針對高桿燈剛度、穩(wěn)定性及經(jīng)濟性等方面的計算，合理調(diào)整有關(guān)因素，提 高高桿燈的整體強度作一探討。 關(guān)鍵詞 高桿燈 安全性計算 迎風(fēng)面積 強度

 

　　高桿照明設(shè)施照明范圍大，功能性強，使用便利，在城市廣場、大型立交、體育場、機場和港口碼頭等處廣泛應(yīng)用的同時，要充分考慮到高桿燈

 

在狂風(fēng)暴雨等惡劣環(huán)境中可靠使用的安全性。高桿燈的安全性包括剛度、穩(wěn)定性及經(jīng)濟性等多方面的計算，其中強度校核是保證使用的一項重要內(nèi)容

 

在此我將分步演算高桿燈安全性計算及強度校核：

 

　　一、高桿燈的安全性計算

 

　　1)高桿燈燈盤(包括燈具)的迎風(fēng)面積：

 

　　由于燈盤采用不同形狀，使燈盤的迎風(fēng)面積具有不確定性。現(xiàn)取常見的封閉式飛碟狀燈盤為例，以燈盤外形的正投影作為迎風(fēng)面參考面積

 

　　S燈盤=(d1+d2)H1/2

 

　　2)高桿燈桿身的迎風(fēng)面積：

 

　　高桿燈桿身往往采用(錐度約1000:5)錐形體或圓柱體。桿身的迎風(fēng)面積隨著桿身長度的增加而逐漸增大。

 

　　S桿身=(D1+D2)H2/2

 

　　3)高桿燈的基本風(fēng)壓計算

 

　　風(fēng)壓是垂直于氣流風(fēng)向的平面受到的風(fēng)的壓力，根據(jù)伯努利方程得出標準的風(fēng)壓關(guān)系公式。風(fēng)的動壓為：

 

　　WP=0.5*r*V2/g=0.5*ro*V2(ro=r/g)

 

　　WP為風(fēng)壓，單位KN/M2。 ro為空氣密度，單位KG/M3。

 

　　V為風(fēng)速，單位是M/S。 r為空氣重度，單位KN/M3。

 

　　空氣重度r和重力加速度g隨緯度和海拔高度而變。一般來說，ro在高原要比在平原地區(qū)小，也就是說，同樣風(fēng)速在相同溫度下，其產(chǎn)生的風(fēng)壓在

 

高原比在平原地區(qū)小。通常的10級大風(fēng)相當(dāng)于24.5M/S—28.4M/S。為了使高桿燈有廣泛的應(yīng)用地區(qū)，暫取高桿燈所在地區(qū)的風(fēng)速為30M/S，且空氣密度

 

取ro=1.255KG/M3。(密度可在物理手冊或有關(guān)資料查得)

 

　　則基本風(fēng)壓WP計算如下：

 

　　WP=ro*V2/2=1.255*302/2=551.25Pa

 

　　4)高桿燈的風(fēng)載荷W0計算

 

　　風(fēng)載荷標準值=基本風(fēng)壓*風(fēng)振系數(shù)*風(fēng)壓高度變化系數(shù)*風(fēng)載體形系數(shù)

 

　　A風(fēng)振系數(shù)

 

　　實際風(fēng)壓是在平均風(fēng)壓上下波動的。平均風(fēng)壓使建筑物產(chǎn)生一定的側(cè)移，而脈動風(fēng)壓使建筑物在該側(cè)移附近左右振動。脈動風(fēng)壓對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動

 

力現(xiàn)象就是風(fēng)振。《荷載規(guī)范》對于一般懸臂結(jié)構(gòu)(構(gòu)架、塔架、煙囪等高聳結(jié)構(gòu))且可忽略扭轉(zhuǎn)影響的高層建筑，風(fēng)振系數(shù)可按規(guī)范中一個相應(yīng)的公

 

式計算。

 

　　B風(fēng)壓高度變化系數(shù)

 

　　《荷載規(guī)范》中把地表粗糙度分為ABCD四類，a類指近海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；b類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的

 

鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；c類指有密集建筑群的城市市區(qū)；d類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。風(fēng)壓高度變化系數(shù)定義為任一高度處的風(fēng)壓與B類地面

 

粗糙度、標準高度l0m處的風(fēng)壓比值。風(fēng)壓高度變化系數(shù)可根據(jù)《荷載規(guī)范》中高度和地面粗糙度類型來查找取值。

 

　　C風(fēng)載體形系數(shù)

 

　　是指建筑結(jié)構(gòu)表面受到的風(fēng)壓與大氣中氣流風(fēng)壓之比。它是衡量風(fēng)對不同外形的建筑物產(chǎn)生不同風(fēng)壓力的一個系數(shù)。比如同樣大小的風(fēng)對圓形和

 

正方形產(chǎn)生的壓力肯定不同，所以，計算風(fēng)對建筑物壓力的時候，針對不同的外形建筑物都要乘以一個體型系數(shù)來擴大或縮小標準風(fēng)壓壓力，使建筑

 

物承受的風(fēng)壓力更接近實際情況。風(fēng)載體形系數(shù)主要與建筑物的體型和尺度有關(guān)，當(dāng)然也跟周圍的環(huán)境和地面粗糙度有關(guān)。風(fēng)載體形系數(shù)可根據(jù)體型

 

按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中的表格查找取值，如果體型與表中不同，可根據(jù)相關(guān)資料來近似確定或由風(fēng)洞試驗準確地測得。

 

　　5)高桿燈的風(fēng)壓系數(shù)C

 

　　風(fēng)壓系數(shù)是計算空氣阻力的一個重要系數(shù)，往往通過風(fēng)洞實驗和下滑實驗來確定的一個數(shù)學(xué)參數(shù)。高桿燈燈盤、燈桿的最大風(fēng)壓系數(shù)可以查建筑

 

結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中圖表資料來近似確定或由風(fēng)洞試驗準確地測量。

 

　　6)高桿燈燈盤(包括燈具)的風(fēng)力

 

　　N燈盤=W0*S燈盤*C燈盤

 

式中：W0是風(fēng)載荷標準值

 

　　S燈盤是燈盤的迎風(fēng)面積

 

　　C燈盤是迎風(fēng)面的風(fēng)壓系數(shù)，可查相關(guān)手冊，

 

　　7)高桿燈燈盤(包括燈具)風(fēng)力對底部的彎距

 

　　M燈盤=N燈盤*H

 

式中：H是高度，一般可取30米

 

　　8)高桿燈桿身的風(fēng)力

 

　　N桿身=W0*S桿身*C桿身

 

式中：W0是風(fēng)載荷標準值

 

　　S桿身是燈身的迎風(fēng)面積

 

　　C桿身是迎風(fēng)面的風(fēng)壓系數(shù)，可查相關(guān)手冊，

 

　　9)高桿燈桿身風(fēng)力對底部的彎距

 

　　M桿身=∫300C桿身*W0*S桿身ydy

 

式中：y是高度，暫取30米

 

　　10)高桿燈合計風(fēng)力

 

　　∑D高桿燈=D燈盤+D桿身

 

　　11)高桿燈合計彎距

 

　　∑M高桿燈=M燈盤+M桿身

 

　　12)高桿燈合計自重

 

　　Q高桿燈=Q燈盤+Q桿身

 

　　Q燈盤燈盤包括燈具的重量

 

　　Q桿身燈身往往采用等距?80(外徑)＊14(壁厚)高強度低合金結(jié)構(gòu)鋼16MN鋼管或用10mm，16mm厚的碳素結(jié)構(gòu)Q235鋼板彎曲卷成圓筒焊接而成。焊接

 

鋼管價格相對無縫鋼管較低，應(yīng)用較多。燈桿的自重是隨燈桿長度增加而增大。

 

　　13)高桿燈的抗彎截面系數(shù)

 

　　W= ?D4一d4)/32D=笵3[1-(d/D)4]/32

 

　　二、高桿燈的強度校核

 

　　1)高桿燈的底部面積

 

　　S= ?D2一d2)/4 式中：D是外徑、d內(nèi)徑

 

　　2)高桿燈的結(jié)構(gòu)自重應(yīng)力

 

　　由于高桿燈的整體份量較重時，所以計算強度時要考慮自重引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。

 

　　假設(shè)燈桿底部面積在變形前后橫截面不變且與燈桿軸線垂直，可定應(yīng)力在燈桿底部橫截面上均勻分布

 

　　d結(jié)構(gòu)自重=Q高桿燈/S燈底部橫截面積

 

　　3)高桿燈彎矩作用下的應(yīng)力

 

　　d彎矩=M/W

 

　　M是合力矩(截面的彎矩)，W是抗彎截面系數(shù)

 

　　4)高桿燈合計應(yīng)力

 

　　根據(jù)疊加原理可以得出: d總=d結(jié)構(gòu)自重+d彎矩

 

　　5)高桿燈的安全系數(shù)

 

　　為了保證高桿燈的燈桿能正常地工作，必須使其所受的最大工作應(yīng)力不超過制作燈桿材料的容許應(yīng)力。制作燈桿的材料往往采用低合金結(jié)構(gòu)鋼

 

16MN或碳素結(jié)構(gòu)Q235鋼，這二者都屬于典型的塑性材料。塑性材料通常是以屈服極限應(yīng)力作為容許應(yīng)力。當(dāng)壓縮受力達到塑性材料的屈服極限應(yīng)力時

 

，即出現(xiàn)塑性變形，進而發(fā)生斷裂、破壞。燈桿材料的屈服極限應(yīng)力d屈服可在有關(guān)設(shè)計規(guī)范和手冊查得。

 

　　安全系數(shù)計算如下：

 

　　K=d屈服／d總

 

　　K是表示安全儲備大小的系數(shù)，數(shù)值恒大于l。

 

　　確定安全系數(shù)時，要慎重全面的考慮到各方面的因素，如風(fēng)振系數(shù)等相關(guān)計算值與實際情況的誤差等等。安全系數(shù)只有超過《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范

 

》中設(shè)計規(guī)范的要求，高桿燈的結(jié)構(gòu)才是安全的。

 

　　三、合理調(diào)整有關(guān)因素，提高高桿燈的整體強度

 

　　我們知道高桿燈的整體強度與外形、材料等因素有關(guān)，合理調(diào)整這些因素，可以有效提高燈桿的整體強度。如燈桿截面形狀可以采用階梯式的截

 

面體，多面棱柱，橢圓形等多種形式或加大燈桿的橫截面積，減少燈盤荷載(燈具的數(shù)量)都可以影響燈桿的整體強度。

 

　　高桿燈不僅要滿足安全性計算和強度校核的要求，也應(yīng)同時滿足剛度，穩(wěn)定性以及生產(chǎn)經(jīng)濟性等其它方面的要求。總之，只有從設(shè)計、制作，經(jīng)

 

濟性等多方面入手，才能生產(chǎn)出質(zhì)優(yōu)價廉，安全穩(wěn)固的高桿燈