新材料在灯桩建设上的应用.doc

1、1新材料在灯桩建设上的应用摘 要：灯桩按材料来分有早期的砖石和钢筋混凝土、钢、玻璃钢、超高分子量聚乙烯、工业用铝合金灯桩等。本文将后二种材料，超高分子量聚乙烯和工业用铝合金称为“新材料” 。通过分析灯桩建设的特点和难点，阐述了新材料用于灯桩建设的优越性和工程可行性，并讨论了这种灯桩在设计中的一些特殊问题。 关键词：材料 灯桩 建设 设计 1.灯桩建设的各环节概述 1. 1 选址 选址，是灯桩建设的首要环节。为满足助航导航功能的需要，灯桩一般建设在偏僻的航道岸边和礁石上，但选址也必须照顾工程施工的可能性，若施工太困难，造价过高，那么再理想的地点都是不现实的。此外还要考虑便于灯桩建成后的维护管理，

2、因为灯桩建设的施工过程是短暂的，而建成后的维护管理是长久的，因此要尽量使建成的灯桩管理方便，维护费用合理，因此必须考虑灯桩的防腐情况、交通情况、维护所需设备等。 1.2 建筑设计 灯桩属于构筑物类，一般说，它的体量与房屋建筑相比小得多，但是由于灯桩大多孤独地立于场区的突出之处，非常显眼。因此灯桩虽小却可成为一个城市或一个区域（海区）的标志建筑。从这一点上说，它2的外观最好是一个“艺术品” ，但它与一般的雕塑艺术又不尽相同，它必需满足构筑物的功能需要，满足有关的规范要求，不能随心所欲，一定程度上限制了外形的创造空间，这可以说是灯桩建筑设计之难点。 1.3 结构设计 众所周知，结构设计主要是保证构

3、筑物的强度、刚度和使用寿命，并兼顾经济合理性。 位于陆地上的灯桩，其结构设计是比较简单的，可以按常规的设计方法进行结构设计，但在海中建设的灯桩，其结构设计就比较复杂，除要同陆上灯桩一样考虑抗地震、台风外，还要考虑水流、波浪等载荷，尤其是基础设计，往往依赖于海洋工程手段，但由于工程量小从经济上又很难完整地执行海洋工程的一套，这是个很大的难题，笔者认为最好的办法恐怕还是尽量从选址上做到“靠水而不沾水” 。 1.4 施工 对施工有利的建设地点，自然是路通，有淡水，有交流电等，这是最理想的地点，但由于灯桩的特殊性，往往难以做到，往往需要建设在孤岛上或者海中的礁石上或者潮间带上，材料、设备搬运特别困难，

4、又没有淡水，没有交流电，而且常受台风等天气影响，可作业时间受限。 为减少灯桩施工的这个难点，最好的办法还是尽量采用轻质材料，采用工厂生产的组件，以减少运输量，减少现场施工工作量，缩短施工周期。 2.材料选择在灯桩建设中起着关键作用 2. 1 建筑设计方面 回顾灯桩的发展，不同材料的选用，在灯桩的建筑设计上，会影响3灯桩的造型和外观艺术效果。 早期用的砖石，由于其可塑性小，所以砖石结构灯桩的造型必然壮实而单调；及至钢筋混凝土结构，它的可塑性提高了，所以钢筋混凝土结构灯桩可以设计成任何造型，但现存的基本上仍是实体的。待到钢结构的采用，才设计成具有一定的通透感的外型。 八十年代，广东曾用过玻璃钢建造

5、灯桩，优点是可设计成各种壳体，外形多样化。可是由于所用材料的固化剂含苯有毒，现场施工又很难作保护措施，对施工工人有害，即使在工厂制造也大多靠手工，难以机械化，发展前景有限。 超高分子量聚乙烯与玻璃钢虽同为高分子材料，但它的主要优点是可以在工厂制造在现场组装，因而不存在玻璃钢的缺点。而工业用铝合金，更可在工厂制造现场组装，又由于铝合金可以在现场焊接，更具灵活性。 超高分子量聚乙烯与工业用铝合金，这二种新材料，表面闪闪发光，光彩夺目，都有极好的视觉效果。因之外形的可塑性极好，所以，新材料的应用，必能激发建筑设计师的艺术灵感，为灯桩的外形设计开辟新的天地。 2.2 结构设计方面 不同材料的力学性能不

6、同，必然影响它们的结构设计。新材料力学性能与 Q235-A 钢力学性能对照如下表： 从表中可见，超高分子量材料的优势在自重轻，强度虽低一些，但只要合理的设计是可以满足需要的。而铝合金，特别是 5000 系列的铝镁4合金，性能与钢差之不大。在此，我们必需改变一说到铝就想到“软”的老概念，对民用铝的确如此，但对工业铝则完全不同。因此用新材料建造的灯桩完全有可能比钢结构更轻巧耐用且便于维护管理。 2.3 使用寿命方面 砖石结构灯桩、钢筋混凝土灯桩、钢结构灯桩和玻璃钢结构灯桩的使用寿命，在良好的维护保养的情况下，设计使用寿命一般在 50 年以上，这已被许许多多的工程实例所证实。至于现时，玻璃钢灯桩不再

7、采用的原因，不在于寿命问题，而是由于玻璃钢是半透光的，制作又是手工涂刷树脂难以均匀，因此从内部向外看疙疙瘩瘩斑斑驳驳很不美观，加上含笨固化剂的毒性，不受欢迎。 目前超高分子量聚乙烯和铝合金材料的老化试验都表明寿命都可达到 50 年。从灯桩的使用实践说，超高分子量聚乙烯灯桩近几年虽已在使用，但年份有限难以对寿命作评价。铝合金用作灯桩还没有实例，但这种 5000 系列的铝合金特别是其中的 5A05、5A02 有很好的防腐性。已广泛应用于船舶、舰艇、汽车和飞机板焊接件、需严格防火的压力容器、致冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹元件、装甲等等领域，可以相信它的使用寿命是不成问题的。而船用铝合

8、金的水密门窗我们在灯塔、导标上已采用多年，效果甚好，可作间接佐证。 3.新材料用于灯桩建设的优点 综上所述，新材料用于灯桩建设的优点可归纳为：自重轻、耐腐蚀、免维护、寿命长、标准化程度高（这二种新材料都有标准化的平板与管材，都可在工厂预制） 、现场搬运方便、施工便利、工期短等。 5值得指出的是，新材料的采用有利于发展绿色经济。 钢筋混凝土离不开现场“湿”作业，在海边缺淡水之地不仅供水困难，而且污染水环境，寿命结束后的残弃物又无法循环利用，不利于环境保护，我们必须拼弃那种反正在荒野，些小污染无所谓的旧观念。环境是一个整体，必须从点滴把关，而新材料灯桩建设时干净，寿终后可再利用。此外，新材料的采用

9、也符合创新拉动经济的新经济政策。 4.经济性讨论 超高分子量聚乙烯灯桩价格比较划算，例如 CML806-6000 型灯桩每座 20.9 万元（每米约 3.5 万元） 。 5000 系列铝合金板材价格约 40 元公斤，建造一座直径 1000 毫米、壁厚 20 毫米、高 10 米的灯桩的铝合金用量约 3.0 吨，铝合金材料的费用约 12.00 万元，据了解专业铝合金加工生产厂，全部加工制作成灯桩也可控制在 20.00 万元左右，这是可以接受的。 5.新材料灯桩设计中的一些特殊问题 5. 1 上部结构与基础的联接问题 新材料灯桩的基础仍是用传统的混凝土基础为好。 对于铝合金灯桩，由于目前钢与铝尚不能

10、直接互焊，因此基础的顶面应预埋钢板一块，灯桩的底部应有铝合金板一块，二者用螺栓连接。一般说不同材料间会有电化腐蚀，但由于灯桩交接处所在环境是干环境，这种电化腐蚀是很小的，为进一步避免这种可能出现的腐蚀，可在二者界面间涂以油漆或其它合适的防护物料作隔绝层。 5.2 风力共振问题 6风对圆柱形体的作用力是具有脉动性的，由于新材料特别是超高分子量聚乙烯的弹性模量比钢的钢弹性模量小很多，所建成的灯桩自振周期大，有可能与风产生的作用相共振，这种结构共振有时有很大的破坏作用，在建筑史上有血的教训，因此规范要求在重要场合对共振发生可能性大的结构必须进行校核。校核方法可参考海洋工程中坐底式平台中的有关方法。 参考文献： 1建设部.钢结构设计规范.GB50017-2003. 2美国石油学会 API.离岸固定平台设计与建造规范.1983 年中国船检局.