中波塔高強瓷絕緣柱腳性能研究

【摘 要】隨著我國廣播事業(yè)的發(fā)展，廣播技術(shù)越來越先進，中波發(fā)射技術(shù)是我國目前所使用的主要方式，為我國廣播信號的傳播提供了基礎(chǔ)。中波塔各個部件的性能對于中波塔整體的工作效率具有重要影響，隨著廣播事業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的中波塔柱腳的性能已經(jīng)暴露出很多弊端，本文從中波塔塔體柱腳的弊端出發(fā)，對新型的高強瓷絕緣柱腳的性能展開研究，并對高強瓷絕緣柱腳的研究方向進行探討，旨在為我國廣播事業(yè)的發(fā)展提供理論幫助。

【關(guān)鍵詞】中波塔 高強瓷絕緣柱腳 性能 研究方向

自新中國建立以來，我國的廣播事業(yè)在穩(wěn)定的社會環(huán)境中不斷發(fā)展，尤其是改革開放以來，我國經(jīng)濟的發(fā)展速度不斷變化，社會水平不斷提高，人們對于生活質(zhì)量的要求也在不斷提高，這些因素都為我國廣播事業(yè)的進一步發(fā)展和進步提供了機遇和有利的條件支持。中波塔作為廣播信號發(fā)射的重要工具，其性能與柱腳的性能緊密相連，我國目前的中波塔柱腳的性能較為落后，存在諸多弊端，影響著廣播信號的質(zhì)量和效率，而新型高強瓷絕緣柱腳的出現(xiàn)大大提高了柱腳的性能，從多個方面為中波塔的運行提供了保障，因此，本文對新型高強瓷絕緣柱腳的性能進行研究具有重要意義。

1 傳統(tǒng)中波塔柱腳的弊端

中波塔的塔體下部必須具備絕緣子，絕緣子的主要材料為高強陶瓷，并且具備較高的抗壓和抗拉力。但是，就目前而言，我國傳統(tǒng)的中波塔的塔底具有以下弊端：（1）在抗壓能力方面較強，但是對于抗拉、抗彎的性能不高，危險性較高；（2）一旦中波塔的塔底出現(xiàn)故障，維修的費用較多，經(jīng)濟效益較低。因此，必須對傳統(tǒng)的塔底進行改進，采用新型的材料來提高柱腳的性能。本文所研究的是AFRP筋和圓筒形絕緣子[1]。

2 新型高強瓷絕緣柱腳的特征和組成部分

與傳統(tǒng)的中波塔的塔體相比，新型高強瓷絕緣柱腳具有諸多優(yōu)勢，其組成主要包含兩個部分，分別為圓筒形的瓷絕緣體以及非金屬的預(yù)應(yīng)力筋。這兩種材料在強度和損耗方面都占據(jù)著很大的優(yōu)勢，使得中波塔天線的性能大大提高。圓筒形的絕緣體具有高強瓷的特點，且自身的強度較高、電阻率和抗電的強度都較高，而損耗卻較小，這種陶瓷絕緣體的經(jīng)濟性較高，使用效果好；高強瓷絕緣柱腳所使用的非金屬預(yù)應(yīng)力筋的種類是聚酯筋，性能較高。

在進行高強瓷絕緣柱腳的安裝操作時，需要使用具有孔洞的圓筒形絕緣子、與塔柱相連的加壓板、具備過渡階段的瓷的絕緣底板，并用加壓板和絕緣底板將圓筒形絕緣子加在中間，并找準(zhǔn)孔洞，對準(zhǔn)其中心；第二步操作需要使用具有雙頭的螺栓，并將雙頭的螺栓也放在加壓板和絕緣底板之間，使其緊靠圓筒形絕緣子；第三步操作需要使用具有高強度的AFRP筋，將其插入到具有高強瓷特點的絕緣體的孔中，并促使加壓板從上部套入；第四步的操作是對高強度的AFRP筋進行張拉操作，在張拉完畢后，將AFRP筋固定住。若需要對原有的高強瓷絕緣柱腳進行更換操作，需要使用的臨時螺栓，螺栓的類型為4M42，同樣需要進行張拉操作，使得AFRP筋的松弛度能夠達到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，之后進行AFRP筋的拆除操作，并將瓷體同時拆除，將新的瓷體與AFRP筋按照安裝施工的方法進行安裝，對新的AFRP筋進行張拉操作并將其固定，將安裝過程中使用的臨時螺栓拆卸掉。

3 新型高強瓷絕緣柱腳的性能研究

為了加強中波塔的整體性能，提高信號傳播的質(zhì)量和效率，本文對新型高強瓷絕緣柱腳進行性能研究試驗，高強瓷絕緣柱腳的組成部分包含圓筒形絕緣子以及非金屬預(yù)應(yīng)力筋兩個部分，因此，此實驗的開展主要從兩個方面來進行，分別為新型非金屬預(yù)應(yīng)力筋A(yù)FRP筋錨固的具體方法和絕緣柱腳的抗彎的性能。

3.1 基于AFRP筋錨固方法的研究試驗

一般情況下，大部分的非金屬預(yù)應(yīng)力筋A(yù)FRP筋都可以進行張拉操作，且該材料在張拉之后能夠為安裝和拆卸施工提供方便，對設(shè)備的整體性能具有重要意義。就目前而言，我國內(nèi)部以及國際上對于該新型的非金屬預(yù)應(yīng)力筋的張拉試驗還不夠成熟，整個試驗的體系還不夠完善，對此，本文從該非金屬預(yù)應(yīng)力筋的特性出發(fā)，在已有的實驗經(jīng)驗的基礎(chǔ)之上，對傳統(tǒng)的試驗方法進行改進，設(shè)計一種新型的實驗方法和流程，這種新型的試驗方法需要進行加銷軸型張拉操作并要對鋼套管進行加膠處理。在以上操作的基礎(chǔ)之上，對與張拉力的大小進行控制，將其加大到272KN，使得筋材發(fā)生滑移反應(yīng)。進行試驗之后，根據(jù)實驗的結(jié)果，能夠得到相關(guān)的結(jié)論如下：

（1）以上新的設(shè)計方法在成本和實驗的復(fù)雜程度方面具有很大的優(yōu)勢，能夠有效降低操作的費用，安裝的過程較為簡便，操作性較強，但是生產(chǎn)過程的技術(shù)性較高，要求生產(chǎn)人員的專業(yè)技能能夠達到較高的水平；（2）該試驗方法進行張拉的最大力為272KN，不可超過該數(shù)字；（3）該技術(shù)和操作的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的可調(diào)節(jié)性較強，能夠根據(jù)操作的實際情況對預(yù)張拉力作出一定的調(diào)整。

3.2 對高強瓷絕緣柱腳的抗彎試驗研究

在中波塔高強瓷絕緣柱腳的實際施工中，柱腳受到多種類型的作用力，在拉力、剪力和壓力、剪力的復(fù)合作用下，絕緣柱腳極易出現(xiàn)受力彎曲的現(xiàn)象[2]。本文以高度為76m、風(fēng)壓為0.45 kN/m2的中波塔柱腳作為具體的實例，進行具體的受力分析，在一般情況下，中波塔的塔底受到的拉力為625KN，受到的壓力和剪力分別為730KN和30KN。為了提高試驗的操作性，我們將中波塔塔底的柱腳橫放，將中波塔的反力架與柱腳的兩端進行鉸接處理，作為模擬的簡易支架。在進行試驗時，對跨中進行施加壓力，通過增加跨中的載荷來對柱腳進行試壓。此過程中施加的載荷需要相對集中，并將載荷的大小設(shè)置成剪力的2倍左右，施加載荷之后，力具有傳遞的原理，圓筒形絕緣子的兩個側(cè)面也受到了一定大小的力的作用，并且力的大小與所受的剪力相等。進行以上操作之后，絕緣子整體受力彎曲，觀察其具體的變化情況，并做好相關(guān)的記錄[3]。以圓筒形絕緣子的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，從豎向?qū)ζ溥M行加載，并且加載的力與設(shè)計的載荷相等，觀察絕緣子的變化情況并做好相關(guān)的記錄工作。在此試驗中，需要使用專門加工制作的鋼管套加膠和加銷軸的AFRP筋。在之前的試驗過程中，絕緣子的受力抗壓情況已經(jīng)基本明確，1800KN以下的壓力無法對陶瓷產(chǎn)生破壞。在豎向施加載荷的過程中，需要在反力架的頂部加設(shè)一個千斤頂，并根據(jù)實際情況確定千斤頂?shù)囊?guī)格，本試驗采用的是50t的千斤頂。在陶瓷絕緣子的幾個側(cè)面以及上下面的中心設(shè)置單向的應(yīng)變片來測量A1、A2、A3者三個應(yīng)力點具體的應(yīng)變大小[4]。

在對AFRP筋進行張拉操作時，需要對稱和分級進行試驗，目的是避免AFRP筋的不均勻受力而導(dǎo)致的試驗結(jié)果的不準(zhǔn)確。在實際的試驗過程中，對AFRP筋的張拉力大約為230KN，對于柱腳施加的壓力大約為625KN，由于該試驗的試驗設(shè)備的先進性有限，試驗的精度有待提高，需要考慮到試驗過程中產(chǎn)生的誤差，主要針對外部的拉力對實驗結(jié)果產(chǎn)生的影響，對實際的預(yù)壓緊力進行考慮，在本次的試驗中，每一根的AFRP筋需要施加的預(yù)拉力大小為：

P = [（F張拉×4-Nt）/ 4]/0.8 =[（230×4- 625）/4]/0.8 = 91KN

針對每根AFRP筋所受到的預(yù)拉力的大小以及各個載荷點的大小和應(yīng)變的情況，得到以下統(tǒng)計圖，如圖1所示。

圖1 各點的載荷和應(yīng)變關(guān)系圖

從以上圖中我們可以看出，試驗中的新型高強瓷絕緣柱腳滿足平截面的假定原則，主要受到相關(guān)的力的作用，鋼板與中間的絕緣瓷體始終緊密相連，陶瓷受到相關(guān)的壓力作用時，對立的面的受力類型為拉力，而絕緣子的側(cè)面的位置與中性軸的位置具有一致性，因此，所受到的應(yīng)力的大小始終是0KN[5]。以上的圖表中所反映出來的陶瓷應(yīng)變力的類型為相對應(yīng)變，每根的AFRP筋材上施加的力的大小為91KN，當(dāng)陶瓷的相對的應(yīng)變力為0時，所受到的壓力應(yīng)變大小為：

ε=F/AE=（95×4×103×106）/（159592×4.5×104）=53με

將兩個應(yīng)變值加在一起，我們能夠得到一下結(jié)論，新型高強瓷柱腳始終受到壓力的作用，因此，必須采用某種新型的材料來抵消拉應(yīng)力，本文建議使用的新型材料為AFRP筋，通過對該AFRP筋施加預(yù)應(yīng)力之后，壓緊陶瓷，來達到目的。

4 高強瓷絕緣柱腳性能研究的方向

本文通過對新型高強瓷絕緣柱腳采取錨固方法研究和抗彎性能的試驗，證明了新型高強瓷所使用的AFRP筋和圓筒形高強瓷絕緣子這兩種材料能夠有效增強柱腳的性能，發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢，該優(yōu)勢主要表現(xiàn)為在受到壓力的狀態(tài)下，陶瓷具有一定的抵抗力；在受到拉力的狀態(tài)下，對AFRP筋施加預(yù)應(yīng)力來得到抵抗拉力的目的[6]。

從表面上看，本文的研究已經(jīng)取得了一定的成果，對于新型高強瓷絕緣柱腳的性能研究較為深入，提出了新的想法和新的試驗方法，為中波塔的絕緣高強瓷柱腳性能的提高具有重大幫助，但是，從某種意義上說，該研究達到的效果還遠遠不夠，在取得了一定的成功的同時，還面臨著依舊嚴(yán)峻的形式，對于新型高強瓷絕緣柱腳的研究任重而道遠，依舊需要進行更深入的研究和試驗才能夠適應(yīng)中波塔發(fā)展和改進的需求，因此，筆者建議以后繼續(xù)對此方面展開研究，具體的研究方向主要有以下幾個方面：

（1）在對新型高強瓷絕緣柱腳進行研究的過程中，需要以實際的工程為例子，根據(jù)工程的實際情況來適當(dāng)調(diào)整試驗的參數(shù)，結(jié)合實際進行研究的效果更佳明顯，可靠性和實用性都能夠得到很大提高，尤其是在預(yù)應(yīng)力的方面，根據(jù)筋材的實際情況，對單筋材的預(yù)拉力進行適當(dāng)調(diào)整再進行試驗，并在此方面對于柱腳材料提出更高的要求。（2）目前的陶瓷絕緣子的尺寸和大小依舊偏大，對于中波塔柱腳的性能具有不利的影響，在實際的試驗當(dāng)中，應(yīng)該以中波塔的工作情況為基礎(chǔ)，對絕緣子的實際受力情況進行具體的分析，并對絕緣子的大小進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，一般情況下，我們需要適當(dāng)縮小絕緣子的尺寸來提高中波塔的性能[7]。（3）AFPR預(yù)應(yīng)力筋的張拉操作是試驗中的重要部分，張拉的程度對中波塔的性能具有重要的影響，AFRP的松弛情況也影響著中波塔絕緣柱腳的安裝和拆卸過程，安裝時，控制其松弛度能夠為安裝效果提供保障，拆卸時，控制其松弛度能夠為拆卸過程提供方便，因此，在以后的研究過程中，需要加強對于AFRP筋的重視程度，對AFRP筋的張拉力進行深入的研究，并對該AFRP的蠕變影響進行進一步的探究，提高中波塔柱腳的性能。

5 結(jié)語

總之，我國經(jīng)濟和社會的發(fā)展為我國廣播事業(yè)的發(fā)展提供了諸多機遇，創(chuàng)造了有利的條件，中波塔是廣播信號傳播的重要工具，其性能受到柱腳性能的影響，新型高強瓷絕緣柱腳在硬度、抗拉力等方面具有很大的優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)柱腳的弊端，本文通過試驗對其性能進行詳細的研究，已經(jīng)證明AFRP筋和圓筒形絕緣子能夠大大提供柱腳的性能。但是目前的研究依然有待深入，在以后的研究中，需要明確研究方向，加深研究的深度，才能改善柱腳的性能。

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作者簡介：劉瑩（1983—），女，陜西咸陽人，本科，畢業(yè)于中央廣播電視大學(xué)，工程師，現(xiàn)就職于國家新聞出版廣電總局九五三臺，研究方向：廣播發(fā)射。