北京玻璃钢冷却塔,玻璃钢结构设计的一些考虑

与其他如金属、木材、钢筋混凝土等惯用材料相比较，玻璃钢毕竟还是相当年轻的材料。尽管在航空、船舶、化工、建筑、车辆、机电等方面都有应用，它的结构设计方法还不成熟，有待于进一步有意识的积累经验和资料。目前的玻璃钢结构设计方法，基本上是所谓等代设计：即在结构物形状、荷载、使用环境都不变的条件下，用玻璃钢材料代替其他材料制作零件。所用的设计计算方法是沿用原用材料的设计方法，稍为考虑一些玻璃钢的特点，有时甚至只作等强度或等刚度的替换。原惯用材料的设计计算方法是人类在生产斗争中积累起来的经验，是应该而且是必须借鉴的。在今后一段时间内，等代设计可能仍是常用的设计方法。这种设计方法，有时是可行的，有时不一定是可行的。在结构设计中，希望能最有效的使用玻璃钢。从结构上来说，玻璃钢的主要优点是易成型性和轻质高强以及强度和弹性性能的可设计性，这些优点使人们在结构形状的设计和材料性能的设计上有较大的自由；玻璃钢的主要缺点是低的弹性模量和低的层间强度，这些使零件的连接和某些有刚性要求的结构设计增加了难度。下面将讨论一些结构设计中应注意的问题。

1.强度和弹性性能的可设计性

玻璃钢是由树脂和玻璃纤维或其织物组成的，它的比重较小，大约为1.5~2.0，视玻璃纤维的含量多少而定。它的强度是较高的，有时采用“比强度”这一指标作为选用材料的依据，所谓比强度就是强度与密度之比。比较各种材料的比强度，玻璃钢的品位是较高的，这对于承受惯性力的产品（例如叶片）来说是有利的。玻璃纤维的强度或弹性模量比树脂的强度或弹性模量大几十倍，而玻璃纤维在宏观范围内是单向强度的材料，所以玻璃钢的强度或弹性模量在相当大的程度上取决于所含的玻璃纤维量和其分布的方向，这二点使人们能够在一定程度上设计出各种强度和弹性性能的玻璃钢。一般说来，可以设计成三种类型，即准各向同性材料、二个垂直方向上有较高强度或弹性模量的正交各向异性材料、以及只在一个方向上有特高强度的单向材料。准各向同性玻璃钢可以用短切纤维预混料压成，也可以用短切纤维毡制成，其纤维含量约为15~45%；也可以用玻璃布作0°、±45°、90°铺陈，其纤维含量在50%左右；还有用单向丝片作0°、±60°铺陈，其纤维含量可高达80%。这类材料在铺陈平面内各个方向上有基本上相同的强度和弹性模量，但其绝对数值是低的。对于强度或刚度要求不高的产品，或者对于荷载情况不甚清楚而只能要求具有准各向同性性能时，例如一些机电零件或头盔等产品，可以选用这类组成。双向铺陈可以用玻璃布或单向丝片作0°、90°铺陈，在0°及90°方向上可以有相同的强度或弹性模量，或者有一定比例的强度或弹性模量，其数值是较高的，但在45°方向上则较低，对于一般矩形或近似矩形的平板或薄壳形构件，可以采用这种铺陈。单向铺陈可以用单丝片或股纱在一个方向上铺陈，在这个方向上有特高的强度或弹性模量，其拉伸强度可达10000公斤/厘米，但是在垂直于这一方向的第二方向上，强度是很低的，最多也只是树脂的拉伸强度500公斤/厘米左右。对于荷载情况清楚而产品的重量要求又很严格的产品，可以考虑这种铺陈形式。一般比较保险的是选用4：1或7：1的铺陈形式。图1-1表玻璃钢的纤维含量、铺陈方向对主要方向的强度或弹性模量的影响。单向铺陈的树脂含量最低而一主向强度（弹性模量）最高；随机短切纤维毡的树脂含量最高而强度（弹性模量）最低。