路灯杆强度计算
路灯灯杆强度计算
太阳能路灯的工作原理1 系统介绍1.1系统基本组成简介系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED灯头、控制箱（内有控制器、蓄电池）和灯杆几部分构成；太阳能电池板光效达到127 Wp/m2，效率较高，对系统的抗风设计非常有利；灯头部分以1W白光LED和1W黄光LED集成于印刷电路板上排列为一定间距的点阵作为平面发光源。
控制箱箱体以不锈钢为材质，美观耐用；控制箱内放置免维护铅酸蓄电池和充放电控制器。
本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又被称为“免维护电池”，有利于系统维护费用的降低；充放电控制器在设计上兼顾了功能齐备（具备光控、时控、过充保护、过放保护和反接保护等）与成本控制，实现很高的性价比。
1.2工作原理介绍系统工作原理简单，利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10lux左右、太阳能电池板开路电压4.5V左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。
蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。
充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。
2 系统设计思想太阳能路灯的设计与一般的太阳能照明相比，基本原理相同，但是需要考虑的环节更多。
下面将以香港真明丽集团有限公司的这款太阳能LED大功率路灯为例，分几个方面做分析。
2.1太阳能电池组件选型设计要求：广州地区，负载输入电压24V功耗34.5W，每天工作时数8.5h，保证连续阴雨天数7天。
⑴广州地区近二十年年均辐射量107.7Kcal/cm2，经简单计算广州地区峰值日照时数约为3.424h；⑵负载日耗电量==12.2AH ⑶所需太阳能组件的总充电电流=1.05×12.2×÷（3.424×0.85）=5.9A 在这里，两个连续阴雨天数之间的设计最短天数为20天，1.05为太阳能电池组件系统综合损失系数，0.85为蓄电池充电效率。
灯杆强度设计计算书
A、已知条件 1、风速 2、灯杆材质
U= 36.9 m/s Q235
约12级 台风
3、屈服强度
[σ]= 235 Mpa
4、弹性模量
E= 210 Gpa
5、灯杆尺寸
H= 8000 mm
d= 90 mm
D= 210 mm
δ= 5 mm
6、组件倾斜角度
35 °
B、风压
P= U2/1.6= 851.01 N/m2
= 150 mm
2、截面惯性矩 I=
π×De4×[1-(De内径/De）4]/64
= 5990040.6 mm4
3、重心处载荷
Q= 4、风压对路灯产生的挠度
M总/Hx
= 9670.79 N
fmax=
QHx3/3EI
= 106.76 mm
5、灯杆实际理论的挠度允许值
[fmax]=
H/40
= 200 mm
C、迎风面积 S塔杆= S挑臂= S灯具= S组件= S风叶=
D、扭矩核算
60 100 1580 300
（d+D）*H/2
=
1.2
m2
×
1200 × 0 =
0
m2
×
600
× 0=
0
m2
×
810
× 6 = 7.6788 m2× sin 35
×
600
× 0=
0
m2
1、重心高度
Hx=
（2d+D）*H/3（d+D）
= 3.47 m
2、风压对路灯各部位的扭矩
M塔杆= M挑臂= M灯具= M组件= M风叶=
3、灯杆根部的截面抵抗距
灯杆强度设计计算书
De4= 506250000
此灯杆挠度是安全的 等，实际危险截面处的
N·m N·m N·m N·m N·m N·m
W=
π×（D外径4-D内径4）/32D
4、灯杆根部实际理论扭矩允许值
= 0.00016112 m3
[M]=
W*[σ]
＞1
= 1.13
因此灯杆强度是安全的
E、挠度核算
1、圆锥杆，相当于直杆，近似计算
De=
（d+D）/2
C、迎风面积 S塔杆= S挑臂= S灯具= S组件= S风叶=
D、扭矩核算
60 100 1580 300
（d+D）*H/2
=
1.2
m2
×
1200 × 0 =
0
m2
×
600
× 0=
0
m2
×
810
× 6 = 7.6788 m2× sin 35
×
600
× 0=
0
m2
1、重心高度
Hx=
（2d+D）*H/3（d+D）
6、综上所述
[fmax]/fmax＞1
= 1.87
因此灯杆挠度是安全的
结论：考虑风速的不均匀系数，空气动力系数，以及风向与灯杆、灯具的夹角等，实际危险截面处的 应力及灯顶的挠度均比以上计算的结果低，故此灯杆设计是安全可靠的。
还有地基强度和地脚螺栓强度计算，我也上传了
°= 4.404 m2
此灯杆强度是安全的 (De内径/De）= 0.9333333 (De内径/De）4= 0.7588346
太阳能路灯强度校验
A、已知条件 1、风速 2、灯杆材质
U= 36.9 m/s Q235
路灯杆-合杆-智慧路灯-强度计算校核说明书教学内容
弯灯矩杆：危M险3X截=M面杆3YX轴+∑极M限3X= 弯矩：M3Y=M杆3Y+∑M3Y=
1.7309 kN.m
3.85 kN
X向力 （kN）
0.1477
X向弯矩(kN· m)
1.6252
Y向力 （kN）
0.1477
0.1231
1.2866
0.1847
0.1231
0.8126
0.1231
3.7245 kN.m
σNx=Njx/Ajx=
0.299
0.299 m
0.005 m
4.62E-03 ㎡
4.99E-05 4.99E-05
0 m4
3.34E-04 3.34E-04
算：
2.3.2 脉动共脉
动风载荷
g-峰值因子，可取 2.5； I10-10m高度名义湍流 强R-度脉，动可风根载据荷地的面共A振、 分量因子； Bz-脉动风载荷的背景 分量因子。
z 1 2gI10 1 R 2
R
61
x12 (1 x12 )4/3
2.3.2 脉动共脉
动风载荷
f1-结构第1阶自振频 率kw-（地H面z）粗；糙度修正系 数ξ，1-结可构根阻据尼地比面，A、钢B 结构取值0.01。
x1
30f1 k w 0
, x1
5
Bz
kH a1 x z
1 (z) z
2.3.2 脉动空脉
动风载荷
Ф1（z）-结构第1阶 振型系数；
H-结构总高度；
ρx-脉动风水平方向 相关系数； ρz-脉动风竖直方向 相关系数； k、a1-系数，按照相 关标准取值。
（1）竖直
H-结构总高度。 （2）水平
路灯灯杆强度计算公式
二、 风压 P=U2/16 =
(N/m2 980 ）
三、 迎风面积 S灯杆= S叉杆= S灯具=
(D+d)*H/2 = 0.6 (m2)
1.67 (m2) 0.228 (m2)
四、 根部所受最大力矩
主杆根部的力矩，可以等效为集中风力作用在主杆重心处对主杆根部的力矩:
1、 重心高度
Hx=
(2d+D)*H/3(D+d)=
W=π*(D4-d4)/32D
=
2、 危险截面应力：
б =M/W=
76069694.48 (Pa)
3、 安全系数：
K= [б]/б =
3.09 >1.5
故强度是安全的。
(m 0.000143886 3)
六、 挠度计算 1、 惯性矩：
De= (D+d)/2=
167 mm
I=
π(De4-de4)/64
=
2、 风力影响
4.47 (m)
M灯杆= M灯具= M叉杆=
P1*S灯杆*Hx=
7317.3
P1*S灯具*Hx=
2629
P1*S叉杆*Hx=
999.01
M总=M灯杆+M灯具+M叉杆= 10945
（N·m） （N·m） （N·m） （N·m）
五、 强度校核 1、 灯杆的危险截面处于根部，根部的抗弯截面系数：
灯杆强度校核
一、 已知条件
1、 材 设计最大风速度:
U=
40 m/S
2、 料：
Q235
许用
应Байду номын сангаас
3、 力：
[σ] =
235 MPa
弹性
模 4、 量：
10米太阳能LED路灯灯杆强度计算说明书
太阳能LED路灯灯杆强度计算说明书10米灯杆光伏板功率：130Wp*2光伏板尺寸：1650*550mm1、整灯抗风计算风压（Wp）：Wp=0.5*Ρ*V²Ρ：为空气密度[kg/m3] v：为风速[m/s]空气密度Ρ==r/g r：重度（标准状态r=0.01225 [kN/m3]） g：重力加速度9.8[m/s2]即：将Ρ带入Wp=0.5*Ρ*V²公式中，得wp=0.5·r·v2/g将r、g带入公式wp=0.5·r·v2/g，得Wp= v2/1600[kN/m²]1、要求抗风等级12级根据以上公式：Wp=v²/160012级风速：32．7～36．9m/s代入公式（选择最大），得：Wp= 36.9²/1600=0.851[kN/m²]根据太阳能路灯灯杆截面积：（a+b）*H/2a=0.136m b=0.28m10米灯杆截面积及光伏板面积为：S总=（0.136+0.28）*10/2+1.65*0.55*2=3.895m²S 光伏板=1.65*0.55*2=1.815m²力臂长度：10米依据力学中的杠杆公式，此时固定螺钉所承受的弯矩为：M=0.851*3.895*10=33.2n.m根据设计：螺栓使用M24高强度螺栓，六个螺栓固定。
螺栓扭矩力大于需要的承受力，因此根据数据表明，该抗风设计完全符合设计要求。
螺栓扭矩力：参考以下表格或GB/T 3098.13-1996高强度螺栓施工扭矩值参考表系数值即可得施工终拧扭矩钢结构用大六角高强度螺栓连接副的施工扭矩是根据实测的扭矩系数进行计算而得的，即为了满足规范中所规定的预拉力值要求，根据试验所获得的真实的扭矩系数用GB50205-2001附录中的计算公式计算而得。
详见《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）第65页“附录B 紧固件连接工程检验项目”中的第B.0.3条规定。
12m路灯灯杆抗风、抗挠强度计算
12m 路灯灯杆抗风、抗挠技术1、已知条件1.1 最大风速 Vm=35m/s (P 风压：ω0＝0.81KN/m 2)1.2 材料 材质符合Q235（A3）/Q3451.3 许用应力［σ］=210Mpa(《钢结构设计规范》)（Q235） 许用应力［σ］=345Mpa(《钢结构设计规范》)（Q345）1.4 弹性模量：E=2.06×1011N/M 2(《机械设计手册》)1.5 灯管外形为选用Q235钢管焊接，100*200，壁厚分别为4mm.1.6 灯体自重10kg ，杆重 500 kg2、迎风面积2.1 S 灯体= 0.1m 22.2 S 灯杆= 6m 23、结构自振周期I=⨯64π (0.174-0.1724)=8.5×10－6m 4 A=⨯4π(0.172-0.1722)=0.0022m 2T1=3.63×)236.0(3AH m EIH ρ+ =0.56sT1>0.25s 采用风振系数来考虑，风压脉动的影响。
4、风振系数βz4.1 基本风压 ω0T 12= 0.81×0.562 =0.254kN/ m 2∴脉动增大系数 ξ ＝2.104.2 风压脉动和风压高度变化的影响系数ε1 ＝0.754.3 振型、结构外形影响系数 ε2＝0.76∴β ＝1＋ξ ·ε1•ε2＝2.205、顶端灯具大风时的风荷载： （u τ 取1.3）F1＝βzUsUzU τ灯体S ⋅0ω＝2.20×0.9×1.3×1.0×0.81×0.15＝0.31KN6、灯杆大风的风荷载：F2＝βzUsUzU τ杆S ⋅0ω＝2.20×0.7×1.0×1.1×0.81×1＝1.40KN7、灯杆距底法兰处所受的最大弯矩：M 总＝0.31×8＋1.40×4＝8.08KN ·m8 、灯杆底端（危险截面即筋板上部开孔处的截面） 风压弯曲应力 σb σb = S M 总 =34417.0)162.017.0(098.004.8mm KN -⨯⋅ =87MPaσb <[ σb ]=210Mpa结论：结构设计是满足国家相关设计规程的要求是安全的。
10m中华灯抗风强度计算
智慧路灯受力分析计算书一、计算说明1.概述：本路灯设计用于城市道路/景区/公园/广场建设工程，地面粗糙度为B类2.设计高度：10米3.主体结构形式：截面为圆形的锥管杆4.灯杆配置：灯盘、基站、显示屏5.设计年限：五十年6.安全等级：二级7.设计风压：0.66kpa8.基础形式：方形混凝土独立基础9.计算依据：1)《建筑结构荷载规范》 (GB50009-2012)2)《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2010)3)《钢结构设计规范》 (GB50017-2003)4)《城市户外广告设施技术规范》 (CJJ149-2010)5)《高耸结构设计规范》 (GB50135-2006)6)《架空送电线路钢管杆设计技术规范》 (DLT5130-2001)7)《架空输电线路基础设计技术规程》 (DLT5219-2014)8)《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2011)9)《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2010)10)《户外广告设施钢结构技术规程条文说明》 (CECS148-2003)11)《玻璃幕墙工程技术规范》 (JGJ102-2003)12)《机械设计手册第五版》 (主编成大先)二、基本数据左侧图纸仅为示意1.设备1)设备名称重量(kg)高度(m)X向迎风面积(m2)Y向迎风面积(m2)基站2410.600.38主灯盘80100 1.2按照主灯臂所在的辅灯盘20 6.600.3相应垂直主灯臂为摄像头100摄像头200显示屏7050 1.22)设备X轴总迎风面积 A1=0㎡3)设备Y轴总迎风面积 A2= 3.08㎡4)设备总重量G1= 1.94kN2.灯杆1)灯杆高度H1=10m2)灯臂长度L0=3m3)灯臂直径d0=0.06m4)灯臂壁厚t b=0.004m5)灯臂与灯杆夹角k b=8°6)灯杆底部外径D=0.245m7)灯杆顶部外径d=0.245m 8)等效直径De=0.245m 9)灯杆壁厚t 0.005m 10)灯杆迎风面积A 2=2.63㎡11)柱底法兰规格L 1×B 1×t 10.50.50.025m12)灯杆重量(包含法兰)G 2= 3.590 kN(钢材密度7.85Kg/m³)3.基础1)预埋锚板规格L 2×B 2×t 20.50.50.025m2)地脚螺栓距离l 2×b 20.40.4m3)地脚螺栓直径d 2=M 30地脚螺栓有效面积A 3=㎡5614)地脚螺栓数量n=8个5)混凝土规格L×B×H 1.2 1.2 1.4m 6)L/B方向配筋直径d L =d B =φ127)L/B/H方向配筋条数K L ×K B ×K B888条三、结构分析与计算由于灯杆横断面宽度相对于高度较小，且对风载荷作用敏感，因此可看作为一种特殊的高耸结构，其简化模型为悬臂梁结构。
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9米路灯杆强度计算
本计算数据根据GB50135-2006《高耸结构设计规范》确定。
已知条件：
1.计算按最大风速V=28m/s（10级台风风速为24.5~28.4 m/s）。
2.灯杆材料Q235，许用应力[σ]=225000KN/㎡。
实际强度要求大于理论强度不少于3倍。
3.灯杆外形尺寸：9m
灯杆高度H=9m，壁厚δ6.0㎜；
上口直径D上=180㎜，下口直径D下=310㎜；
灯杆上部挑臂长度尺寸为左L1=3.4m；右L2=2.2m；
灯底板法兰直径500㎜×25㎜。
4.基础尺寸：
基础外形：高度1.5m，埋深2m
地脚螺栓孔距：直径420mm
地脚螺栓直径：M30六根。
灯杆强度计算：
1.标准风压计算
由风速28m/s知基本风压为W0=0.622KN/㎡
则标准风压W= W0·K t=0.8×1.1=0.68KN/㎡。
（式中风压调整系数Kt：取1.1）
2.灯杆灯头的风力计算
风荷载体行系数μs：圆锥形杆体取0.7
风压高速变化系数μz：取0.9
灯杆迎风面积：S杆=2.205㎡
灯头及灯箱迎风面积：S灯=8㎡
灯杆受风力F杆=W·μs·μz· S杆=0.946KN
灯头受风力F灯= W·μs·μz· S灯=3.420KN
3.灯杆受的总弯矩计算
灯杆弯矩M杆=F杆·H/2=4.267KN·m
灯头对灯杆的弯矩：M灯=F灯·H·0.75=23.09KN·m
总弯矩：ΣM=M杆+ M灯=27.36 KN·m
4.灯杆抗弯模量计算
Wz=π（D下4—D4）/32/ D下=3.14×(0.3104-0.2984)/32/0.31=0.0004271m3 5.灯杆弯曲应力计算
灯杆的弯曲应力Σσ=ΣM/ W0=64075KN/㎡
Σσ<[σ]=225000KN/㎡满足3倍安全系数要求
从以上的计算中看出，灯杆的强度足够。
地脚螺栓强度校核：
风向为对角线时，地脚螺栓的拉力最大
N=ΣM×Y/ΣY²=27.36×0.4/0.4²+2.2×0.1²=60.14KN
安全系数K取2.5
地脚螺栓M30有效截面积：S=350㎜²
Q235钢的屈服极限：σs=235N/㎜²
许用拉力N=σs×S/K=235×350/2.5=329KN>N=60.14KN
地脚螺栓采用M24六根够多。