12m路灯灯杆抗风、抗挠强度计算
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。
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。
路灯灯杆的抗风设计
在太阳能路灯系统中，抗风设计关键分为两大块，一为电池组件支架抗风设计，二为灯杆抗风设计。
下面按以上两块分别做分析。
⑴太阳能电池组件支架抗风设计依据电池组件厂家技术参数资料，太阳能电池组件能够承受迎风压强为2400Pa。
若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），依据非粘性流体力学，电池组件承受风压只有477Pa。
风压就是垂直于气流方向平面所受到风压力。
依据伯努利方程得出风－压关系，风动压为wp=0.5·ro·v² (1)其中wp为风压[kN/m²]，ro为空气密度[kg/m³]，v为风速[m/s]。
因为空气密度(ro)和重度(r)关系为r=ro·g, 所以有ro=r/g。
在(1)中使用这一关系，得到wp=0.5·r·v²/g (2)此式为标准风压公式。
在标准状态下(气压为1013 hPa, 温度为15°C), 空气重度r=0.01225 [kN/m³]。
纬度为45°处重力加速度g=9.8[m/s²], 我们得到wp=v²/1600 (3)太阳板受力面积为0.770*0.680m+0.770*0.680m即：太阳板所受风压=（27）²\(1600*0.77*0.68*2)=0.4771305kpa≈477pa 所以，组件本身是完全能够承受27m/s风速而不至于损坏。
所以，设计中关键要考虑是电池组件支架和灯杆连接。
在本套路灯系统设计中电池组件支架和灯杆连接设计使用螺栓杆固定连接。
⑵路灯灯杆抗风设计路灯参数以下：电池板倾角A =25度灯杆高度= 8m设计选择灯杆底部焊缝宽度δ = 4mm 灯杆底部外径= 168mm焊缝所在面即灯杆破坏面。
灯杆破坏面抵御矩W 计算点P到灯杆受到电池板作用荷载F作用线距离为PQ = [8000+（168+6）/tan25]×Sin25 = 1545mm =1.545m。
路灯灯杆的抗风设计
在太阳能路灯系统中，抗风设计主要分为两大块，一为电池组件支架的抗风设计，二为灯杆的抗风设计。
下面按以上两块分别做分析。
⑴ 太阳能电池组件支架的抗风设计依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2400Pa。
若抗风系数选定为27m/s (相当于十级台风)，根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有477Pa。
风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。
根据伯努利方程得出的风－压关系，风的动压为wp=0.5 ro v2(1)其中wp为风压［kN/m2］, ro为空气密度［kg/m3］, v为风速［m/s］。
由于空气密度(ro)和重度(r)的关系为r=ro g,因此有ro=r/g。
在(1)中使用这一关系，得到wp=0.5r r r v2/g (2)此式为标准风压公式。
在标准状态下(气压为1013 hPa, 温度为15°C), 空气重度r=0.01225 ［kN/m3］。
纬度为45°处的重力加速度g=9.8［m/s2, 我们得到wp=v2/1600 (3)太阳板受力面积为0.770*0.680m+0.770*0.680m即：太阳板所受风压=(27) 2(1600*0.77*0.68*2)=0.4771305kpa竝I77pa 所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。
所以，设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。
在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。
⑵ 路灯灯杆的抗风设计路灯的参数如下：电池板倾角A =25 度灯杆高度= 8m设计选取灯杆底部焊缝宽度8 = 4mm灯杆底部外径二168mm焊缝所在面即灯杆破坏面。
灯杆破坏面抵抗矩W 的计算点P 到灯杆受到的电池板作用荷载F 作用线的距离为PQ = [8000+（168+6）/tan25]S in25 = 1545mm =1.545m。
所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M二F S.545。
路灯灯杆的抗风破坏设计计算公式
路灯灯杆得抗风破坏设计计算公式路灯得参数如下: 电池板倾角A=16°,灯杆高度=５m 设计选取灯杆底部焊缝宽度δ=4mｍ灯杆底部外径＝168mm。
焊缝所在面即灯杆破坏面。
灯杆破坏面抵抗矩W得计算点P到灯杆受到得电池板作用荷载F作用线得距离为PQ= [5０(168+6/ｔａn1６o］×Ｓin1６o＝ 15４5ｍm=1。
５45ｍ。
所以,风荷载在灯杆破坏面上得作用矩M=Ｆ×1、5４5。
根据2７m/s得设计最大允许风速,2×30W得双灯头太阳能路灯电池板得基本荷载为７30Ｎ。
考虑1。
3得安全系数,F=１.3×73０＝949Ｎ。
所以,M=F×１。
545=94９×１。
5４5=1４６6N。
m、根据数学推导,圆环形破坏面得抵抗矩W=π×(３r2δ＋3rδ2＋δ３)。
上式中,r就是圆环内径,δ就是圆环宽度。
破坏面抵抗矩Ｗ＝π×(３r２δ+3rδ2＋δ3)=π×(3×8４２×4＋3×84×42＋４3)=8８７68mm3=88、768×1０-6m3风荷载在破坏面上作用矩引起得应力=M／W=１466/(88、７6８×10－6)=16.5×１06pａ=16、5Ｍpa＜〈215Mpa其中,21５Ｍpa就是Ｑ2３５钢得抗弯强度。
所以,设计选取得焊缝宽度满足要求,只要焊接质量能保证,灯杆得抗风就是没有问题得。
灯杆材质选用上海宝钢产优质低碳钢Q235Ａ型,钢材得硅含量不高于0、0４%,经大型折弯机一次折弯成型,直线度误差不超过０、０５％,灯杆得抗风能力按36．9米／秒１1级以上设计,抗地震烈度为8级。
高杆灯具操作及注意事项一:高杆灯具得操作必须由两人或两人以上进行,控制柜由一人操作,其余人员注意观瞧灯盘得升降位置、二:高杆灯具得升降操作1、打开配电控制柜,将空气开关分开,切断总电源。
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：
路灯结构计算书
路灯结构计算书工程号：编制人：专业负责人：审核人：1概况本计算书对XX地区杆高为8m的双叉路灯进行结构验算。
2设计依据2.1路灯数据LED灯距离地面高为8m，灯杆采用稍径为100mm，根径为180mm，壁厚为5mm的锥形钢杆；单盏灯具迎风面积为0.30m2，重200N；单侧灯臂迎风总面积为0.164m2，重为78.2N；砼基础尺寸为1.10×1.10×1.10m，地脚螺栓型号为M24，数量n=4，分布直径Dr为400mm。
2.2自然条件XX基本风压W0=800N/m2，地基土为硬塑土，地基承载力fa0=120KPa,地面粗糙度考虑近海海面和海岛、海岸、湖岸地区为A类，地下水埋深大于2m,地基土容重为γs=18KN/m3。
2.3计算依据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)《高耸结构设计规范》(GB50135-2006)《钢结构设计规范》(GB50017-2015)《架空输电线路基础设计技术规程》(DLT 5219-2014)《钢结构单管通信塔技术规程》(CECS 236-2008)3荷载计算3.1永久荷载1）灯杆重量计算公式:G灯杆=π(d+D-2t)tHγ/2=1331.7N式中:灯杆稍部直径d=100mm灯杆根部直径D=180mm灯杆壁厚t=5mm灯杆高度H=8000mm材料容重γ=7.85E-05N/mm32）基础顶面竖向荷载计算公式:GK1=ΣG灯臂+ΣG灯具+G灯杆+G法兰盘+G钢板=2771.3N式中:灯臂重量G灯臂=78.2N灯具重量G灯具=200N法兰盘重量G法兰盘=392.5N预埋钢板重量G钢板=490.6N 3.2风荷载1）风荷载标准值计算公式；Wk =βgμzμsw=614.4N/m2式中：Wk风荷载标准值W基本风压βg风振系数，对高度小于30m的构筑物取1.0μz风荷载体型系数，取0.60μs风压高度变化系数，取1.282）灯具、灯臂、立柱风荷载计算公式：FWi =γγqWkAi式中：结构重要性系数γ=1.00可变荷载分项系数γq=1.40单盏灯具迎风面积A灯具=0.30m2单侧灯臂迎风面积A灯臂=0.164m2立柱迎风面积A立柱=1.120m2单盏灯具Fw1=1.0×1.4×614.4×0.30=258.0N单侧灯臂Fw2=1.0×1.4×614.4×0.164=141.1N灯杆Fw3=1.0×1.4×614.4×1.120=963.4N3）立柱底部水平力及弯矩计算公式M=ΣFwi ×hi=9872.3N.mF=ΣFwi=1761.6N式中：Fwi灯具、灯臂、立柱的所受的风荷载hi灯具、灯臂、立柱受风荷载集中点到立柱底的距离灯具、灯臂受风荷载高度hi=8m灯杆重心到根部高度hi=(2d+D)H/(3d+3D)=3.619m4灯杆强度验算4.1根部截面验算1）截面数据截面积A=π(D2-(D-2t)2)/4=2.75E+03mm2截面抗弯模量W=π(D4-(D-2t)4)/32D=1.17E+05mm22）正应力验算计算公式σmax=M/W=84.38MPa<[σ]= 215.0MPa，满足设计要求3）剪应力验算计算公式τmax=2F/A=1.28MPa<[τ] =125.00MPa，满足设计要求4.2开孔截面验算危险截面为灯杆底端筋板上部开孔处的截面，取距法兰盘底向上0.4m处的截面,偏安全考虑，弯矩剪力采用灯杆根部数据。
灯杆基础抗风强度计算与路灯倾斜因素分析
灯杆基础抗风强度计算与路灯倾斜因素分析摘要：随着城市现代化的推进，金属杆路灯已取代了水泥杆路灯，其已成为了主流的道路照明设施，路灯线路也由架空线转向地埋电缆敷设。
建设地埋管线的金属杆路灯对路灯的基础施工有比较严格的强度要求，涉及到基础螺杆、基础混凝土本身强度、基础周围围土压实度等几个方面的安全性验算。
本文针对路灯基础螺杆的设计尺寸和设计强度进行安全性校验计算，同时对当前普遍存在的路灯倾斜原因进行系统分析。
关键词：城市照明抗风强度安全校验路灯倾斜在城市照明施工图设计中，通常会根据道路的等级、路面材料、结构形式、道路长度选定照明设计标准值包括平均照度、照度均匀度、功率密度、环境比等，根据这些标准值选定灯杆类型、光源类型和光源功率、布灯方式、设计间距、电缆类型等，然后通过平均照度的计算、功率密度的计算、线路压降的计算等验算是否达到照明设计标准，其中涉及到灯杆详细结构、基础配套设计、灯具配套设计等都是按照通用配套定制，这其中涉及的灯杆强度、基础强度、基础螺杆强度、地基土质等均没有做很详细的安全性校核。
本文针对路灯基础螺杆的强度进行受力分析并验算基础安全性，并对路灯施工中常见的灯杆歪斜原因进行分析。
<!--[if !supportLists]-->一、 <!--[endif]-->运行条件假设我们假定一套常规单弯臂路灯，灯高10米（灯具中心线到基础法兰平面的垂直高度），要求抗风等级为12级台风。
基础为无锡标准1.4米常规基础，灯杆法兰尺寸360*360mm，基础法兰尺寸410*410mm,基础螺杆为4*M20，螺杆中心距为?290mm，灯杆、基础螺杆均为Q235钢，灯杆底部外直径?180，顶部直径?68。
另假设灯杆无弹性变形，灯杆和基础混凝土本身均能满足12级台风极限下不发生变形或破坏的强度要求，灯杆法兰和基础法兰均能在极限条件下不发生变形破坏，基础基坑稳固。
灯杆和基础详细结构图如下：二、灯杆受力分析<!--[if !supportLists]-->1、<!--[endif]-->受力图简化根据材料力学分析，我们可以看出，灯杆在未发生倾斜前，基础法兰接触面上四个固定螺杆均承受了单一拉伸力，在灯杆发生倾斜后才会在基础螺杆上产山扭矩和剪力。
路灯灯杆的抗风破坏设计计算公式
路灯灯杆的抗风破坏设计计算公式路灯的参数如下：电池板倾角A=16°，灯杆高度=5m 设计选取灯杆底部焊缝宽度δ=4mm灯杆底部外径=168mm。
焊缝所在面即灯杆破坏面。
灯杆破坏面抵抗矩W的计算点P到灯杆受到的电池板作用荷载F作用线的距离为PQ= [50（168+6/tan16o]×Sin16o= 1545mm=1.545m。
所以，风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M=F×。
根据27m/s的设计最大允许风速，2×30W的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为730N。
考虑的安全系数，F=×730=949N。
所以，M=F×=949×=。
根据数学推导，圆环形破坏面的抵抗矩W=π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）。
上式中，r是圆环内径，δ是圆环宽度。
破坏面抵抗矩W=π×（3r2δ＋3rδ2＋δ3）=π×（3×842×4＋3×84×42＋43）=88768mm3=×10－6m3风荷载在破坏面上作用矩引起的应力=M/W=1466/（×10－6）=×106pa=＜＜215Mpa其中，215Mpa是Q235钢的抗弯强度。
所以，设计选取的焊缝宽度满足要求，只要焊接质量能保证，灯杆的抗风是没有问题的。
灯杆材质选用上海宝钢产优质低碳钢Q235A型，钢材的硅含量不高于%，经大型折弯机一次折弯成型，直线度误差不超过%，灯杆的抗风能力按36.9米/秒11级以上设计，抗地震烈度为8级。
高杆灯具操作及注意事项一：高杆灯具的操作必须由两人或两人以上进行，控制柜由一人操作，其余人员注意观看灯盘的升降位置。
二：高杆灯具的升降操作1、打开配电控制柜，将空气开关分开，切断总电源。
2、将灯杆检查门打开，拔下电源插头，3、灯盘的下降操作：将控制柜升降倒顺开关调在顺（升）的位置上，这时，灯盘开始平滑上升，当听到“哒”的一声锁卡定位声时或看见灯盘定位销退出挂钩并且锁卡以经锁定挂钩，这时将倒顺开关调在倒（降）的位置上，灯盘开始下降，当灯盘下降到离地面2米左右时停止下降（下降极限为离地面1.5米高），将倒顺开关调在停的位置上，这时就可以进行对灯盘上的任何操作，如灯具、电器、光源的调整、检修。
灯杆强度设计程序
A、已知条件1、风速U=36.9m/s约12级台风2、灯杆材质Q2353、屈服强度[σ]=235Mpa4、弹性模量E=210Gpa5、灯杆尺寸H=22000mm d=400mm D=600mm δ=15mm 6、组件倾斜角度0°B、风压P=U 2/1.6=851.01N/m 2C、迎风面积S 塔杆==11.00m 2S 挑臂=60×1200×0=0.00m 2S 灯具=100×600×0=0.00m 2S 组件=1580×810×6=7.68m 2×sin 0S 风叶=300×600×=0.00m 2D、扭矩核算1、重心高度Hx==10.27m M 塔杆==96106.97N·mM 挑臂==0.00N·m M 灯具==0.00N·m M 组件==0.00N·m M 风叶==0.00N·m =96106.97N·mW==0.00m 3[M]==923911.91N·m综上所述=9.61E、挠度核算De==500.00mm2、截面惯性矩I==672312759.38mm 4因此灯杆强度是太阳能路灯强度校验π×De 4×[1-(De 内径/De）4]/64W*[σ][M]/M 总＞11、圆锥杆，相当于直杆，近似计算（d+D）/2P×S 组件×H P×S 风叶×HM 总=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π×（D 外径4-D 内径4）/32D4、灯杆根部实际理论扭矩允许值P×S 灯具×H （d+D）*H/2（2d+D）*H/3（d+D）2、风压对路灯各部位的扭矩P×S 塔杆×Hx P×S 挑臂×H3、重心处载荷Q==9361.07Nfmax==23.92mm[fmax]==550.00mm6、综上所述=23.00还有地基强度和地脚螺栓强度计算，我也上传了[fmax]/fmax＞1因此灯杆挠度是结论：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。
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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）/Q345
1.3 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 kg
2、迎风面积
2.1 S 灯体= 0.1m 2
2.2 S 灯杆= 6m 2
3、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 2
T1=3.63×)236.0(3AH m EI
H ρ+ =0.56s
T1>0.25s 采用风振系数来考虑，风压脉动的影响。
4、风振系数βz
4.1 基本风压 ω0T 12= 0.81×0.562 =0.254kN/ m 2
∴脉动增大系数 ξ ＝2.10
4.2 风压脉动和风压高度变化的影响系数
ε1 ＝0.75
4.3 振型、结构外形影响系数 ε2＝0.76
∴β ＝1＋ξ ·ε1•ε2＝2.20
5、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
＝0.31KN
6、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
＝1.40KN
7、灯杆距底法兰处所受的最大弯矩：
M 总＝0.31×8＋1.40×4＝8.08KN ·m
8 、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 =3
4417.0)162.017.0(098.004.8
m
m KN -⨯⋅ =87MPa
σb <[ 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。