.一种细长的组合杆结构件，包括配合的空心锥形组件，其中，所述各组件具有第一端和相对的第二端，所述第二端的横截面小于所述第一端的横截面，所述第一组件的第二端可与所述第二组件的第一端配合，所述第一和第二组件具有不同的结构特性。
13.根据权利要求12所述的装配式组合杆结构件，其特征在于，所述不同的结构特性包括抗弯强度、抗压强度、抗失稳性、抗剪强度、外壳耐用性及其特性组合。
14.根据权利要求12所述的装配式组合杆结构件，其特征在于，包括布置在所述伸长的组合杆结构件一端或两端的盖帽。
15.根据权利要求12所述的装配式组合杆结构件，其特征在于，所述伸长的组合杆结构件是具有底部组件、末端组件和其间的一个或多个组件的竖直结构，所述底部组件的第一端靠近某表面，支承件设置在所述底部组件的第一端，支承所述细长组合杆结构件的重量，并分配重量到所述表面。
16.根据权利要求15所述的装配式组合杆结构件，其特征在于，所述支承件具有通孔。
17.根据权利要求12所述的装配式组合杆结构件，其特征在于，所述第一和第二组件由复合材料制成。
18.根据权利要求17所述的装配式组合杆结构件，其特征在于，所述复合材料包括纤维缠绕聚亚安酯复合材料。
19.根据权利要求12所述的装配式组合杆结构件，其特征在于，所述第一和第二组件是管状的。
20.一种成套装置，至少包括形成细长组合杆结构件的第一和第二空心锥形组件，各组件具有第一端和相对的第二端，所述第二端的横截面小于所述第一端的横截面，其中，所述第一组件的第二端能与所述第二组件的第一端配合，所述第一组件的内部尺寸大于所述第二组件的外部尺寸，因此所述第二组件的至少一部分能嵌套在所述第一组件内。
21.根据权利要求20所述的成套装置，其特征在于，所述第一和第二组件具有不同的结构特性，所述不同的结构特性包括抗弯强度、抗压强度、抗失稳性、抗剪强度、外壳耐用性及其特性组合。
22.根据权利要求20所述的成套装置，其特征在于，所述第一组件的抗压强度大于所述第二组件的抗压强度。
23.根据权利要求20所述的成套装置，其特征在于，所述第一和第二组件是管状的。
24.根据权利要求20所述的成套装置，其特征在于，包括能与所述第一或第二组件的第一或第二端相配合的盖帽。
25.根据权利要求20所述的成套装置，其特征在于，包括能与所述第一组件的所述第一端配合的支承件。
26.根据权利要求25所述的成套装置，其特征在于，所述支承件具有通孔。
27.根据权利要求20所述的成套装置，其特征在于，所述第一和第二组件由复合材料制成。
28.根据权利要求27所述的成套装置，其特征在于，所述复合材料包括纤维缠绕聚亚安酯复合材料。
29.一种形成细长组合杆结构件的空心锥形组件，所述组件由复合材料制成，并具有第一端和相对的第二端，所述第二端的横截面小于所述第一端的横截面。
30.根据权利要求29所述的空心锥形组件，其特征在于，所述复合材料包括纤维缠绕聚亚安酯复合材料。
31.一种装配细长组合杆结构件的系统，所述系统包括纤维增强复合材料制造的空心锥形管状杆组件，所述组件具有开口底端和相对较窄的顶端，通过使上一个组件的底端与下一个组件的顶端配合，可将所述组件连接起来，形成具有选定高度的竖直结构，一部分所述组件具有与抗弯强度、抗压强度或抗剪强度其中至少一项相关的特性，因此通过选择性地将具有不同特性的组件组合起来，能够形成具有要求的抗弯强度、抗压强度和抗剪强度等特性的杆件。
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