抗弯计算（共8篇）
抗弯计算 篇1
0引言
输电线路在线监测的一个重要功能是对导线的 微风振动进行监测, 即通过直接测量悬垂线夹附近的弯 曲振幅[1] (线夹出口89mm处的弯曲振幅) , 计算得到线夹出口动弯应变的大小, 并在此基础上对线路的微风振动状况及导线预期寿命进行评估。
1抗弯刚度的概念
材料力学中的抗弯刚度指的是物体抵抗其弯曲 变形的能力。对于大部分结构简单、变形单一的构件 来说, 只要求出 了惯性矩, 一切都变得非常简单。但是, 对于像架空线 这样结构复杂、具有组合变形特点的构件来说, 抗弯刚度的真实值的 识别又变得异常复杂。
2架空线抗弯刚度的特点
许多实践证明, 除了结构 本身因素 外[2], 影响索结 构的抗弯刚度的最重要因素是作用于索结构上的张力T, 其相关度r可达0.9992, 且抗弯刚度与张力T之间存在很好的线性关系。架空线导线张力对抗弯刚度的影响主要以两种形式出现: (1) 当架空线不受力 (张力为0) 时, 绞线截面的惯性矩就是各根铝线和钢丝的惯性矩的代数和;而在实际工程中, 当绞线承受 了一定的张力时, 各单线之间的粘结作用不可忽略, 此时需要 考虑架空线的整体作用。 (2) 当架空线承受张力时, 张力会导致架空线产生弹性形变, 使架空线的长度增加、截面积减小, 而截面积减小的同时截面的惯性矩也减小了。因此, 这两种影响方式在效果上是相反的。就钢芯铝绞线的结构特征和其应用 特点来说, 我们认为该结论可以应用于具体的架空线抗弯刚度识别的实践当中。
3架空线抗弯刚度的计算方法
目前在输电线路领域, 求得架空线抗弯刚度的方法主要有以下几种:
(1) 通过实验得到:对样品整体进行实验, 从而得到样品在不同受力状况下的抗弯刚度值。其优点是数据正确, 能真正反映导/地线的抗弯特性;缺点是实验的工作量较大, 费用较高。
(2) 通过公式计算得到:目前国内较常用的计算方法有两种, 一是整体计算法, 二是分股计算法。
1) 整体计算法:
整体计算法就是由下式计算得到:
EI=EπD4/64
式中, E为导/地线的最终弹性系数 (N/mm2) , 可由导/地线参数表查 得;D为导线外 径 (mm) ;EI为导线抗 弯刚度 (N·mm2) 。
2) 分股计算法:
分股计算法即分别计算钢股和铝股的抗弯刚 度再求和 的方法。分股计算 抗弯刚度 时, 铝股的弹 性系数值 约为68.67GPa, 钢股的弹性系数值约为206GPa。
两种理论方法的优点是计算简便, 可以很快得到EI值, 但各有其缺点。整体计算法将整根绞线考虑成了一根中间 无缝隙的单股线, 忽视了导/地线各股之间的空隙对导 线整体抗 弯刚度性能的影响, 因此计算结果与实际数据相比往往偏 大;而分股计算法在惯性矩计算方面只是简单地将各股自身的形心作为其形心来进行计算, 忽略了绞线的整体性以及各股之间的联系和相互影响, 这与绞线的实际结构存在很大的区别, 其计算结果与实际数据相比往往偏小。
在此我们介绍一种较简便又切合输电线路实际的导/地线抗弯刚度的计算方法, 其主要思路如下:
(1) 将抗弯刚度依导/地线运行状态的不同分为最小抗弯刚度、最大抗弯刚度和有效抗弯刚度3类。其中最大抗弯刚度对应的是考虑最大惯性矩下的导/地线抗弯刚度, 最小抗弯 刚度与分股计算法的导/地线抗弯刚度相一致, 有效抗弯 刚度则是在最大抗弯刚度的基础上, 充分考虑了绞线的结构特征和经验参数得出的最终结果。
(2) 最小抗弯刚度计算公式:
式中, Ea=Ee=69.0kN/mm2 (对于AAC、AAAC或ACAR导线) , Ea=193.1kN/mm2、Ee=69.0kN/mm2 (对于ACSR或AACSR导线) ;nfa为钢芯区芯线数量;nfe为包覆区芯线数量;da为钢芯区线材的直径 (mm) ;de为包覆区线材的外径 (mm) 。
(3) 最大抗弯刚度计算公式:
式中, nai为钢芯区第i层芯线数 量;nei为包覆区 第i层芯线数量;Dai为钢芯区 第i层外径 (mm) ;Dei为包覆区 第i层外径 (mm) ;Na为钢芯区的层数 (不包括中心芯线) ;Ne为铝线包覆区的层数。
(4) 有效抗弯刚度计算公式:
EIE=0.4EIG (kN·mm2)
(5) 对于导线出口处安装有护线条部分的有效抗弯刚度的计算, 可按下式进行:
EIE=0.4EIG+EIR (kN·mm2)
其中:
式中, nar为护线条 的数量;dar为护线条 的外径 (mm) ;Ear=69.0kN/mm2 (对于铝或铝合金护线条) , Ear=193.1kN/mm2 (对于镀锌钢护线条) 。
4证例
500kV五狮线采用的导线为特强钢芯耐热铝合金导线, 型号为KTACSR/EST-1000, 其中钢芯区 由4层组成, 所用材料为特强钢芯线, 各层芯线数分别为1、6、12、18根, 钢芯区外 径为21.0mm, 芯线外径为3.0mm;包覆区由3层组成, 所用材料为高强度耐热铝合金线, 各层芯线数分别为18、24、30根, 包覆区外径为46.2mm, 芯线外径为4.2mm。此外, 悬垂线夹处还安装有预绞丝护线条, 预绞丝护线条所形成的保护区长度为4m, 护线条材料的外径为7.8mm, 根数为20根。导线平均运行水平张力 为123500 N, 测得89 mm处的弯曲 振幅为0.12mm (倒装法) , 求其相应的动弯应变值。
(1) 最小抗弯刚度计算:
(2) 最大抗弯刚度计算:
其中:
故:
(3) 有效抗弯刚度计算:
由于导线出口处安装有护线条, 则:
EIE=0.4EIG+EIR
其中:
故:
5结语
本文所推荐的架空线抗弯刚度计算方法简便有效, 且充分考虑了架空线本身的结构特征和应用环境的 特点, 可为导/地线微风振动计算、跳线 抗弯刚度 计算等应 用领域提 供一种快速、准确获得抗弯刚度参数的途径。
参考文献
[1]潘忠华, 徐乃管, 陈露娟.悬垂线夹出口处动弯应变与弯曲振幅关系的探讨[J].中国电力, 1982, 15 (12)
[2]谢晓峰.索的抗弯刚度识别方法研究[D].长沙:中南大学, 2012
抗弯计算 篇2
关键词：粘土原料；干燥抗弯强度；标准；测试方法
1 前言
黏土原料能保证建筑陶瓷坯体具有可塑性和干燥强度，满足坯体在成形、输送、施釉、装窑、烧成等工序的加工需要。因此需要制定黏土原料干燥抗弯强度标准测试方法，用来衡量和判定黏土原料的加工性能，这是黏土原料标准化的重要组成部分。
2 有关定义
2.1抽样量
从一批黏土中抽取黏土的数量。
2.2样本量
用于每项性能试验的黏土的数量。
2.3四分法
把样本均化，从中间划十字线把样本等分为四份，取出对角线的两份，合并后再均化。如此不断缩小样本量的大小，直到规定的样本量的大小。
2.4黏土
以高岭石为主矿物，伴有适量石英、长石、云母、蒙脱石等多种天然矿物的混合体。包括原生黏土、次生黏土等。2.5干燥抗弯强度极限
经110℃±5℃的烘箱烘干至恒重的试样，受静弯曲力作用到破坏时的最大应力，以试样破坏时所受弯曲力矩断裂处的断面模数之比来表示。
2.6含水率
黏土中所含自由水的量。
2.7砂子筛余量
即筛分终止时筛上残留物去掉木榍和纤维物后的重量占干试样总重量的百分数。
3 有关试验设备
3.1抗弯强度试验机
（1） 两根圆柱形支撑棒：该棒为金属制成，与试样接触部分用硬度为50IRHD±5IRHD的橡胶包裹，橡胶的硬度按GB/T 6031测定，一根能稍微摆动，另一根棒能绕其轴稍作旋转，相应尺寸见表1。
（2） 圆柱形中心棒：一根与支撑棒直径相同且用相同橡胶包裹的圆柱形中心棒，用来传递荷载F，此棒也可稍作摆动，相应尺寸见表1。
（3） 压力表：精确到1.0%。
3.2游标卡尺
精度为0.02mm。
3.3烘箱
能在110℃±5℃保温。
3.4天平
感量为0.01g。
3.5快速球磨机
（1） 球磨罐：氧化铝材质，容积1000ml；
（2） 研磨介质：氧化铝球石，密度3.6~3.7g/cm3，重量450~451g，其中直径为13~21mm的球石350~355g,其余为直径7~13mm的球石。
3.6试验筛
符合GB/T 6003的规定。
3.7压力成形机
（1） 一次可压制1～4条长方体试条的模具，模具粉料腔长度100mm，宽度20mm，深度19mm。
（2） 压强：每个试条在240±5kgf/cm2的压强下压制成形。
（3） 压力表：精确到2.0%。
4 黏土原料干燥抗弯强度标准测试步骤
4.1抽取有代表性的综合样品
黏土是天然矿物，化学成份和各项物理性能波动较大，即使经过配料混合、淘洗等加工后，也只能将化学成份和各项物理性能控制在一定的波动范围，因此，科学地抽取有代表性的综合样品显得非常重要，只有这样才能保证干燥抗弯强度和其它指标测试结果的准确性。
样本量通过把抽样量用四分法缩分得到。
4.2泥浆制备
（1） 测量试样的含水率W和砂子筛余量S；
（2） 球磨试样重量、加水重量计算：
G1=300÷(1-W)（1）
G2=500-G1（2）
式中：G1—球磨试样重量，g
W—试样的含水率，%
G2—球磨时加水重量，g
（3） 洗干净并经110℃±5℃的烘箱烘干至恒重的球磨罐，内装密度3.6~3.7g/cm3的氧化铝球石450~451g，其中直径13~21mm的球石350~355g，其余为直径7~13mm球石。
（4） 称取G1克球磨试样,精确到0.01g,放进准备好的球磨罐中，再加入1.80g三聚磷酸钠，然后加入G2克蒸馏水，最后放进快速球磨机球磨10min。
（5） 球磨后的泥浆过网孔0.9mm的标准试验筛，用不锈钢圆碟装好放进110℃±5℃的烘箱烘干至恒重。
4.3粉料制备
（1） 泥浆烘干至恒重变成泥块，用铁锤打碎至全过网孔4mm的标准试验筛，称取250g料倒进洗干净并经110℃±5℃的烘箱烘干至恒重的球磨罐中，盖好，放进快速球磨机磨5min。
（2） 把粉和球石一起倒出，并用试管刷把球磨罐壁上粘附的粉刷下来，用网孔0.9mm的标准试验筛把球石筛出，把粉置入大的不锈钢盘中。
（3） 根据试样筛余量的大小确定造粒时的加水量Q，按公式（3）计算：
G4=G3×(1-S) ×15.2%+ G3×S×5%（3）
式中：G4——造粒时加水量，g；
G3——干粉重量，g；
S——样品在网孔0.063mm标准试验筛的砂子筛余量，%。
（4） 用50ml量筒量取G4 ml的水，加入干粉中，用铲刀搅拌后，再用直径32mm长220mm的塑料管反复辗压，使水分充分混合均匀，用网孔0.9mm的标准试验筛过两遍，置于塑料密封袋中陈腐1h。
4.4试条成形
（1） 把陈腐过的粉料均匀倒入压力成形机的模腔中，用塑料板刮平。第一次轻压，每条试样所受的压强约130kgf/cm2，然后减压排气；第二次重压，每条试样所受的压强应为245±2kgf/cm2，并保压2~3s。共压8条试条。
（2） 用裁纸刀适当修坯，如果试条有分层或开裂现象，应废弃。在完好的试条正面直角附近用裁纸刀编号1、2、3、4、5、6、7、8。
（3） 把所有试条在110℃±5℃温度下干燥至恒重，然后放在干燥器中冷却到室温。
4.5断裂载荷测试
（1） 调整抗弯强度试验机支撑刀口间距为50mm±1mm,两个支撑刀口必须在同一平面上并且互相平行，使加荷刀口位于两支撑刀口的正中，将试条放于支撑刀口上，使支撑刀口以外的试样长度为25mm±2mm。
（2） 开启抗弯强度试验机，注意加荷刀口接触试条时不得冲击，以平均10～50N/s的速度等速加荷（抗弯强度较小的试样，请选择较低的加荷速度），直至破坏。记录试条破坏时的最大载荷F。
用游标卡尺测量试条断裂处的宽度和厚度，精确到0.02mm。
5 结果及数据处理
5.1干燥抗弯强度按公式（4）计算
M=（4）
式中：M—干燥强度，N/mm2或MPa；
F—破坏荷载，N；
L—两根支撑棒间距，mm；
b—试条断口处的宽度，mm；
h—试条断口处的厚度，mm；
5.2数据处理
（1）只有在宽度与中心棒直径相等的中间部位断裂的试条，其结果可以作为有效结果，用来计算平均干燥强度，计算平均值最少需要6个有效结果。
如果有效结果少于6个，应制备加倍数量的试条再做第二组试验，此时至少需要12个有效结果来计算平均值。
（2）用有效试条的算术平均值作为该试样的干燥抗弯强度值，数据修约到0.1MPa。
6 测试报告
（1） 送样单位、试样名称、试样编号；
（2） 试样外观照片、试样重量；
（3） 试样跨距、加荷速度、断面厚度、断面宽度；
（4） 数据舍弃情况、干燥抗弯强度值；
（5） 试验日期、试验人员、试验单位。
抗弯计算 篇3
现有计算方法在研究连续组合梁负弯矩区极限抗弯承载力时的基本假定为: (1) 钢梁与钢筋混凝土翼板之间有可靠连接, 能够保证截面抗弯承载力充分发挥; (2) 钢梁和混凝土翼板受弯时均符合平截面假定; (3) 忽略混凝土的抗拉作用; (4) 压型钢板的作用可以忽略。
在接近极限弯矩时, 钢梁下翼缘和钢筋都已大大超过屈服应变, 截面塑性发展比较充分。因此, 组合梁抗弯承载力极限状态的一般特征是: (1) 混凝土翼板开裂而退出工作; (2) 混凝土翼板中的纵向钢筋受拉达到屈服强度; (3) 钢梁的受拉区和受压区也分别达到屈服强度。
现有计算方法通常是采用简化塑性理论, 将钢梁的应力图简化为等效的矩形应力图, 并且忽略混凝土的作用来计算组合梁在负弯矩作用下的抗弯承载力。一般是依据塑性中性轴所在位置分几种情况分别来讨论计算组合梁在负弯矩作用下的抗弯承载力。
1 钢—混凝土连续梁负弯矩区极限抗弯承载力计算公式
如果按照前面所述目前应用比较广泛的计算方法, 首先必须要确定连续组合梁截面中性轴的位置;其次当连续组合梁截面中性轴位于钢梁上翼缘时, 为了简化计算, 给出的是偏于安全的近似解, 但是经过试验发现过于保守。
在组合梁中为了充分发挥钢梁的抗拉性能, 钢梁往往采用几何非对称截面。如果直接按照几何非对称截面来计算连续组合梁负弯矩区极限抗弯承载力将使计算分析十分繁琐。为了保证无论组合截面的中性轴位于钢梁的腹板还是上翼缘, 都能够给出较为精确的结果并且简化分析, 可以采用截面转换法。
由于一般的负弯矩抗弯承载力计算都忽略了钢筋混凝土翼板中的纵向钢筋对抗弯能力的贡献, 本文在参考“简化弹性理论”的基础上尝试考虑纵向钢筋对抗弯能力的贡献, 计算图式如图1。
“简化弹性理论”的主要思想是将工字形的钢梁截面转换为矩形截面, 从而避免由于中性轴在不同位置而要考虑不同的计算图式和计算公式。
如图1所示, 图1a) 为原始的工字形截面, 图1b) 为转换后截面。在截面转换过程中要遵循以下原则:
(1) 钢梁形心轴在组合截面中的相对位置保持不变;
(2) 钢梁的横截面积保持不变, 有
式中:ds为转换之后钢梁截面的高度;
ts为转换之后钢梁截面的宽度;
As为钢梁的横截面积;
(3) 钢梁对自身形心轴的塑性截面抵抗矩保持不变, 有:
式中:Wpx为钢梁相对于自身形心轴的塑性截面抵抗矩;
式中:xr为截面塑性发展系数, 对于工字钢截面取1.05。
Wx—钢梁的截面抵抗矩。
由 (2) 、 (3) 可得:
按照基本假设, 在组合梁达到极限抗弯承载力时, 分析中不考虑混凝土翼板的抗拉作用, 并且取混凝土翼板有效宽度内的纵筋、计算跨径内的栓钉连接件和钢梁分别达到各自的屈服强度。组合截面应力分布如图1c) 所示, 将其分解为两部分, 图1d) , 1e) 。图1d) 对应的是钢梁独立工作的塑性受弯。
式中:γs为钢筋s的材料安全系数;
Ms为钢梁塑性截面抵抗弯矩;
fs为钢梁材料的屈服强度。
图1e) 对应的是图1c) 和图1d) 之间差异的补偿。
混凝土翼板有效宽度内的纵筋合力由下式给出:
式中:Fr为混凝土翼板有效宽度内的纵筋合力;
Ar为混凝土翼板有效宽度内的全部纵筋横截面积;
fr为混凝土翼板有效宽度内的纵筋的屈服强度。
混凝土翼板有效宽度的取值在前面已经说明, 只需要参照公式, 取出钢筋的面积之和即可。
综上所述, 再类比一般抗弯承载力公式可以得出负弯矩区的极限抗弯承载力:
式中:Mp为连续组合梁负弯矩区极限抗弯载力;
Ms为连续组合梁钢梁的抗弯承载力;
Mr为混凝土翼板有效宽度内的纵筋的抗弯承载力;
钢梁的抗弯承载力Ms可按式 (5) 进行计算;
混凝土翼板有效宽度内的纵筋的抗弯承载力可按下式进行计算:
式中:rh为混凝土翼板中纵筋截面中心到中性轴的距离。
从而可以得到钢—混凝土连续组合梁负弯矩区的极限抗弯承载力公式如下:
本方法有三个优点:
(1) 考虑了混凝土翼板有效宽度内的纵筋对极限抗弯承载力的贡献。
(2) 采取变换截面, 从而绕开必须算中性轴位置, 并判断是第几类截面再进行分析, 简化了计算过程。
(3) 不论是第几类截面, 最终得到的负弯矩区极限抗弯强度表达式是一致的。
但是, 在实际工程中, 并不会出现抗弯极限状态, 而纵向受力钢筋的面积一般均小于钢梁面积;同时, 考虑到钢梁受压时的屈曲问题使全截面塑性很难完全发展。只有在满足塑性设计所要求的前提下采用这一方法, 可以有效提高构件的设计强度。本文所提出的公式可以对工程设计中提供一定的参考价值。
2 钢—混凝土连续梁负弯矩区极限抗弯承载力计算公式的验证
例某钢—混凝土连续组合梁桥, 支座截面形式如图2。钢梁采用A3钢板, 钢板的塑性设计强度为fg=235MPa。为抵抗支点截面负弯矩, 在混凝土翼板中配有受拉钢筋, 面积为Ar=0.0199m2, 钢筋的塑性设计强度为fsr=340MPa。受拉钢筋重心距离混凝土翼板边缘的距离为ar=0.032m。计算支座负弯矩区的极限抗弯承载力。
2.1 钢梁截面几何性质计算
(1) 钢梁截面面积 (如图2) 。
(2) 钢梁截面重心轴距离钢梁顶面的距离:
(3) 钢梁截面惯性矩:
(4) 钢梁截面重心到钢梁下缘距离:
(5) 钢梁提供的抵抗弯矩:
2.2 截面极限抗弯承载力计算
(1) 钢筋及钢梁的塑性设计强度:
(2) 变换截面计算:
(3) 钢梁提供的极限抗弯承载力:
(4) 力臂长度计算:
(5) 钢筋提供的极限抗弯承载力:
(6) 计算组合截面的极限抗弯承载力:
2.3 比较分析
根据常规方法, 先要假定弯曲中性轴在钢梁腹板中, 然后经过计算得出合成截面到钢梁截面重心轴的距离yso。如果求得的yso≤ys-hd-hc-t′, 则判断合成截面中性轴在钢梁腹板中, 计算才能继续下去, 否则假定错误, 要按其他情况重新假设计算。按照常规方法计算, 过程比较复杂, 特别是当假定错误的情况下。而本文提供的方法, 无须假定, 可以直接计算, 最后结果和例中计算公式所提供的结果的差别为 (89318-89287) /89318=0.03%, 可以忽略不计, 差别的原因应为在计算过程中有效数位的取舍所造成。
参考文献
[1]黄侨.桥梁钢-混凝土组合结构设计原理[M].北京:人民交通出版社, 2003.
[2]王庆利.连续组合梁受力性能和变形行为的试验研究和理论分析[D].沈阳:东北大学, 1998.
抗弯计算 篇4
近年来, 为解决钢筋混凝土中钢筋锈蚀问题, 提高结构耐久性, 各国研究人员都在采取各种方法减少和避免工程结构因钢材锈蚀所带来的严重影响, 而具有耐腐蚀、比强度高、比模量大、抗疲劳等优点的纤维增强聚合物 (Fiber Reinforced Polymer, 简称FRP) 正逐渐地受到众多土木工程师的接受和青睐, 并成为当今国内外研究与应用领域的一个热点[1]。为了充分发挥混凝土组合梁的优势和解决全FRP结构存在的问题, 国外对FRP与混凝土组合梁研究较多, 如Deskovic (1993年) [2], Hall和Mottram (1998年) [3], Seible和Karbhari (1998年) [4], Van (1999年) [5]和Hulatt (2003年) [6]等, 但是, 国内关于FRP的研究起步较晚, 且多集中在CFRP (碳纤维布) 加固混凝土结构方面, 而关于FRP箱形梁与混凝土板组合结构这方面的研究还比较少。
FRP箱形梁与混凝土板组合梁是将FRP箱形梁与混凝土板通过受力形式的组合, 充分发挥各自力学特性共同工作来承担荷载的结构形式[7]。其构造是在玻璃纤维 (GFRP) 箱形梁的受拉侧粘贴碳纤维板材 (CFRP) , 受压翼板由混凝土板来替代, 为保证FRP箱形梁与混凝土板之间的可靠粘结, 可用环氧树脂胶或某种剪力连接键连接。为此, 研究其抗弯性能是十分必要的。本文采用叠加法, 对FRP箱形梁与混凝土板组合梁抗弯承载力进行了推导, 得出了实用的计算公式。
1 基本假定[8,9]
1) FRP箱形梁与混凝土板组合梁截面符合平截面假定;2) FRP箱形梁与混凝土板间完全交互作用, 忽略FRP箱形梁与混凝土板交界面的相对滑移;3) 假设包纳在受压混凝土层中的GFRP薄层厚度很小, 不影响截面特性;4) 混凝土的应力—应变关系适合GB 50010-2002混凝土结构设计规范, FRP板材应力—应变关系为线性。
2 极限承载力的计算
2.1 破坏模式一
CFRP与受拉区GFRP箱梁均达到极限抗拉强度, 同时混凝土板与受压区FRP箱形梁腹板匀达到极限抗压强度, 即“适筋”梁的界限破坏。
2.1.1 塑性中和轴在FRP箱形梁内
塑性中和轴在FRP箱形梁内的示意图见图1。
混凝土板和FRP箱形梁各部分受力分别为:
混凝土板合力:
Cc=α1β1behcfc (1)
中和轴上方箱形梁受压腹板合力:
Twt=2twafgf′ (2)
中和轴下方箱形梁受拉腹板合力:
Twb=2tw (h-x-t1-tb) fgf (3)
FRP箱形梁底部下方翼板合力:
Tsb=tbbfgf (4)
箱形梁底部下边缘CFRP合力:
Tcf=Acffcf (5)
其中, α1, β1为简化应力图形系数, 按照GB 50010-2002混凝土结构设计规范规定取值;fgf, fgf′分别为GFRP的抗拉强度设计值和抗压强度设计值, 且其值约为
根据内力平衡条件可知:Cc+Twt=Twb+Tsb+Tcf且x=a+hc, 于是得到组合截面塑性中和轴至混凝土板顶面距离x。
对塑性中和轴取矩, 得组合梁极限抗弯承载力:
2.1.2 塑性中和轴在混凝土板内
塑性中和轴在混凝土板内的示意图见图2。
混凝土板和FRP箱形梁各部分受力分别为:
混凝土板合力:
Cc=α1β1bexfc (8)
中和轴以下FRP箱形梁受拉腹板合力:
Twb=2tw (hs-tb-t1) fgh (9)
FRP箱形梁底部下方翼板合力:
Tsb=Asbfgf=tbbfgf (10)
箱形梁底部下边缘CFRP合力:
Tcf=Acffcf (11)
根据内力平衡条件Cc=Twb+Tcf+Tst, 得到组合截面塑性中和轴至混凝土板顶面距离x:
对塑性中和轴取矩, 得组合梁极限抗弯承载力:
2.2 破坏模式二
因CFRP抗拉强度比GFRP大得多, 而破坏时的应变又比GFRP小, 可设想FRP箱形梁在腹板CFRP破坏后, 箱形梁应力重新分布, 截面继续承受增量弯矩, 直到混凝土板达到极限抗压强度, 同时受拉区的GFRP也将达到极限拉应变εgf, 此时FRP箱形梁屈服, 破坏弯矩 (也叫极限弯矩) 为Mu。
2.2.1 塑性中和轴在FRP箱形梁内
此种情况与破坏模式一中塑性中和轴在FRP箱形梁内分析相同, 各合力也相同, 唯一不同之处是此时CFRP断裂, 无Tcf力, 所以对塑性中和轴取矩, 得组合梁极限抗弯承载力为:
2.2.2 塑性中和轴在混凝土板内
此种情况与破坏模式一中塑性中和轴在混凝土板内情况相同, 各合力也相同, 唯一不同之处是无Tcf力, 所以对塑性中和轴取矩, 得组合梁极限抗弯承载力为:
3 结语
FRP箱形梁与混凝土板组合梁底部粘贴CFRP可有效增加结构刚度, 减小变形, 耐腐蚀, 提高截面有效承载力, 减少结构维护费用;本文按照实际受力情况分析, 给出的抗弯极限承载力公式具有理论意义, 但公式正确性仍需试验检验。
参考文献
[1]Kitane Y.Development of Hybrid FRP-Concrete Bridge Sup-perstructure System[D].Buffalo, USA:State University of New York at buffalo, 2003.
[2]Deskovic N, Triantafillou T.C., Meier U.Innovative Design of FRP Combined With Concrete:Short-Term Behavior[J].Jour-nal of Structural Engineering, ASCE, 1995, 121 (7) :1069-1078.
[3]Hall J E, MottramJ T.Combined FRP Reinforcement and Per-manent Formwork for Concrete Members[J].Journal of Com-posites for Construction, 1998, 2 (2) :78-88.
[4]Seible F, Karbhari V M, Burgueno R, et al.Modular Advanced Composite Bridge Systems for Short and MediumSpan Bridges[C]//Proc.of5#International Conference on Short and MediumSpa Bridges.Calgary, Canada, 1998:1-12.
[5]Van ERP G M.Design and Analysis of Fibre Composite Beams for Civil Engineering Applications[C]//Proc.of the1st ACUN International Composites Conference.Sydney, 1999:229-238.
[6]Hulatt J, Houllaway L, Thorne A.Short termtesting of a hy-brid T-beam made froma new prepreg material[J].Journal of Composites for Construction, ASCE, 2003, 7 (2) :135-144.
[7]杨允表, 石洞, 石志源.复合材料与混凝土复合箱梁的设计[J].华东公路, 1999 (4) :43-44.
[8]王连广.钢与混凝土组合结构理论与计算[M].北京:科学出版社, 2005.
抗弯计算 篇5
目前, 有相当一部分梁, 因其荷载等级仅适应修建当年的要求, 已表现出荷载等级偏低、承载力不足以致出现梁底裂缝的缺陷。针对这种病害的加固方法有多种, 从工作原理上可以划分为被动加固和主动加固两大类, 本文将着重介绍粘贴钢板与加大截面面积这两种被动加固方法同时采用时的抗弯承载力理论推导公式, 并附加算例加以说明。
1.1 粘贴钢板加固法
粘贴钢板是粘贴加固中使用较早的一种方法, 通常采用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土梁的受拉缘或薄弱部位, 使之与钢筋混凝土共同受力, 可以提高原结构的刚度, 改善其受力状态, 限制裂缝的开展, 改善钢筋及混凝土的应力状态, 提高梁的承载能力。
用粘贴钢板来加固桥梁, 在国外已得到广泛的应用, 国内也有不少实例, 这是因为这种加固方法具有以下优点[1]: (1) 不需要破坏被加固的原有结构物; (2) 加固工程几乎不增大元结构物的尺寸; (3) 尽管工程质量要求很高, 但施工时并不要求高级的专门技术人员操作; (4) 能在短期内完成加固工程; (5) 几乎可以不改变具有历史价值建筑的原有艺术特点。
1.2 加大梁截面加固法
加大梁截面加固法主要是针对原桥钢筋和截面尺寸偏小, 不能满足当今交通需要的危桥。增大截面加固法, 顾名思义, 是采用同种材料———钢筋混凝土, 来加大原混凝土结构的截面面积, 达到提高结构承载能力、提高结构刚度的目的。增大截面的途径有:增加受力钢筋主筋截面、加大主梁混凝土截面、加厚原桥面板和喷锚四种方法[2]。
增大梁截面加固法的优点是:能在桥下施工, 不影响交通, 加固工作量不大, 而加固的效果也较为显著。因此, 在梁结构补强加固中, 这是一种应用较多的方法。
2 抗弯承载力计算
粘钢及增大截面加固矩形截面预应力混凝土受弯构件正截面抗弯承载力按持久状况承载力极限状态来计算[3,4], 图式如图2-1所示, 计算公式如下:
截面受压区高度按下式计算:
受压区高度x应符合下列要求:
ξb-截面相对界限受压区高度。由于受拉区内配有预应力钢筋, 一般情况下可近似取:C50及以下取ξb=0.4, C55~C60取ξb=0.38。
当受压区配有纵向普通钢筋和预应力钢筋, 且预应力钢筋受压, 即 (f'pd-σ'po) 为正时
当受压区仅配纵向普通钢筋或配普通钢筋和预应力钢筋, 且预应力钢筋受拉, 即 (f'pd-σ'po) 为负时
AP、A'P-分别为截面受拉区及受压区纵向预应力钢筋的截面面积;
fpd、f'pd-分别为截面受拉区及受压区纵向预应力钢筋的抗拉强度及抗压强度设计值;
aP、a'P-分别为截面受拉区及受压区纵向预应力钢筋的合力点至相应截面边缘的距离;
a-截面受拉区原配预应力钢筋、受力普通钢筋和新增钢材的合力点至截面受拉边缘的距离, 按下式计算:
ho-截面有效高度, ho=h-a;
a'-截面受压区原配预应力钢筋和受力普通钢筋的合力点至截面受压边缘的距离, 按下式计算:
σ'po-受压区预应力钢筋合力点处混凝土法向应力等于零时, 即全截面消压时预应力钢筋的应力, 按下式计算。
3 粘贴钢板及增大截面加固矩形截面受弯构件计算示例
3.1 加固设计资料
试验梁长2米, 简支梁两点支承点间距离1.9m, 加固前梁高20cm, 宽15cm, C40混凝土, 截面尺寸如图3-1所示, 配有R235的2Φ8的受拉钢筋及2Φ6的受压钢筋, Φ6的箍筋间距15cm, 形成钢筋笼。所有梁在加固前加载至粱底开裂0.2mm宽后才在粱底粘贴3.8mm厚、1.8m长、10cm宽的Q235钢板进行加固, 同时梁顶加厚5cm增大截面进行加固。加固前、后的梁均采用对称跨中两点加载, 两点加载间距50cm。试验梁的参数见表1。
原矩形梁截面尺寸h=200mm, b=150mm, 跨中截面配有预应力钢筋总截面积Ap=140mm2, 普通受拉钢筋截面积As=101mm2, as=25㎜, 普通受压钢筋截面积As‘=57mm2, as’=25mm, 预应力筋张拉控制应力σcon=800MPa, 预应力筋与混凝土的弹性模量比值np=1.95×105/ (3.25×104) =5.85, 普通钢筋与混凝土的弹性模量比值ns=2.1×105/ (3.25×104) =6.46, 不考虑受压区纵向钢筋的作用。
现采用梁底粘贴厚t=3.8mm, 宽b'=100mm的Q235钢板加固, 截面积Asn=tb'=3.8×100=380mm2, 抗拉强度设计值fsn=200MPa, 弹性模量En=2.1×105MPa, 与混凝土的弹性模量之比nsn=2.1×105/ (3.25×104) =6.46。
3.2 持久状况承载力极限状态正截面抗弯承载力计算
承载力计算中不考虑受压区钢筋的作用。受拉普通钢筋为H335, 抗拉强度设计值fsd=195MPa, 预应力钢筋采用钢绞线, 抗拉强度设计值fpd=1260MPa, 粘贴钢板为Q235, 抗拉强度设计值fsn=200MPa, C40的抗压强度设计值fcd=18.4MPa。结构的重要性系数γo=1。
加固后梁自重在跨中产生的弯矩:
在承载力计算时, 将无粘结预应力筋对梁产生的弯矩作为恒载的一部分进行组合, 而不像有粘结筋那样作为截面的部分抗力效应, 故弯矩组合设计值:
截面加固后, 梁高为h=250mm, 预应力筋合力点至梁底距离ap=40mm, 普通受力钢筋合力点至梁底距离as=25mm, 粘贴钢板合力点至梁底距离asn=t/2=3.8/2=1.9mm, 则所有受拉钢筋合力点至梁底距离:
截面有效高度:
由于截面受拉区有预应力钢筋, 截面相对界限受压区高度取ξb=0.4。
截面受压区高度按下式计算:
解得:x=34.7mm<ξbho=0.4×222.8=89.1mm,
正截面抗弯承载力:
上式说明当试验荷载加载到使跨中产生Mq=19.6k N.m时, 正截面抗弯承载力不满足要求。
4 结束语
试验结果表明, 粘贴钢板及加大截面显著提高了预应力钢筋混凝土梁的正截面抗弯承载力, 并且明显的减小了梁底间裂缝的间距、宽度、高度, 抑制了裂缝的开展, 对提高预应力混凝土构件的耐久性有重要作用, 其中粘钢加固方法具有施工周期短, 粘钢所占空间小, 几乎不改变构件外形, 却能较大幅度的提高构件的承载能力和正常使用性能的特点;加大截面加固法可以同时增大构件的刚度、承载力和变形能力。两种方法同时使用, 兼具二者的优点, 因而明显改善了构件承载力状况。
参考文献
抗弯计算 篇6
钢筋混凝土T型梁的底板和腹板的侧面分别会形成L型和U型的竖向裂缝。由于T型梁桥在其自重和外部荷载的作用下受弯, 导致腹板和翼缘底部的混凝土所受的拉应力超过了其所能承受的最大抗拉强度, 另外温差效应和混凝土的收缩等因素的存在共同致使裂缝出现, 裂缝从底部向上延伸, 形成竖向裂缝。
体外预应力加固T型梁桥是在梁底或侧面增设预应力钢丝束, 并分别锚固在梁的两端, 通过一定的线形关系设置连接构件, 使梁体和预应力钢丝束形成一次超静定结构体系, 从而抵消部分恒载应力起到卸载作用, 达到大幅度地提高截面承载能力的目的, 其施工工艺图如图1。
体外预应力钢丝束加固T型梁桥的施工工艺为:梁顶凿锚固槽→按设计斜度钻孔→安装锚固板→安装定位箍圈→用千斤顶张拉钢丝束→涂上红丹和防锈漆对钢丝束进行防护处理→抹砂浆或混凝土保护层或用套管封闭钢丝束。
2 加固受弯构件正截面抗弯承载能力的计算步骤
体外预应力混凝土T型截面梁桥的正截面承载力计算主要是分析结构整体在进行体外预应力钢丝束加固后, 在荷载作用下产生的应力增量。在正截面抗弯承载能力计算时, 除满足平截面假定外, 还有以下假设: (1) 在承载力极限状态下, 加固后的梁体破坏仍为适筋梁破坏, 受拉区的混凝土不参与受力, 在荷载作用下产生的全部拉力由加固的体外预应力钢丝束和原构件中预应力筋或普通钢筋共同承担; (2) 受压区混凝土的应力达到抗压强度设计值fcd, 混凝土极限压应变取为εcu=0.0033; (3) 原梁中预应力钢筋和普通钢筋均达到其抗拉强度设计值fpd, i或fsd; (4) 在极限状态下, 体外预应力钢丝束的水平筋达到其极限应力σpu, e。
2.1 工程概况
某T型截面梁桥, 计算跨径为l。根据截面尺寸, 可以计算得到截面面积为A, 重心距下缘距离为yb, 截面下缘抵抗矩Wx, 截面上缘抵抗矩Ws, 截面抗弯惯性矩I0。
2.2 原结构内力计算
体外预应力加固计算中应先绘制加固前、后结构内力图。并求出T型梁桥正截面跨中弯矩作用效应组合值;
承载能力极限状态的基本状态组合:1.2MG+1.4Mr+1.4 (1+μ) MQ;
短期作用效应组合值:MG+Mr+0.7MQ;
长期作用效应组合值:MG+0.4Mr+0.4MQ。
式中, MG为恒载标准值;Mr为人群荷载标准值;MQ为汽车荷载标准值;μ为冲击系数。
2.3 原结构承载能力极限状态计算
取跨中弯矩最大的截面进行正截面承载能力分析, 按照GB50010-2010《混凝土结构设计规范》中第一和第二类T型截面梁的计算公式, 求出混凝土受压区高度x;根据已知截面钢筋布置情况, 将x代入式 (1) 可求得原结构构件的正截面抗弯承载力Mu, 并分析结构加固的必要性。
2.4 估算体外预应力钢筋的截面面积
根据加固后的构件有全预应力、部分预应力A类和部分预应力B加固构件的情况, 以及在不同极限状态条件下, 所用的公式略有所不同。以部分预应力混凝土A类加固构件为例, 按照正截面抗裂性要求, 求跨中截面所需有效预加应力Npe:
式中, Ms为正常使用阶段荷载作用短期效应组合下弯矩值;ep为预应力钢丝束合力作用点至截面重心轴的距离。
将式 (3) 代入求出所需预应力钢束的面积Ap:
式中, σcon, e为体外预应力钢丝束的张拉控制力;α为预应力损失折减系数。
2.5 预应力效应计算
布置体外预应力就必须要考虑到预应力损失的问题主要包括: (1) 体外预应力筋在转向处与锚固构造管道之间的摩擦损失σl1; (2) 锚具变形、预应力钢丝束回缩引起的损失σl2; (3) 温差导致预应力的损失σl3; (4) 分批张拉预应力造成的损失σl4; (5) 体外预应力钢丝束张拉后松弛引起的损失σl5。
求正常使用状态下体外预应力筋中永存预应力为:
将式 (5) 代入 (6) 可求出体外钢丝束中水平束的极限应力σpu, e。
其中:
式中:le为计算跨体外钢丝束的有效长度:γp为加固的预应力钢丝束的安全系数;hp, e为加固的预应力钢丝束合力点到截面顶面的距离;c为混凝土受压区顶面至截面中性轴距离;β为混凝土受压区高度折减系数, 取β=0.80。当混凝土强度等级高于C50时, 应按JTG62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中折减;b'f为受压翼板的有效宽度。
2.6 验算加固后正常状态下截面承载能力是否满足要求
体外丝束加固结构后的正截面抗弯承载能力计算分以下两种情况考虑如图2。
1) 中性轴位于T型梁翼板内 (x≤h'f) :
2) 中性轴位于截面翼板内 (x>h'f) :
为确保加固后混凝土仍为塑性破坏, 所求的截面受压区高度x要满足以下条件:
式中, γ0为桥梁结构重要性系数;Md为计算截面弯矩组合设计值;Ap, e为体外预应力水平钢丝束的截面面积;Ap, i为原梁体内预应力筋的截面面积;h'f为受压翼板的厚度;h0为梁顶面至所有预应力筋与普通钢筋的合力的距离, h0=ha;εb为相对界限受压区高度, 按《混凝土结构设计规范》计算。
3 结论
体外预应力加固技术是加固T型截面梁桥等受弯构件的一种较新颖的加固方法, 要想将这种技术更加系统、经济、高效的应用到工程中去, 国内外还需对其进一步研究。应用本文的计算原理可得出这样的结果:文章所采用的理论计算原理与试验所取得的结果基本一致, 较能反映工程实际受力情况。体外预应力加固混凝土受弯构件是一种操作起来简单易行, 且非常有潜力的加固技术, 它能显著地提高被加固构件的抗弯刚度, 防止裂缝的出现, 有效地提高原构件的受力性能。
摘要：体外预应力加固是利用预应力原理, 在原构件体外按某种线形设置预应力钢丝束, 对其施加的初始应力能抵消原构件的部分自重应力, 从而起到卸载作用的一种加固措施。用体外预应力方法加固结构时, 必须要考虑的几个主要问题有:施加体外预应力的施工工艺;估算预应力损失值以及预应力加固后承载力计算等。本文以钢筋混凝土T型梁桥为例, 简单介绍了T型桥梁的病害及运用体外预应力对其加固的施工工艺, 并论述了体外预应力加固计算的基本原理。
关键词：体外预应力加固,T型梁桥,基本原理
参考文献
[1]吕令红.预应力混凝土T型梁桥主要病害及维修加固技术[J].华东公路, 2010, 33 (2) :21-23.
[2]邓来军, 赵小星.桥梁加固设计与施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2004.
[3]江祥林, 易汉斌, 等.体外预应力加固桥梁技术与工程实例[M].北京:人民交通出版社, 2012.1.
[4]JTG62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
[5]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 2001.
抗弯计算 篇7
1 RC梁-钢管混凝土柱环梁节点形式
RC梁-钢管混凝土柱环梁节点分别通过抗剪环和环梁来传递整体传递弯矩和剪力, 节点简图见图1。与传统的节点形式相比, 环梁节点取消了穿心构件, 避免了穿心牛腿, 穿心钢筋对钢管混凝土柱承载力消弱的分析困难, 也避免了穿心构件对混凝土浇注的施工不便和焊接工作量大的缺点。作为环梁节点构思的出发点, 环梁节点采用形式简单, 施工焊接方便的抗剪环传递剪力;采用环抱钢管混凝土柱的混凝土环梁来传递弯矩。在环梁与钢管接触面上紧贴管壁外侧水平贴焊一或多道抗剪环来传递剪力, 剪力的传递分散, 在钢管上引起的附加应力均匀, 应力峰值低, 对钢管的不利影响较轻微, 而且因为抗剪环直径一般不大, 剪力并不会对钢管壁形成撕裂的弯矩。RC环梁与钢管混凝土柱环抱, 在梁端弯矩的作用下与钢管壁形成挤压, 从而能合理地传递弯矩。
2 环梁节点梁端弯矩传递机理
框架梁梁端弯矩作用于环梁上, 引起环梁的扭矩。考虑环梁受负弯矩的情况, 环梁下端挤压钢管混凝土柱, 其反作用力将产生对环梁的抵抗扭矩, 这将大大降低对环梁的抗扭要求。如果再考虑楼板在平面内对环粱上部的约束作用, 环梁由于扭转产生的扭转角将会减小, 因此, 由变形与内力关系可知环梁内扭矩将进一步减小。对环梁传递弯矩机理更为简单的简化是:将框架梁的梁端弯矩分解为对环梁上部和下部的一对拉力和压力。拉力由环梁上部环筋、箍筋与楼板共同承担, 压力由环梁下部的混凝土承担并传递扩散至钢管混凝土柱上。有限元分析及试验证明, 这一设想与实际情况是基本吻合的。
3 基于节点破坏面极限平衡的RC环梁抗弯承载力计算方法
环梁上表面裂缝延伸到环梁边缘, 沿侧面向下延伸形成环梁侧面裂缝。侧面裂缝在半径为R的圆弧上的投影长度约为, hr为环梁高度, 设该投影对应的圆心角为α0, 则。同时该投影通常不超出θ3的范围, 故α0应满足Rcos (θ2+α0) ≮r, 且θ2+α0≯π/4。因此, 取
沿破坏面将环梁切出一隔离体, 框架梁柱边剪力Vb由抗剪环反力Ry和环梁竖向的箍筋名义拉力Fv平衡。框架梁受拉钢筋拉力Fk与其相应的压力合力F'k形成框架梁的柱边弯矩Mb, 而框架梁的柱边弯矩Mb分别是由环梁环筋名义拉力Fh与其压力合力F'h形成的弯矩, 环梁竖向的箍筋名义拉力Fv与钢管对环梁的均布反力Rx形成的弯矩及环梁径向的箍筋名义拉力Fv对反力作用点O取矩形成的弯矩三部分平衡。
通过环梁隔离体受力平衡分析, 对环梁受压区合力中心与STCC柱的交点O取矩可以得到以下平衡关系, 根据破坏形态, 内环环筋不经过破坏面, 可得:
根据破坏形态, 可得:
以上平衡关系化简得到如下环筋计算公式:
1) 若环梁表面裂缝不与内环筋相交, 则有
2) 若环梁表面裂缝与内环筋相交于处, 则有
Fh1、Fh2为受拉环筋的名义拉力, , 而γ1i=xi/b, γ2i=0.4+0.6xi/b分别为以上两受拉环筋名义拉力对应的环筋名义拉力不均匀系数 (把不同位置环筋转化为等面积外环筋取矩时, 对取矩角度不同引起的差异的调整系数) , xi为各位置环筋到环梁内表面的距离;FV=αVAs VfyV/γH, 称为环梁箍筋名义拉力;γH为箍筋间距 (弧度) ;As V为隔离体所示的箍筋单肢面积;αV为闭合箍肢计算系数。
lr为环梁受拉环筋合力作用点到受压区合力点的力臂, 一般取min{0.87h0, hr-50m m};其中设计过程中引入剪环比λ的概念, 来反映环梁环筋与箍筋相互作用。λ为环梁箍筋名义拉力与环梁受拉环筋的名义拉力的比值。上述公式中, 分别定义剪环比λ1=FV/Fh1, λ2=FV/Fh2。
4 结语
本文研究了RC环梁节点基于节点破坏面极限平衡的RC环梁抗弯承载力计算方法, 但是要应用到实际的设计中还存在着一些问题, 试验表明实际实验值和本文中公式计算所得记过有一定出入, 因此还需考虑一个承载力修正系数, 这些还需要进一步研究。
参考文献
[1]方小丹, 李少云, 钱稼茹, 杨润强.钢管混凝土柱-环梁节点抗震性能的试验研究[J]建筑结构学报, 2002.
抗弯光纤的可靠性分析 篇8
除了对弯曲附加损耗的要求之外, G.657光纤在小弯曲半径下的机械性能也是其在实际使用过程中必须关注的一个问题。一般情况下, 光纤的弯曲半径越小, 其所受的张应力和压应力也就越大, 长期处于小弯曲半径状态下的光纤, 如果其机械性能无法得到保证, 那么光纤将会在使用过程中出现断裂的情况, 这将会给系统带来严重的后果。
1 网络和网络故障
对于网络可靠性的分析, 我们假设一个简单的网络, 如图1所示, 这个网络由1000芯的配线光缆采用树型结构组成。
按照运营商的安装和客户接续模式, 各个光纤或各个光纤组存放在主配线光缆或分配线光缆的存放盒内。为了简化并考虑最坏情况, 假定1000条光纤全部在每个独立的光纤链路内, 并经过5个有光纤存放盒的光配线箱。
在这个特定网络结构中, 每单个光纤存放盒20年的故障率0.001%会引起20年内整个网络内有一次单个自发中断的概率为5%。这个概率与在20年运行寿命期内网可能出现的其他故障的概率相当。它的依据是由于链路重新配置或者由于光缆或分线盒损坏等其他原因引发的故障。对于大部分接入网的情况, 可以假定由于自发的光纤断裂引起的确定故障概率大大低于其他原因引起的故障概率。每个运营商要根据更精确的计划外故障率统计数据, 确定可接受的故障率。
2 光纤可靠性的考虑
不考虑光纤固有强度特性和光纤所处环境, 确定每个存放盒故障率的主要参数是所存放光纤的长度和存放的弯曲半径R。缩短存放光纤长度对降低故障率有正的效应, 而减小存放弯曲半径对降低故障率有负的效应。对具有标准设定的筛选应力和常规筛选测试性能的光纤, 采用具有更详细的IEC/TR 62048寿命模型得出20年寿命的最大存放长度是光纤弯曲半径的函数, 对不同静态应力侵蚀敏感系数n (疲劳参数) 值的结果如图2所示。
如IEC 60793-2-50和Telcordia通用要求GR-20-CORE所述, n=18的值是最小值。例如, 每个存放盒的存放长度是100cm, 即每一条单个光纤为2×50cm, 按照保证的n值, 弯曲半径能够从现行的30mm降低到15mm甚至9mm, 而不会降低20年内每个存放盒0.001%故障率。
另一个存放点在光纤处理系统的入口和出口。要求小容积的光纤接入网部件不仅与存放面积有关, 也与入口和出口的最小弯曲半径有关。这种影响可从几个方面考虑:假定为了将光纤引入和导出存放区, 每个存放盒需要有四个附加的90°弯曲。另外假定这些附加弯曲引起的附加故障率应限制在每个存放盒可接受的0.001%故障率的10%以下, 在表1的中间列指明由此产生的最小值。
在右边一列, 给出单个180°不正确的弯曲的最小半径。还有对于这种情况, 假定每个单独存放盒的最大附加故障率为0.1×0.001%。所有的数值与单个光纤处理相关, 给出了对应三种不同疲劳参数n之值。
3 康宁ZBL抗弯光纤的可靠性分析
在FTTH安装中, 4个90°转弯认为是盘绕一圈。表2是不同半径下康宁ZBL抗弯光纤工作20年的可靠性分析。
表2显示即使在5mm的弯曲半径, 光纤的故障率仍然低于10ppm。对于完成安装的FTTH项目, 可以从这张表格来估算系统的可靠性。
例如整个链路有20个90°转弯, 转弯半径为5mm, 则相当于5圈的盘绕, 每圈的故障率为3ppm, 则转弯的故障率为 (5×3) =15ppm。在光分纤箱和终端插座盒内有30个360°盘绕, 盘绕半径为15mm, 每圈的故障率为0.1ppm, 则盘绕的故障率为 (30×0.1) =3ppm。
在整个链路的光纤转弯总故障率为18ppm, 在100000个家庭的FTTH网络中, 在20年的使用寿命中, 由于光纤小弯曲导致的故障不到2次。和其他的原因引起的故障比, 可以忽略不计。
4 结束语
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