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　　[摘 要]玻璃钢又被称为纤维塑料，缩写被称为FRP，玻璃钢不同于普通的钢化玻璃，它的材质是玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛的树脂基体，具有轻重量，耐腐蚀，绝缘性好，热性能好，使用范围大的的特点，又因为玻璃钢材料是以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料。玻璃钢复合材料用途广泛，广泛应用于机器零件制造，石膏模浮雕混凝土模的制造，汽车船舶外壳的建设。

　　[关键词]玻璃钢复合材料 稳定性能 轴压构杆

　　前言

　　纤维复合材料以其质量轻，耐腐蚀，不导电，可塑性强，热性能强的独特特点，被认为是建造输电塔结构的可采用材料之一，但目前我国在纤维复合材料建造输电塔结构这一课题，并没有进行深入研究过。玻璃钢复合材料的轴压构件是格构式纤维强化塑料杆塔的基本受力单元，我们通常计算设计轴压构件是从分两个情况，第一个情况是考虑较短较粗的杆件时，要使控制截面的应力不大于材料的设计值，保证不会出现轴压构件顶部过松而导致轴压构件损坏的情况，第二个情况是考虑较长较细的杆件时，要保证具有很强的稳定性，不会出现侧向动力失衡而破坏轴压构件的情况。本文分析了玻璃钢复合材料的物理性能，讨论了如何保证纤维复合材料的稳定性，并结合相关数据推导了玻璃钢复合材料轴压杆件的临界应力和稳定系数的计算公式。

　　1、玻璃钢复合材料的物理力学性能

　　纤维增强塑料的组成通常为环氧树脂，玻璃纤维增强不饱和聚酯，具有质量轻，不导电，耐腐蚀，灵活性好等特点，根据实验我们可知纤维增强塑料的物理力学性能主要包弹性模量GPa，泊松比，抗拉强度MPa，抗压强度MPa，老化后抗压强度MPa，由此我们根据实验也可以得出结论玻璃钢复合材料是理想的线弹性材料。

　　2、玻璃钢复合材料稳定性分析

　　2.1选择合适的截面

　　我们在上文提到过计算轴压构件要从两种情况考虑，保证控制截面应力不大于材料的设计值。因此我们在选择合适的截面时，要考率弹性稳定的问题。如果把弹性模量认定为常量，临界应力不超过材料的比例极限，在这基础上Euler提出了临界计算公式

　　σcr=σE=π2E/λ2(σcr为构件的临界应力，σE为欧拉临界应力，E为构件的弹性模量，λ为件的计算长细比)若不考虑弹性稳定的情况，则可以考虑用

　　σcr=πE/λ<=f，求出临界值。由本公式推导可以得知玻璃钢复合材料的稳定性不足，目前市场上的截面类型丰富，可以满足多种要求，综合上述要求，我们要选择截面，要有足够的强度，并且还要满足截面惯性大的。如圆形截面可以很好的满足这些要求，既可以保证截面有足够的稳定性，满足承载力，而且操作也简单。

　　2.2轴心压杆的弹性弯曲屈曲

　　上文中关于求临界值问题，我们给出了两个公式，一个是考虑弹性稳定的情况，由Euler提出的公式，另一个是不考虑弹性稳定的公式，即欧拉公式。欧拉公式只是在理想状态下不考虑弹性稳定提出的公式，只是适用于一些轴压构件比较细长的情况。若将玻璃钢复合材料的管型轴压构件进行研究，对比比对正常测试情况下的平均值与欧拉公式的值，我们可以清晰的看出若出现λ》FRP轴压构件的情况，那么欧拉临界应力的值比较准确，但出现λ

　　2.3等效弯曲率对轴压构界应力的影响

　　理想下的轴心受压构件是在制作，安装构件时，不会受到初始弯曲或截面残余应力的情况。但是在现实生活中和实验测试中，我们发现轴心受压构件难以摆脱初始弯曲和截面残余应力的影响，即使构件的初始彎曲已足够小，但时轴压杆的承载力也是会低于欧拉临界力，此外附加弯矩的出现和增长，截面残余应力的存在，进一步降低了杆件的承压能力。事实证明，理想状态下的轴心受压构件是不存在的，初始弯曲，残余应力等其他原因降低了轴心受压构件的承载能力，我们在计算轴心受压构件的承载能力时，要考虑到初始弯曲，残余应力的不利因素，也要注意到构件端部钢套阻止了构件的变形，提高了承载力的情况。

　　目前我国规定了在钢结构验收中初弯曲桡度的最大允许值，充分考虑了初始弯曲，截面残余应力，轴心受压构件的变形程度等因素。根据测试可知，由于纤维增强塑料的弹性规模小，纤维增强塑料构件的等效弯曲率对应的初始弯曲最大所达到的值，远大于国家验收标准中所规定的值，为得到比较准确的结果，我们可以考虑假定一个保守的初始弯曲的数值，使这个值为较为平直的理想条件。将这个值代入标准公式，所得到的计算公式就是较为科学的计算公式了。

　　2.4轴压杆的稳定系数

　　上段提到的计算纤维增强塑料构件的承载力的参考式为二次方程，不易算出最终结果，为方便运算我们提出了稳定系数这一思路，设定稳定系数为构件的稳定能力比上屈服应力的比值。我们将稳定系数带入计算纤维增强塑料构件的承载力的二次方程中，根据公式推导可知，稳定系数不仅与材料抗压强度，屈服应力有关，还与径厚比有关，轴压杆的稳定系数随径厚比的增加而提升，径厚比增加后，二者之间的斜率越来越小，当达到某个值时，轴压杆的稳定系数不在随径厚比发生改变。因此在加工构件时，要尽量保持径厚比在稳定系数与径厚比值的斜率最大数值处，这样既可以降低截面的厚度，还可以减少稳定系数的不利影响。

　　2.5老化对轴压构件系数的影响

　　纤维强化塑料老化后，虽然强度降低，但是弹性模量没有发生改变，轴压杆的稳定系数也没有发生改变，因此计算构件的承载能力也可以根据上文提到的公式进行推算，只要把强度设计值改成老化后强度值就可以了。根据实验推导，我们可以得知，纤维强化塑料老化后，轴压杆的稳定系数的值比以前增大，构件的计算长度比越大，那么构件的临界应力越大，使老化后的轴压构件的构件系数越大，因此我们可以得知，若构件为细长的情况时那么在构件的计算长度比和构界的临界应力关系图中，他俩二者之间的斜率值随构件的计算长度增大而减小，斜率变化小，构件系数上升慢，若构件为短粗的情况时，那么在构件的计算长度比和构件的临界应力关系中，他们二者之间的斜率值随构件的计算长度增大而减小，斜率变化大，构件系数上升快，综上可以若径厚比越大，轴件的临界应力越大，那么轴压构件系数越大。

　　3、结论

　　根据前文我们可以得知纤维增强塑料的物理性能，具有热性能好，不导电，耐腐蚀的特点，是理想的建造输电线结构的材料，由前文的计算和推导，我们得出了计算构件承载力的公式。针对弹性稳定问题，我们提出了一种正常状态下，由Elurce提出的公式，和另一个理想状态下，不考虑弹性稳定的欧拉公式，测试可知欧拉公式只适用细长的构件，此为理想状态下的公式。在计算构界的承载力时，我们通常考虑初始弯曲，截面残余应力，钢套约束的情况，为方便计算，我们引入了轴压构件的稳定系数这一概念，它是由构界的稳定应力和屈服应力决定的，并考虑到径厚比的影响，此外要注意老化对稳定系数的影响。

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