中波塔高强瓷绝缘柱脚性能研究

【摘 要】随着我国广播事业的发展，广播技术越来越先进，中波发射技术是我国目前所使用的主要方式，为我国广播信号的传播提供了基础。中波塔各个部件的性能对于中波塔整体的工作效率具有重要影响，随着广播事业的发展，传统的中波塔柱脚的性能已经暴露出很多弊端，本文从中波塔塔体柱脚的弊端出发，对新型的高强瓷绝缘柱脚的性能展开研究，并对高强瓷绝缘柱脚的研究方向进行探讨，旨在为我国广播事业的发展提供理论帮助。

【关键词】中波塔 高强瓷绝缘柱脚 性能 研究方向

自新中国建立以来，我国的广播事业在稳定的社会环境中不断发展，尤其是改革开放以来，我国经济的发展速度不断变化，社会水平不断提高，人们对于生活质量的要求也在不断提高，这些因素都为我国广播事业的进一步发展和进步提供了机遇和有利的条件支持。中波塔作为广播信号发射的重要工具，其性能与柱脚的性能紧密相连，我国目前的中波塔柱脚的性能较为落后，存在诸多弊端，影响着广播信号的质量和效率，而新型高强瓷绝缘柱脚的出现大大提高了柱脚的性能，从多个方面为中波塔的运行提供了保障，因此，本文对新型高强瓷绝缘柱脚的性能进行研究具有重要意义。

1 传统中波塔柱脚的弊端

中波塔的塔体下部必须具备绝缘子，绝缘子的主要材料为高强陶瓷，并且具备较高的抗压和抗拉力。但是，就目前而言，我国传统的中波塔的塔底具有以下弊端：（1）在抗压能力方面较强，但是对于抗拉、抗弯的性能不高，危险性较高；（2）一旦中波塔的塔底出现故障，维修的费用较多，经济效益较低。因此，必须对传统的塔底进行改进，采用新型的材料来提高柱脚的性能。本文所研究的是AFRP筋和圆筒形绝缘子[1]。

2 新型高强瓷绝缘柱脚的特征和组成部分

与传统的中波塔的塔体相比，新型高强瓷绝缘柱脚具有诸多优势，其组成主要包含两个部分，分别为圆筒形的瓷绝缘体以及非金属的预应力筋。这两种材料在强度和损耗方面都占据着很大的优势，使得中波塔天线的性能大大提高。圆筒形的绝缘体具有高强瓷的特点，且自身的强度较高、电阻率和抗电的强度都较高，而损耗却较小，这种陶瓷绝缘体的经济性较高，使用效果好；高强瓷绝缘柱脚所使用的非金属预应力筋的种类是聚酯筋，性能较高。

在进行高强瓷绝缘柱脚的安装操作时，需要使用具有孔洞的圆筒形绝缘子、与塔柱相连的加压板、具备过渡阶段的瓷的绝缘底板，并用加压板和绝缘底板将圆筒形绝缘子加在中间，并找准孔洞，对准其中心；第二步操作需要使用具有双头的螺栓，并将双头的螺栓也放在加压板和绝缘底板之间，使其紧靠圆筒形绝缘子；第三步操作需要使用具有高强度的AFRP筋，将其插入到具有高强瓷特点的绝缘体的孔中，并促使加压板从上部套入；第四步的操作是对高强度的AFRP筋进行张拉操作，在张拉完毕后，将AFRP筋固定住。若需要对原有的高强瓷绝缘柱脚进行更换操作，需要使用的临时螺栓，螺栓的类型为4M42，同样需要进行张拉操作，使得AFRP筋的松弛度能够达到相关的标准，之后进行AFRP筋的拆除操作，并将瓷体同时拆除，将新的瓷体与AFRP筋按照安装施工的方法进行安装，对新的AFRP筋进行张拉操作并将其固定，将安装过程中使用的临时螺栓拆卸掉。

3 新型高强瓷绝缘柱脚的性能研究

为了加强中波塔的整体性能，提高信号传播的质量和效率，本文对新型高强瓷绝缘柱脚进行性能研究试验，高强瓷绝缘柱脚的组成部分包含圆筒形绝缘子以及非金属预应力筋两个部分，因此，此实验的开展主要从两个方面来进行，分别为新型非金属预应力筋AFRP筋锚固的具体方法和绝缘柱脚的抗弯的性能。

3.1 基于AFRP筋锚固方法的研究试验

一般情况下，大部分的非金属预应力筋AFRP筋都可以进行张拉操作，且该材料在张拉之后能够为安装和拆卸施工提供方便，对设备的整体性能具有重要意义。就目前而言，我国内部以及国际上对于该新型的非金属预应力筋的张拉试验还不够成熟，整个试验的体系还不够完善，对此，本文从该非金属预应力筋的特性出发，在已有的实验经验的基础之上，对传统的试验方法进行改进，设计一种新型的实验方法和流程，这种新型的试验方法需要进行加销轴型张拉操作并要对钢套管进行加胶处理。在以上操作的基础之上，对与张拉力的大小进行控制，将其加大到272KN，使得筋材发生滑移反应。进行试验之后，根据实验的结果，能够得到相关的结论如下：

（1）以上新的设计方法在成本和实验的复杂程度方面具有很大的优势，能够有效降低操作的费用，安装的过程较为简便，操作性较强，但是生产过程的技术性较高，要求生产人员的专业技能能够达到较高的水平；（2）该试验方法进行张拉的最大力为272KN，不可超过该数字；（3）该技术和操作的相关标准的可调节性较强，能够根据操作的实际情况对预张拉力作出一定的调整。

3.2 对高强瓷绝缘柱脚的抗弯试验研究

在中波塔高强瓷绝缘柱脚的实际施工中，柱脚受到多种类型的作用力，在拉力、剪力和压力、剪力的复合作用下，绝缘柱脚极易出现受力弯曲的现象[2]。本文以高度为76m、风压为0.45 kN/m2的中波塔柱脚作为具体的实例，进行具体的受力分析，在一般情况下，中波塔的塔底受到的拉力为625KN，受到的压力和剪力分别为730KN和30KN。为了提高试验的操作性，我们将中波塔塔底的柱脚横放，将中波塔的反力架与柱脚的两端进行铰接处理，作为模拟的简易支架。在进行试验时，对跨中进行施加压力，通过增加跨中的载荷来对柱脚进行试压。此过程中施加的载荷需要相对集中，并将载荷的大小设置成剪力的2倍左右，施加载荷之后，力具有传递的原理，圆筒形绝缘子的两个侧面也受到了一定大小的力的作用，并且力的大小与所受的剪力相等。进行以上操作之后，绝缘子整体受力弯曲，观察其具体的变化情况，并做好相关的记录[3]。以圆筒形绝缘子的设计标准为基础，从竖向对其进行加载，并且加载的力与设计的载荷相等，观察绝缘子的变化情况并做好相关的记录工作。在此试验中，需要使用专门加工制作的钢管套加胶和加销轴的AFRP筋。在之前的试验过程中，绝缘子的受力抗压情况已经基本明确，1800KN以下的压力无法对陶瓷产生破坏。在竖向施加载荷的过程中，需要在反力架的顶部加设一个千斤顶，并根据实际情况确定千斤顶的规格，本试验采用的是50t的千斤顶。在陶瓷绝缘子的几个侧面以及上下面的中心设置单向的应变片来测量A1、A2、A3者三个应力点具体的应变大小[4]。

在对AFRP筋进行张拉操作时，需要对称和分级进行试验，目的是避免AFRP筋的不均匀受力而导致的试验结果的不准确。在实际的试验过程中，对AFRP筋的张拉力大约为230KN，对于柱脚施加的压力大约为625KN，由于该试验的试验设备的先进性有限，试验的精度有待提高，需要考虑到试验过程中产生的误差，主要针对外部的拉力对实验结果产生的影响，对实际的预压紧力进行考虑，在本次的试验中，每一根的AFRP筋需要施加的预拉力大小为：

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

针对每根AFRP筋所受到的预拉力的大小以及各个载荷点的大小和应变的情况，得到以下统计图，如图1所示。

图1 各点的载荷和应变关系图

从以上图中我们可以看出，试验中的新型高强瓷绝缘柱脚满足平截面的假定原则，主要受到相关的力的作用，钢板与中间的绝缘瓷体始终紧密相连，陶瓷受到相关的压力作用时，对立的面的受力类型为拉力，而绝缘子的侧面的位置与中性轴的位置具有一致性，因此，所受到的应力的大小始终是0KN[5]。以上的图表中所反映出来的陶瓷应变力的类型为相对应变，每根的AFRP筋材上施加的力的大小为91KN，当陶瓷的相对的应变力为0时，所受到的压力应变大小为：

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

将两个应变值加在一起，我们能够得到一下结论，新型高强瓷柱脚始终受到压力的作用，因此，必须采用某种新型的材料来抵消拉应力，本文建议使用的新型材料为AFRP筋，通过对该AFRP筋施加预应力之后，压紧陶瓷，来达到目的。

4 高强瓷绝缘柱脚性能研究的方向

本文通过对新型高强瓷绝缘柱脚采取锚固方法研究和抗弯性能的试验，证明了新型高强瓷所使用的AFRP筋和圆筒形高强瓷绝缘子这两种材料能够有效增强柱脚的性能，发挥两种材料的优势，该优势主要表现为在受到压力的状态下，陶瓷具有一定的抵抗力；在受到拉力的状态下，对AFRP筋施加预应力来得到抵抗拉力的目的[6]。

从表面上看，本文的研究已经取得了一定的成果，对于新型高强瓷绝缘柱脚的性能研究较为深入，提出了新的想法和新的试验方法，为中波塔的绝缘高强瓷柱脚性能的提高具有重大帮助，但是，从某种意义上说，该研究达到的效果还远远不够，在取得了一定的成功的同时，还面临着依旧严峻的形式，对于新型高强瓷绝缘柱脚的研究任重而道远，依旧需要进行更深入的研究和试验才能够适应中波塔发展和改进的需求，因此，笔者建议以后继续对此方面展开研究，具体的研究方向主要有以下几个方面：

（1）在对新型高强瓷绝缘柱脚进行研究的过程中，需要以实际的工程为例子，根据工程的实际情况来适当调整试验的参数，结合实际进行研究的效果更佳明显，可靠性和实用性都能够得到很大提高，尤其是在预应力的方面，根据筋材的实际情况，对单筋材的预拉力进行适当调整再进行试验，并在此方面对于柱脚材料提出更高的要求。（2）目前的陶瓷绝缘子的尺寸和大小依旧偏大，对于中波塔柱脚的性能具有不利的影响，在实际的试验当中，应该以中波塔的工作情况为基础，对绝缘子的实际受力情况进行具体的分析，并对绝缘子的大小进行适当的调整，一般情况下，我们需要适当缩小绝缘子的尺寸来提高中波塔的性能[7]。（3）AFPR预应力筋的张拉操作是试验中的重要部分，张拉的程度对中波塔的性能具有重要的影响，AFRP的松弛情况也影响着中波塔绝缘柱脚的安装和拆卸过程，安装时，控制其松弛度能够为安装效果提供保障，拆卸时，控制其松弛度能够为拆卸过程提供方便，因此，在以后的研究过程中，需要加强对于AFRP筋的重视程度，对AFRP筋的张拉力进行深入的研究，并对该AFRP的蠕变影响进行进一步的探究，提高中波塔柱脚的性能。

5 结语

总之，我国经济和社会的发展为我国广播事业的发展提供了诸多机遇，创造了有利的条件，中波塔是广播信号传播的重要工具，其性能受到柱脚性能的影响，新型高强瓷绝缘柱脚在硬度、抗拉力等方面具有很大的优势，解决了传统柱脚的弊端，本文通过试验对其性能进行详细的研究，已经证明AFRP筋和圆筒形绝缘子能够大大提供柱脚的性能。但是目前的研究依然有待深入，在以后的研究中，需要明确研究方向，加深研究的深度，才能改善柱脚的性能。

参考文献：

[1] 方茜，孙永良，马人乐 等.中波塔高强瓷绝缘柱脚性能研究[J].山东农业大学学报（自然科学版），2015（4）：581-583.

[2] 高军.圆柱头盘形悬式瓷绝缘子的结构优化设计[J].电瓷避雷器，2013（2）：24-27.

[3] 许成，漆占强，王海龙 等.超大型杯形基础与柱脚锚埋组合施工技术[J].施工技术，2015（9）：109-111.

[4] 王兴国，栗桥介，朱坤佳 等.外粘AFRP布加固RC梁耐冲击性能试验研究[J].振动与冲击，2015（8）：163-167，197.

[5]李文亮.中波发射天线可承受最大发射功率讨论[J].卫星电视与宽带多媒体，2011（23）：66-67.

[6] 张帆.中波广播转播台防雷的探索性改造[J].艺术科技，2013（6）：45.

[7] 张丹丹.天线地网对中波广播发射效果的影响分析[J].科技传播，2015（9）：95-96，93.

作者简介：刘莹（1983—），女，陕西咸阳人，本科，毕业于中央广播电视大学，工程师，现就职于国家新闻出版广电总局九五三台，研究方向：广播发射。