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            淺析FRP(玻璃鋼)路燈桿應用之優勢

               日期:2022-03-25     來源:復材網    瀏覽:42    評論:0    
            核心提示:摘 要:早年使用木桿為主要的燈桿材料來源,但因木材很難有一致的尺寸與均勻性能,且使用在風雨日曬的戶外,加上蟲蟻的侵害,木
             摘 要:早年使用木桿為主要的燈桿材料來源,但因木材很難有一致的尺寸與均勻性能,且使用在風雨日曬的戶外,加上蟲蟻的侵害,木桿的耐用年限也相當有限,采用鋼筋水泥來制作燈桿(俗稱砼桿),提高了燈桿壽命,是燈桿史上的一大進步,但先天不足的外形使其輝煌了三十年后被鋼桿代替。本文主要介紹玻璃鋼(FRP)路燈桿的應用前景。
            關鍵詞:玻璃鋼燈桿 優異特性 應用優勢
            路燈燈桿材料,最早是用從大自然中取之的木材,而后發展到混凝土、金屬,現在FRP(玻璃鋼)復合材料已經嶄露頭角。
            而后由于煉鐵工業的發達,鋼材原料取得容易且加工也較方便,因而被大量的運用于燈桿上。初期的路燈鋼桿大量是等徑的,用等直徑的無縫鋼管制成,而后有錐形路燈鋼桿,采用不同上下邊長、1米等高的梯形鋼板卷制成一個個不同直徑錐形,在經過橫向焊接成需要高度的燈桿。這樣的燈桿既有縱向焊縫,又有橫向焊縫,既不美觀加工又復雜,還存在安全隱患。大功率壓機應用于燈桿制造,使得路燈鋼桿能一次成型,成型的路燈鋼桿本體只有縱向一條焊縫,加工既簡單,外形又美觀,還不存在安全隱患。鋼桿的防銹處理是必不可少的重要步驟,除了熱浸鋅,還加噴塑以保護鋅層并使其更加美觀。由于鋼桿重量仍然相當大,也有一些燈桿采用較輕的鋁合金替代。雖然鋁合金燈桿重量較輕,但鋁合金原料價格比鋼貴且生產設備投資高等障礙,因此鋁合金燈桿并未如鋼燈桿一般被廣泛的采用。
            由于科技進步和材料工業的飛速發展,復合材料在歐、美發展異常迅速,近二、三十年來FRP(玻璃鋼)已被運用到燈桿生產之材料。由于玻璃鋼具有與鋼一般的拉伸強度,密度卻只有鋼鐵的四分之一,且具備了耐候、不生銹的特性,因此更具有適合的條件制造路燈燈桿。FRP燈桿現已廣泛的被歐、美國家使用在道路、特殊區域如海邊、工業區以及環境惡劣之區域,并且因而建立了相當完善的產品規范。近年來,國內一些城市的少量路段也開始逐步采用FRP燈桿。
            一、復合材料FRP(玻璃鋼)之背景
            復合材料之發展為近一世紀以來從歐美展開,將兩種以上的材料結合成為復合材料。最佳的方法是將補強材與基材結合而成的復合材料,比原先單一材料更佳的物理特性。其中以玻璃纖維為補強材,樹脂為基材結合而成的熱固性材料是被發現最成功的復合材料之一,稱之FRP(Fiber Reinforced Plastic),由于其材料特性相當優良幾乎與鋼材相似,故又俗稱玻璃鋼。
            FRP材料問世以來發展到現在,利用其材料極高的強度與物理特性,已經被廣泛地使用在航天、船舶、運動器材、醫療器材、風力發電、結構性產品與極多極廣的領域。歐、美也自50~60年代開始采用FRP來生產燈桿,并且廣泛地使用在道路照明的燈桿、通信線路與電力線路傳輸的配線桿。由于FRP材料特性具有與鋼鐵一樣的強度,可依照組合兩種材料的不同比例、玻璃纖維之不同排列方式與各樣的加工方法得到所需要之特性,因此對于FRP燈桿比其它材質有更大的設計容許度。目前已發展出來且在廣為使用的FRP燈桿具有以下之優異的特性。
            二、優異的機械特性
            根據材料強度之比較,FRP之材料特性與鋼鐵并無太大差別,FRP燈桿具有極強的機械特性,以歐、美使用FRP燈桿已50年的經驗來看,FRP材質燈桿強度的適用性已得到證實,隨不同之強度設計可抗極強的風力。FPR玻璃鋼材料的機械特性與壓鑄鋁、低碳鋼、不銹鋼的機械特性比較見下表。
            玻表1
            三、非導電性
            FRP的非導電性,使得FRP燈桿較之金屬制的燈桿更能有效地減低雷擊的機率。尤其在空曠地區道路旁的燈桿是突出的放電目標,特別是金屬燈桿較易受到雷擊損害。
            另外FRP燈桿的非導電性能可以防止人員因觸電而傷亡,反而金屬制燈桿因其導電性,為避免人員觸電事故,必須采取接地措施,并定期進行接地電阻的測量。由于接地電阻過大,多次發生因電線的短路或漏電造成人員觸電傷害事故,因此FRP燈桿具有較高的防觸電安全功能。
            四、耐腐蝕、抗老化,維護成本少
            由于燈桿所在的道路環境不同,如在具有化學藥品或氣體長期污染之工業區、具有極高鹽分之濱海區域、具有酸雨或酸性土壤之區域等,由于長時間暴露于此環境,相當容易造成安置于此惡劣環境之下之金屬、水泥桿燈桿的損害而減低使用壽命。FRP燈桿具有優良的抗化學酸堿、抗鹽害及不生銹等防腐蝕特性,可以節省很多維護成本。根據資料,在臺灣有已安裝了三十年的FRP燈桿仍安全地運行著,歐、美安裝的FRP燈桿壽命甚至長達50年。
            下圖為2009年1月拍攝的于1976年6月安裝在臺灣電核二廠門前道路的FRP燈桿,至今已使用35年。
            玻
            五、震動阻尼延長燈具壽命
            燈桿安置之位置長期因車輛的行駛而對于燈桿本身產生震動效應,特別是大型重車頻繁的震動,對于固定于燈桿上的零件與燈具,會有使用壽命降低的影響。由于FRP燈桿本身具有較佳的受力回復性亦即彈性,具有震動阻尼效果。因此FRP燈桿比無彈性之金屬、水泥燈桿更能化解因車輛行駛所產生之震動損害,使零件與燈具使用壽命較長。
            六、色彩牢度高、美觀
            由于FRP生產方式不同,在FRP燈桿生產同時可將顏色直接加入而達到上色之目的,因此色彩的牢度很高,不會像金屬制燈桿以上漆方式,因為長期暴露而剝落,且可以使用較耐久。
            七、重量輕,交通運輸與安裝成本低
            因為FRP比重約為鋼鐵的1/4,因此相同的規格FRP燈桿重量輕,安裝,運輸較容易、不需要大型吊掛裝置,可以大大降低使用成本。對于成本的考慮方面來說,實際的路燈成本是將燈桿燈具造價、運送安裝成本、使用壽命與維護費用總體來評估計算的,從這樣一個觀點出發,采用FRP路燈將比傳統鋼桿路燈具有更大的經濟效益。
            八、FRP燈桿的安全性
            1.依據美國ANSI C136.20-1990規范設計
            2.抗風強度60m/sec.相當于17級風
            3.依據60m/sec產生的風壓,燈桿的變形量位移要小于直桿地面高度的10﹪,相當于將風壓轉換成燈桿的水平荷重,請參考水平荷重轉換表。
            根據ANSI之計算風力(60m/s)換算成水平荷重如下:
            玻表2
            目前亞洲大部份地區之路燈采用的原料雖然仍以鋼材為多,主要的原因乃是鋼材制作燈桿的生產技術門坎低,故投入生產者眾多,且FRP燈桿的宣傳力度不足,致使用戶對FRP燈桿不了解,更不太了解FRP燈桿之發展與優勢,因此延續舊有的習慣采用鋼制燈桿。但是由于國際信息日漸廣泛流通,使得FRP材料的優異特性逐漸被了解,加上用FRP生產燈桿之加工技術已經日新月異趨于成熟、成本下降,更經由歐、美先進國家在使用FRP燈桿上的長期經驗,產品標準已經相當完善,甚至中東地區也早已大量的采用了FRP燈桿作為主要的路燈設計。
            來源:上海市路燈管理中心(200235)  作者:劉 英 趙桂根 王小明
             
             
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