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剖析玻璃钢灯杆的未来

发布时间:2021-03-23 点击次数:151

  着照明技术的发展,城市室外照明也发生了巨大的变化,寻求新材料、玻璃钢灯杆新产品成为必然趋势  摘 要:早年使用木杆为主要的灯杆材料来源,但因木材很难有一致的尺寸与均匀性能,且使用在风雨日晒的户外,加上虫蚁的侵害,木杆的耐用年限也相当有限,采用钢筋水泥来制作灯杆(俗称砼杆),提高了灯杆寿命,是灯杆史上的一大进步,但先天不足的外形使其辉煌了三十年后被钢杆代替。本文主要介绍玻璃钢(FRP)路灯杆的应用前景。

  关键词:玻璃钢灯杆 优异特性 应用优势

  路灯灯杆材料,最早是用从大自然中取之的木材,而后发展到混凝土、金属,现在FRP(玻璃钢)复合材料已经崭露头角。

  而后由于炼铁工业的发达,钢材原料取得容易且加工也较方便,因而被大量的运用于灯杆上。初期的路灯钢杆大量是等径的,用等直径的无缝钢管制成,而后有锥形路灯钢杆,采用不同上下边长、1米等高的梯形钢板卷制成一个个不同直径锥形,在经过横向焊接成需要高度的灯杆。这样的灯杆既有纵向焊缝,又有横向焊缝,既不美观加工又复杂,还存在安全隐患。大功率压机应用于灯杆制造,使得路灯钢杆能一次成型,成型的路灯钢杆本体只有纵向一条焊缝,加工既简单,外形又美观,还不存在安全隐患。钢杆的防锈处理是必不可少的重要步骤,除了热浸锌,还加喷塑以保护锌层并使其更加美观。由于钢杆重量仍然相当大,也有一些灯杆采用较轻的铝合金替代。虽然铝合金灯杆重量较轻,但铝合金原料价格比钢贵且生产设备投资高等障碍,因此铝合金灯杆并未如钢灯杆一般被广泛的采用。

  由于科技进步和材料工业的飞速发展,复合材料在欧、美发展异常迅速,近二、三十年来FRP(玻璃钢)已被运用到灯杆生产之材料。由于玻璃钢具有与钢一般的拉伸强度,密度却只有钢铁的四分之一,且具备了耐候、不生锈的特性,因此更具有适合的条件制造路灯灯杆。FRP灯杆现已广泛的被欧、美国家使用在道路、特殊区域如海边、工业区以及环境恶劣之区域,并且因而建立了相当完善的产品规范。近年来,国内一些城市的少量路段也开始逐步采用FRP灯杆。

玻璃钢灯杆

  一、复合材料FRP(玻璃钢)之背景

  复合材料之发展为近一世纪以来从欧美展开,将两种以上的材料结合成为复合材料。最佳的方法是将补强材与基材结合而成的复合材料,比原先单一材料更佳的物理特性。其中以玻璃纤维为补强材,树脂为基材结合而成的热固性材料是被发现最成功的复合材料之一,称之FRP(Fiber Reinforced Plastic),由于其材料特性相当优良几乎与钢材相似,故又俗称玻璃钢。

  FRP材料问世以来发展到现在,利用其材料极高的强度与物理特性,已经被广泛地使用在航天、船舶、运动器材、医疗器材、风力发电、结构性产品与极多极广的领域。欧、美也自50~60年代开始采用FRP来生产灯杆,并且广泛地使用在道路照明的灯杆、通信线路与电力线路传输的配线杆。由于FRP材料特性具有与钢铁一样的强度,可依照组合两种材料的不同比例、玻璃纤维之不同排列方式与各样的加工方法得到所需要之特性,因此对于FRP灯杆比其它材质有更大的设计容许度。目前已发展出来且在广为使用的FRP灯杆具有以下之优异的特性。

  二、优异的机械特性

  根据材料强度之比较,FRP之材料特性与钢铁并无太大差别,FRP灯杆具有极强的机械特性,以欧、美使用FRP灯杆已50年的经验来看,FRP材质灯杆强度的适用性已得到证实,随不同之强度设计可抗极强的风力。FPR玻璃钢材料的机械特性与压铸铝、低碳钢、不锈钢的机械特性比较见下表。

性能对比表

       三、非导电性

  FRP的非导电性,使得FRP灯杆较之金属制的灯杆更能有效地减低雷击的机率。尤其在空旷地区道路旁的灯杆是突出的放电目标,特别是金属灯杆较易受到雷击损害。

  另外FRP灯杆的非导电性能可以防止人员因触电而伤亡,反而金属制灯杆因其导电性,为避免人员触电事故,必须采取接地措施,并定期进行接地电阻的测量。由于接地电阻过大,多次发生因电线的短路或漏电造成人员触电伤害事故,因此FRP灯杆具有较高的防触电安全功能。

  四、耐腐蚀、抗老化,维护成本少

  由于灯杆所在的道路环境不同,如在具有化学药品或气体长期污染之工业区、具有极高盐分之滨海区域、具有酸雨或酸性土壤之区域等,由于长时间暴露于此环境,相当容易造成安置于此恶劣环境之下之金属、水泥杆灯杆的损害而减低使用寿命。FRP灯杆具有优良的抗化学酸碱、抗盐害及不生锈等防腐蚀特性,可以节省很多维护成本。根据资料,在台湾有已安装了三十年的FRP灯杆仍安全地运行着,欧、美安装的FRP灯杆寿命甚至长达50年。

  下图为2009年1月拍摄的于1976年6月安装在台湾电核二厂门前道路的FRP灯杆,至今已使用35年。

       五、震动阻尼延长灯具寿命

  灯杆安置之位置长期因车辆的行驶而对于灯杆本身产生震动效应,特别是大型重车频繁的震动,对于固定于灯杆上的零件与灯具,会有使用寿命降低的影响。由于FRP灯杆本身具有较佳的受力回复性亦即弹性,具有震动阻尼效果。因此FRP灯杆比无弹性之金属、水泥灯杆更能化解因车辆行驶所产生之震动损害,使零件与灯具使用寿命较长。

  六、色彩牢度高、美观

  由于FRP生产方式不同,在FRP灯杆生产同时可将颜色直接加入而达到上色之目的,因此色彩的牢度很高,不会像金属制灯杆以上漆方式,因为长期暴露而剥落,且可以使用较耐久。

  七、重量轻,交通运输与安装成本低

  因为FRP比重约为钢铁的1/4,因此相同的规格FRP灯杆重量轻,安装,运输较容易、不需要大型吊挂装置,可以大大降低使用成本。对于成本的考虑方面来说,实际的路灯成本是将灯杆灯具造价、运送安装成本、使用寿命与维护费用总体来评估计算的,从这样一个观点出发,采用FRP路灯将比传统钢杆路灯具有更大的经济效益。

  八、FRP灯杆的安全性

  1.依据美国ANSI C136.20-1990规范设计

  2.抗风强度60m/sec.相当于17级风

  3.依据60m/sec产生的风压,灯杆的变形量位移要小于直杆地面高度的10﹪,相当于将风压转换成灯杆的水平荷重,请参考水平荷重转换表。

  根据ANSI之计算风力(60m/s)换算成水平荷重如下:

对比表

  目前亚洲大部份地区之路灯采用的原料虽然仍以钢材为多,主要的原因乃是钢材制作灯杆的生产技术门坎低,故投入生产者众多,且FRP灯杆的宣传力度不足,致使用户对FRP灯杆不了解,更不太了解FRP灯杆之发展与优势,因此延续旧有的习惯采用钢制灯杆。但是由于国际信息日渐广泛流通,使得FRP材料的优异特性逐渐被了解,加上用FRP生产灯杆之加工技术已经日新月异趋于成熟、成本下降,更经由欧、美先进国家在使用FRP灯杆上的长期经验,产品标准已经相当完善,甚至中东地区也早已大量的采用了FRP灯杆作为主要的路灯设计。


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