CN208564133U - 一种减小复合材料电杆挠度的加固装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，包括：外包粘贴的纤维布和电杆；所述纤维布粘贴在所述电杆上，且从所述电杆底部开始沿所述电杆轴向的纤维布高度为所述电杆地面以上高度的0.6至0.8倍。本实用新型通过将高度为电杆地面以上高度的0.6至0.8倍的纤维布粘贴在电杆上，能够达到将杆顶的挠度减少27％左右的效果，减小了复合材料电杆挠度，在节省纤维布用料的同时能够最大化地减少电杆挠度，实现了纤维布的精确布置。

Description

一种减小复合材料电杆挠度的加固装置

技术领域

本实用新型涉及电杆领域，尤其涉及一种减小复合材料电杆挠度的加固装置。

背景技术

作为国家大型复杂生命线系统重要组成部分的电力输运系统，其能否安全运营直接影响国家的生产建设和人民的基本生活需求。由于电网系统的点发散和复杂的网络关联性，使得电网事故影响极大，后果特别严重。特别是对于配网输电线路，由于施工和杆塔质量及其所处环境等因素的复杂性，在台风期间经常出现大范围的断杆破坏，针对这一问题，一种高强度的复合材料电杆开始被配网线路所应用，其相对普通的混凝土电杆具有强度高、韧性好以及质量轻等显著优点，可以提高配网线路的抗风能力，同时也可以加快抢修速度。

但这类电杆所使用的纤维类材料具有的最大缺陷是弹性模量偏低，比混凝土和钢材的弹性模量要偏低60％～90％，另外为了减轻质量，其一般做成薄壁空心构造，这就使得这类复合材料电杆的梢部挠度极大，在和混凝土同样的水平荷载下，梢部挠度可达到同样尺寸的混凝土和钢管杆的10多倍，这会极大的影响线路的安全性，造成线路跳闸和一些触电事故发生，因此必须采用一定的方法降低其挠度。

实用新型内容

本实用新型公开了一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，用于减小复合材料电杆挠度。

本实用新型提供的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，包括：外包粘贴的纤维布和电杆；

所述纤维布粘贴在所述电杆上，且从所述电杆底部开始沿所述电杆轴向的纤维布高度为所述电杆地面以上高度的0.6至0.8倍。

优选地，当所述电杆为单向受力的电杆时，沿所述电杆径向的纤维布宽度为所述电杆外表宽度的30％。

优选地，所述纤维布在所述电杆的受拉侧布置。

优选地，当所述电杆为各向受力的电杆时，所述纤维布在所述电杆上满布。

优选地，所述纤维布的厚度为5mm。

优选地，所述纤维布在所述电杆上无初张力地对称布置。

优选地，所述纤维布在所述电杆上满布或按照预设间隔宽度离散布置。

优选地，所述纤维布与所述电杆之间用强度结构胶进行粘贴。

优选地，所述电杆具体为复合材料电杆。

优选地，所述纤维布具体为碳纤维布。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型提供的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，包括：外包粘贴的纤维布和电杆；所述纤维布粘贴在所述电杆上，且从所述电杆底部开始沿所述电杆轴向的纤维布高度为所述电杆地面以上高度的0.6至0.8倍。本实用新型通过将高度为电杆地面以上高度的0.6至0.8倍的纤维布粘贴在电杆上，能够达到将杆顶的挠度减少27％左右的效果，减小了复合材料电杆挠度，在节省纤维布用料的同时能够最大化地减少电杆挠度，实现了纤维布的精确布置。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例中提供的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置中说明纤维布高度布置的示意图；

图3为本实用新型实施例中提供的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置中说明纤维布高度与挠度关系的示意图；

图4为本实用新型实施例中提供的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置中说明纤维布宽度布置的示意图；

图5为本实用新型实施例中提供的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置中说明纤维布宽度与挠度关系的示意图；

图6为本实用新型实施例中提供的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置中说明纤维布厚度与挠度关系的示意图；

图7为本实用新型实施例中提供的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置中说明纤维布单侧初张力与挠度关系的示意图；

图8为本实用新型实施例中提供的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置中说明纤维布对称初张力与挠度的示意图；

其中，附图标记为：

1、电杆；2、纤维布；3、布置方式示意；4、满布方式；5、离散方式。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，用于减小复合材料电杆挠度。

请参阅图1，本实用新型提供的一种减小复合材料电杆1挠度的加固装置，包括：外包粘贴的纤维布2和电杆1；

纤维布2粘贴在电杆1上，且从电杆1底部开始沿电杆1轴向的纤维布2高度为电杆1地面以上高度的0.6至0.8倍。

本实用新型通过将高度为电杆1地面以上高度的0.6至0.8倍的纤维布2粘贴在电杆1上，能够达到将杆顶的挠度减少27％左右的效果，减小了复合材料电杆1挠度，在节省纤维布2用料的同时能够最大化地减少电杆1挠度，实现了纤维布2的精确布置。

以下将说明从电杆1底部开始沿电杆1轴向的纤维布2高度为电杆1地面以上高度的0.6至0.8倍的原理：

为单独对比纤维不同布置高度对端部挠度减小的影响，其余结构参数和加载条件均保持一致。这里所指的布设高度仅是针对沿电杆1高度方向纤维布2设长度变化，其中布置长度由电杆1地面以上底部正梢部延伸。

图2给出了不同布置高度(高度延伸长度)电杆1梢部挠度示意图(纤维在受拉侧布置，初应力为0，纤维壁厚1.5mm，布置宽度为22.5％电杆1圆周长)。通过图3的计算结果可知，随着布设高度的增加，电杆1梢部挠度有明显的减小。值得注意的是，在底部往上延伸的过程中，底部的挠度减小速率呈现线性规律，而在延伸至埋置于地面以上杆长的0.6～0.8倍高度以后，速率出现转折并相对减缓，表明底部的布设相对梢部附近的布设效果要好。根据图3可以看出，在纤维布2高度为电杆1地面以上高度的0.6至0.8倍时，能够将杆顶的挠度减少27％左右，达到了意想不到的效果。纤维粘贴高度大于电杆1地面以上高度的0.6～0.8倍以后，由于上部应变较小，使得纤维的变形不明显，从而使得其弹性模量大的优势无法发挥，以致效果骤减，故此高度至杆底部为优化的布置高度。

进一步地，当电杆1为单向受力的电杆1时，沿电杆1径向的纤维布2宽度为电杆1外表宽度的30％。

电杆1外表宽度是指电杆1的外表面周长。

进一步地，纤维布2在电杆1的受拉侧布置。

进一步地，当电杆1为各向受力的电杆1时，纤维布2在电杆1上满布。

以下将说明当电杆1为单向受力的电杆1时，沿电杆1径向的纤维布2宽度为电杆1外表宽度的30％的原理：

本实用新型针对纤维布2设宽度变化引起的梢部挠度改变进行了对比，其余参数在计算时保持一致。这里所指的布设宽度仅是针对沿电杆1横向宽度方向纤维布2设宽度变化，其中布置宽度由电杆1受拉正中向两边逐渐加宽或减小，高度方向仍是沿电杆1全长布置，图4给出了纤维布2置宽度变小示意图(纤维在受拉侧布置，初应力为0，沿高度全长布置)。另外考虑到纤维布2的受压能力很弱，这里的计算均没有考虑受压侧布置宽度对挠度的影响。

图4给出了电杆1梢部挠度随纤维布2质宽度的变化(纤维在受拉侧布置，初应力为0，沿高度全长布置，厚度1.5mm)，其中纵坐标中表示的宽度表示为计算宽度占据电杆1外表宽度的百分比。由图5可知：当纤维的布置宽度由受拉正中向两边逐渐增加的过程中，梢部挠度会有所减小，标明布置宽度越宽，对挠度的减小效果越好。但值得注意的是，随着布置宽度从受拉正中向两侧发展，其对挠度减小的效果并不是呈线性变化，靠近边缘布置的纤维布2对挠度减小的效果明显不如布置在受拉中轴线上的纤维布2好。当纤维布2置宽度为电杆1表宽度的20％时，梢部挠度减小率为26.5％，而当向边缘延伸宽度至电杆1宽度的50％时，梢部挠度减小率为30.8％，宽度增加了30％，而挠度的减小率仅增长了4.3％。表明对挠度减小效果最好的布置宽度在受拉中轴线附近，离中轴线越远，布置得纤维布2对挠度减小的效果越弱。纤维宽度从受拉中轴线往外延伸至横截面周长的30％以后，加固效果急剧衰减，故对于单向受力的电杆1，可优化布置为此宽度，但对于各向受力的电杆1则需沿横截面满布。

进一步地，纤维布2的厚度为5mm。

以下将说明纤维布2的厚度为5mm的原理：

为单独对比不同纤维布2设厚度对端部挠度减小的影响，其余结构参数和加载条件均保持一致，图6给出了纤维不同厚度时的电杆1梢部挠度对比(纤维在受拉侧布置，初应力为0，沿高度全长布置，布置宽度为22.5％电杆1表宽度)。由图6可知，随着粘贴纤维厚度的加大，梢部挠度会有所减小，当受拉侧纤维布2厚度20mm时，梢部挠度相比不粘贴纤维时要减小55.5％左右。值得注意的是，挠度的减小并不会随着纤维壁厚的增加线性减小，而是呈现先明显减小，后减小急速变缓的趋势。当壁厚从0到4.5mm时，梢部挠度减小了46.9％左右，而当其增至20mm时，挠度减小55.5％左右，相比4.5mm壁厚时仅减小了8.5％。这是因为当纤维壁太厚时，外层纤维的约束作用会渐趋减弱导致的。纤维厚度大于5mm后，其对挠度的减小速率大幅减小，因此此厚度可以作为优化厚度。

进一步地，纤维布2在电杆1上无初张力地对称布置。

无初张力地布置，指的是没有任何造成初张力的其他结构，该纤维布2的设置情况也不会造成初张力。

以下将说明纤维布2在电杆1上无初张力地对称布置的原理：

为单独对比不同纤维初始张拉应力对端部挠度减小的影响，其余结构参数和加载条件均保持一致，图7给出了受拉侧单向粘贴碳纤维布2时不同初张力电杆1梢部挠度的对比(纤维壁厚1mm，沿杆全长布置，布置宽度为22.5％电杆1表宽度)，由图7可知，只要粘贴了碳纤维布2，挠度会明显减小(减小量21％)，而且随着预张力的增加杆顶挠度线性减小，预张力为极限张拉力的30％时，减小量35％。结果表明在受拉侧单向布置时，纤维布2的预张力会很好的减小电杆1挠度、提高承载能力。另外计算还表明初始张拉力会带来反向挠度，预张力为极限张拉力的30％时，反向挠度为29cm左右，为杆地面以上长度的2.9％。

实际电杆1的受力方向是不确定的，纤维需关于电杆1横截面对称布置，电杆1受拉和受压两侧对称张拉力。图8给出了纤维对称施加不同预张力时的电杆1梢部挠度对比(其它条件与图7计算工况一致)。从图8可以得知：粘贴纤维布2后，即使不施加初张力，其梢部挠度相比不粘贴纤维布2时要减小33.3％左右。而随着施加给纤维初张力的加大，电杆1梢部挠度反而有极小的增大，即使张力达到纤维极限张拉应力的30％，挠度相比不加预张力时的增大值也仅为2.26％左右，几乎可以忽略不计，增大原因与电杆1受压侧发生变形后，纤维布2初张力转换为下拽力有关。由此可知关于电杆1横截面对纤维布2对称施加初张拉应力时，其对减小电杆1挠度几乎没有效果。

进一步地，纤维布2在电杆1上满布或按照预设间隔宽度离散布置。

请参阅图1，图1中4为满布的状态(即满布方式4)，可以看出，满布指的是纤维布2整个布满电杆1圆周，图1中5为按照预设间隔宽度离散布置(即离散方式5)，突出的地方表示纤维布2，总共有6块纤维布2，他们的间隔相同。

需要说明的是，图1中，1-被加固复合材料电杆；2-沿纵向受拉包覆的加固用高弹性模量纤维材料(可为碳纤维等其它高弹性模量纤维材料)；3-纤维的横向布置方式(各项受力时需采用满整个周长的满布方式4，对于单向或多向受力杆也可以采用离散的布置方式5)，纤维的布置厚度、宽度和高度按照前述的优化布置方案实施。另外在纤维和复合材料电杆之间用强度结构胶进行粘贴，以保证外层加固用纤维和内层复合材料电杆之间不发生相对滑移。

若对于纤维使用总量等有额定要求，采用本实用新型的结构可以提高应用效率。

进一步地，纤维布2与电杆1之间用强度结构胶进行粘贴。

在纤维布2和复合材料电杆1之间用强度结构胶进行粘贴，以保证外层加固用纤维和内层复合材料电杆1之间不发生相对滑移。

进一步地，电杆1具体为复合材料电杆1。

进一步地，纤维布2具体为碳纤维布2。也可以是其他高弹性模量的纤维材料做成的布，但碳纤维具有最好的效果。

需要说明的是，若结合本实用新型所有减少复合材料电杆1挠度的装置特点，即：虽然受拉侧单侧布置时，纤维施加初张力对降低杆顶挠度具有较好的效果，但实际绝大多数杆塔都可能受各个方向的作用力而变形，因此对于实际对称布置的纤维加固方式，施加预张力对电杆1挠度减小效果并不明显，甚至还有略微增大，因此实际加固时不应施加初张力；纤维厚度大于5mm后，其对挠度的减小速率大幅减小，因此此厚度可以作为优化厚度；纤维宽度从受拉中轴线往外延伸至横截面周长的30％以后，加固效果急剧衰减，故对于单向受力的电杆1，可优化布置为此宽度，但对于各向受力的电杆1则需沿横截面满布；纤维粘贴高度大于电杆1地面以上高度的0.6～0.8倍以后，由于上部应变较小，使得纤维的变形不明显，从而使得其弹性模量大的优势无法发挥，以致效果骤减，故此高度至杆底部为优化的布置高度。对于本实用新型的实施例，按照此方式布置的纤维材料进行加固可使杆顶的挠度减小45％左右。值得注意的是对于其它类似结构，由于变形的位置有所区别，上述参数会有变化，但仍属于此专利思路。

以上对本实用新型所提供的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，其特征在于，包括：外包粘贴的纤维布和电杆；

所述纤维布粘贴在所述电杆上，且从所述电杆底部开始沿所述电杆轴向的纤维布高度为所述电杆地面以上高度的0.6至0.8倍。

2.根据权利要求1所述的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，其特征在于，当所述电杆为单向受力的电杆时，沿所述电杆径向的纤维布宽度为所述电杆外表宽度的30％。

3.根据权利要求2所述的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，其特征在于，所述纤维布在所述电杆的受拉侧布置。

4.根据权利要求1所述的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，其特征在于，当所述电杆为各向受力的电杆时，所述纤维布在所述电杆上满布。

5.根据权利要求1所述的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，其特征在于，所述纤维布的厚度为5mm。

6.根据权利要求1所述的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，其特征在于，所述纤维布在所述电杆上无初张力地对称布置。

7.根据权利要求1所述的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，其特征在于，所述纤维布在所述电杆上满布或按照预设间隔宽度离散布置。

8.根据权利要求1所述的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，其特征在于，所述纤维布与所述电杆之间用强度结构胶进行粘贴。

9.根据权利要求1所述的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，其特征在于，所述电杆具体为复合材料电杆。

10.根据权利要求1所述的一种减小复合材料电杆挠度的加固装置，其特征在于，所述纤维布具体为碳纤维布。