光缆结构强度设计与分析

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1、2002年光缆电缆学术年会论文集光缆结构强度设计与分析虞春唐小川李波陈林大唐电信科技股份有限公司光缆厂成都，611731)【摘要】结构强度是一项很重要的光缆机械性能指标本文探讨了光缆结构强度的设计方法，并分析了实际结构强度与理论设计强度的差异。通过统计实际测试数据，提出了部分典型光缆的强度设计方法，并以普通非金属光缆为例说明了实际强度设计过程.关键词:光缆结构强度强度设计1引言光缆结构强度主要分拉伸强度和侧压强度。本文在此主要探讨拉伸强度问题，侧压强度在以后的时间里再做研究。同时说明，这儿的强度不是指在光缆破坏时的状态值，而是指光缆在拉伸各个过程中的状态值，主

2、要关注光缆在结构余长附近的强度状态值。结构强度是在从事光缆机械性能设计时必须考虑的问题。例如，应客户要求，需要将GYSTA53光缆的中心加强元件从单钢丝换用FRP，这时应该考虑到光缆的结构强度发生了变化。又如，设计ADSS光缆需要知道在应变窗口下结构强度值是多少，以便于计算最大允许张力。因此，光缆结构强度的设计是光缆性能设计中经常碰到的问题，如果强度设计合理，不但能保证光缆的性能指标，同时可以避免大量的使用加强材料以造成不必要的浪费。在现有的技术文献中，提到光缆的结构强度往往指光缆破断或破坏时的力值，而没有关心光缆在应变窗口范围内的力值变化情况和设计方法。光缆

3、在应变窗口范围内的力值往往距离破断值或破坏值还很远，在实际的光缆设计中又非常重要，甚至可以超过破断值或破坏值的重要性。正因为如此，作者在从事光缆强度性能设计时深深体会到光缆结构强度的重要性，特提出这个问题以进行探讨。2结构强度设计基本方法结构强度在理论上的基本设计方法主要是采用弹性力学的算法，即:Q'I*一艺(E,S,)xE(1)在公式(1)中，Q理论表示光缆的理论结构强度，凡表示各构件弹性模量，S}表示各构件截面积，￡表示应变。2.1假设条件在采用弹性力学计算公式计算光缆结构强度之前，必须设定如下的假设条件:(1)假设组成光缆的各构件在光缆应变窗口范围内均发

4、生弹性变形。(2)假设光缆是一个均匀的弹性体，即光缆内部没有相对滑动，整体变形均匀。-206-虞春唐小川李波陈林:光缆结构强度设计与分析通常普通光缆应变窗口在0.2%左右，在这个应变条件下，绝大多数光缆构件特别是加强件均处于弹性变形范围内。特别地，对于诸如ADSS之类具有。名%左右大应变窗口的光缆，其构成元件也基本处于弹性变形范围内。所以，第1条假设完全可以采用。对于第2条假设，在实际中可能稍有差异，但作为理论上的计算是可以采用。2.2设计方法强度设计方法可以采用全元件强度设计和主要元件强度设计等两种方法。全元件强度设计是指在光缆强度设计计算中将所有承力元件的

5、强度进行算术迭加;主要元件强度设计是指在光缆强度设计计算中将主要承力元件的强度进行算术迭加。这两种设计方法的计算原理都相同，其差异在于参与计算的元件数目不同，因而导致强度数值稍有差异以ADSS光缆强度设计为例，说明全元件强度设计和主要元件强度设计的差异。表1是某层绞式ADSS光缆的结构参数和元件部分性能指标。表2是分别采用两种强度设计方法得到的ADSS光缆强度数据。表1元件几何尺寸和性能指标元件名称元件参数中心构件FRP直径:ID2.3;弹性模量:52Gpa松套管(PBT)外径:m2.0;壁厚:0.35;弹性模量:2.5Gpa;数量:6芳纶纱类型:Twaron

6、1055,8050dtez;弹性模量:104Gpa:数量:22内护套类型:中密度护套料;厚度:Imm;外径:ID8.8:近似弹性模量:0.5Gpa外护套类型:中密度耐电痕护套料;厚度:1.9mm:外径:013.8;近似弹性模量:0.5Gpa表2ADSS光缆强度设计0.4%应变下的强度相差率元件FRP松套管内护套芳纶纱外护套强度计算值(N)(%)全元件JJJJJ6435强度设计4.7%主要元件JJ6134强度设计通过表1和表2的数据可以看到，组成该ADSS光缆的元件有5个，全元件强度设计方法将5个元件都带人公式(1)进行计算，而主要元件强度设计方法将2个主要元件

7、带人公式(1)进行计算。通过全元件强度设计方法得到的ADSS光缆在。.4%应变下的强度值比主要元件强度设计方法得到的数值稍大，强度相差率为4.7%.当然，在强度设计计算中，不能将光纤、光纤填充胶、缆芯填充胶等元件算人，这是因为在光缆设计中光纤是受保护的信号传输元件，一般情况下不允许受力或只能承受非常微弱的力;而填充胶是非固态元件，不具备固体弹性变形这种性能。2.3典型光缆强度设计方法通过大量分析理论强度计算数据，可以得到部分典型光缆的强度设计方法。(a)对于普通非金属光缆，如GYFTY，最好采用全元件的强度设计方法。这是因为通过分析发现，FRP在光缆强度中所占

8、的比例大约82%左右，其它元件的强度贡