買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，各種大型廣場、車站、 公路立交橋、港口以及機(jī)場 等陸續(xù)建成，這些區(qū)域?qū)Υ竺娣e照明的需求推動(dòng)了高桿燈的發(fā)展。而隨著高桿燈越來越廣泛的應(yīng)用，它的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和成本也逐漸成為了社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。高桿燈的設(shè)計(jì)制作是多門學(xué)科交錯(cuò)滲透的綜合體 ,其深刻的機(jī)理自有著它的嚴(yán)密性和科學(xué)性。 本課題主要運(yùn)用了 25米高桿路燈燈桿結(jié)構(gòu)在風(fēng)載、雪載以及自身重力的作用下，進(jìn)行了有限元分析，得出燈桿各部件的應(yīng)力與變形的大致分布情況，分析路燈燈桿結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是否符合設(shè)計(jì)的要求。并且在此 基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過進(jìn)一步減小桿壁的厚度、調(diào)整法蘭孔及螺栓尺寸、減小地基體積等方法成功地降低了高桿燈的重量與成本。 關(guān)鍵詞：高桿燈，有限元分析， 力 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 of of to of of its of is a of is is 5 it we of of to it of on to by of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目錄 摘要 一章 緒 論 . 4 言 . 1 桿路燈的國內(nèi)外研究狀況 . 4 桿燈桿體強(qiáng)度 分析以及變形 . 6 高桿燈桿體的力學(xué)計(jì)算 . 6 高桿燈桿體壁厚沿桿體高度的合理布置 . 9 桿體選用不同材料對桿體參數(shù)確定的影響 . 10 桿燈系統(tǒng)的受力分析和強(qiáng)度校核 . 10 章小結(jié) . 11 第二章 高桿燈的總體設(shè)計(jì) . 12 桿設(shè)計(jì) . 12 源及燈具配置 . 13 源的選擇 . 13 具的選擇 . 13 盤及升降機(jī)構(gòu) . 14 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與修建 . 16 第三章 25米高桿路燈桿燈有限元分析的建模過程 . 18 關(guān)軟件介紹 . 18 介 . 18 25 米高桿燈的主要內(nèi)容和參數(shù) . 25 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 件簡介 . 27 軟件模型處理過程 . 27 5 米高桿燈的有限元模型 . 28 決的問題 . 28 第四章 25米高桿路燈燈桿的有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì) . 30 單一載荷下的有限元分析 . 30 風(fēng)載 . 30 雪載 . 33 重載荷下的有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì) . 36 限元分析 . 36 結(jié)論分析 . 40 構(gòu)優(yōu)化 . 41 優(yōu)化建議 . 45 結(jié) 論 . 46 參考文獻(xiàn) . 47 致 謝 . 46 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 第一章 緒 論 言 近年來 ,伴隨著國內(nèi)照明技術(shù)的不斷提高和引進(jìn)國外的先進(jìn)照明裝置 ,高桿燈照 明越來越受到人們的歡迎和廣泛重視。如 1996 年 9 月完工的滬寧高速公路 ,就采用了英國的 比如 1997年 7月完工的南京祿口國際機(jī)場專用高速公路也采用了英國的科藝公司的照明技術(shù)。國內(nèi)外的高桿照明技術(shù)正在向?qū)嵱没?、功能化的方向發(fā)展。燈桿由圓柱等徑向多邊形的錐體發(fā)展，燈盤結(jié)構(gòu)由裝飾型向框架功能型發(fā)展，升降機(jī)構(gòu)由單筒向多筒發(fā)展，光源由 400W 鈉燈向 1000W 鈉燈發(fā)展 ,電器控制由人工的向時(shí)控及光控等自動(dòng)控制方向發(fā)展。除此之外 ,燈桿表面的防腐處理工藝、掛鉤結(jié)構(gòu)、電器控制等很多方面也向高技術(shù)方向發(fā)展。再比如 高桿燈的桿體也正由等徑柱體加芯接式向多面錐體分段套接式方向發(fā)展，桿材也由過去的 235A 低碳鋼方向發(fā)展。高桿燈表面防腐工藝呢，也由過去的熱噴鋁工藝向內(nèi)外熱浸鋅工藝方向發(fā)展 ,這就是是高桿照明技術(shù)的一大進(jìn)步。燈桿的焊接容積深度要大于 則會(huì)危及使用安全。焊接的工藝適宜采用自動(dòng)氬氣保護(hù)電弧焊或者自動(dòng)埋弧焊焊接工藝。燈桿的臂厚應(yīng)該根據(jù)使用環(huán)境條件和自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求取定 ,臂厚太厚了不經(jīng)濟(jì)、浪費(fèi)材料 ,若太薄了又不能滿足強(qiáng)度和安全要求 ,同時(shí)還要考慮到安裝、運(yùn)輸過程中的變形問題。對于國內(nèi)鋼材特點(diǎn) ,30m 以下的高桿燈桿體宜卷壓折彎成 12 邊形以下 ,因?yàn)椴贿@樣燈桿外形將失去外形輪廓美感。燈桿的內(nèi)外適宜采用熱浸鋅工藝處理 ,鍍鋅層厚度要求大于 86610g/面述說的燈桿結(jié)構(gòu)和防腐工藝克服了傳統(tǒng)等徑柱體加芯焊接結(jié)構(gòu)的許多缺陷。比如 :接口處易生銹掛鐵銹斑跡，易生銹層層剝離 ,內(nèi)臂防腐性能差等等。新型結(jié)構(gòu)防腐效果比較好 ,安裝也相對方便簡單。 高桿燈一般是指 25米以上的大功率組合式燈架和鋼 制柱型燈桿構(gòu)成的新型的照明裝置。它是由桿體、升降機(jī)構(gòu)燈座、內(nèi)部燈具電氣、及基礎(chǔ)部分組成的 1。因?yàn)?高桿燈具有挺拔且高聳的外形 和十分出色的照明效果，所以被越來越廣泛地用于城市碼頭、公路、車站、體育場、立交橋等很多戶外大面積的照明場所。 與普通路燈比較，它具有照明燈具功率大、燈具數(shù)量多、燈桿高度高、照射范圍大的特點(diǎn)。在這買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 些公共地方使用大型的燈具，安全性是很重要的。尤其是在一些惡劣的天氣中，有時(shí)可能會(huì)發(fā)生高桿燈的倒塌事故，倒塌的原因大部分是高桿燈燈桿的強(qiáng)度不夠，很多廠家在進(jìn)行高桿燈的設(shè)計(jì)時(shí)，并沒有進(jìn)行強(qiáng)度校核或者以低于 10級大臺(tái)風(fēng)的要求進(jìn)行校核。有關(guān)高桿燈燈桿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的驗(yàn)算，我國目前還沒有具體的詳細(xì)規(guī)范。 目前 ,在國內(nèi)安裝使用的高桿燈桿 體 ,常見的有正 12棱臺(tái)型套接式和圓臺(tái)型焊接式兩種。前者是在安裝的現(xiàn)場分節(jié)起吊 ,逐步套接安裝 ;后者呢是在安裝現(xiàn)場把多節(jié)圓臺(tái)型的桿體當(dāng)場焊接成型 ,然后整桿起吊安裝。這僅僅是表面上的區(qū)別。從抗風(fēng)荷載的本質(zhì)特性和建筑力學(xué)來分析 ,兩者抗風(fēng)荷載的情況和靜力學(xué)特征有著明顯的差異。正 12棱臺(tái)燈桿體形風(fēng)壓系數(shù)是 圓臺(tái)型燈桿體形風(fēng)壓系數(shù)才 句話說 ,同一高度橫截積相等的兩種樣式的高桿燈 ,它們在同樣的風(fēng)速作用下 ,正 12棱臺(tái)燈桿受到的風(fēng)荷載作用力是圓臺(tái)型燈桿的 。在這情況下 ,為了讓這兩種造型的燈桿有相 同的抗風(fēng)荷載能力和一樣的安全系數(shù) ,那么正 12 棱臺(tái)型燈桿桿體的鋼板壁厚、相同高度處的截面積、還有地腳緊固螺栓的直徑等必須比圓臺(tái)型桿體來得大 ,所以高桿燈整體耗材也大。正 12棱臺(tái)型燈桿雖然省去了安裝現(xiàn)場焊接的麻煩 ,但是桿體間的多節(jié)套接 ,同時(shí)也增加了桿體的實(shí)際長度。就比如 30m 的高桿燈 ,做成三節(jié)套節(jié)式桿體 ,實(shí)際增加的桿體長度為 加了成本的同時(shí)又增加了自重和桿根處的負(fù)載。再者 ,正 12棱臺(tái)套節(jié)式的燈桿各分套節(jié)成型 ,是預(yù)先裁切的鋼板料在大功率的折彎機(jī)上彎折出 12條棱線后 ,再由自動(dòng)焊接機(jī)焊接為正 12棱臺(tái)型 分節(jié)鋼筒。鋼板在形變時(shí) ,剛度必受受損。圓臺(tái)型燈桿的桿體橫截面是一個(gè)圓 ,圓的剛度比正 12邊形大很多 ,所以同樣截面積的圓臺(tái)型燈桿會(huì)比起正 12棱臺(tái)型燈桿的抗風(fēng)荷載能力大。但也有人曾懷疑圓臺(tái)型的分節(jié)桿體在高桿燈安裝的過程中 ,各個(gè)分節(jié)之間的對接碰焊在抗風(fēng)荷載中的強(qiáng)度有問題。實(shí)際上 ,在各分節(jié)對接碰焊處的桿體內(nèi) ,內(nèi)襯小段鋼環(huán) ,使它同時(shí)焊連在碰焊縫內(nèi)側(cè)的桿體上 ,然后再加上電焊燒結(jié)的理化特點(diǎn) ,碰焊縫處的剛度和強(qiáng)度會(huì)大大增強(qiáng) 2。 高桿燈的 外形形態(tài)各異， 它們的共同之處是燈盤碩大、燈桿細(xì)長。作用于桿體上的力有：冰雪載荷、風(fēng)載荷 、桿體自重、燈盤重量。其中，風(fēng)載荷對桿體的撓度值和應(yīng)力所起的作用最大。風(fēng)載荷是動(dòng)力載荷，有不穩(wěn)定的、穩(wěn)定的兩種。穩(wěn)定的風(fēng)可以視為靜力作用，而不穩(wěn)定的風(fēng)除產(chǎn)生靜力作用外，還會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力作用。相對買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 于剛度大的結(jié)構(gòu)，其實(shí)風(fēng)的動(dòng)力影響很小，只考慮風(fēng)壓靜力作用即可，但對于高的燈桿結(jié)構(gòu)，由于其剛度小，自振頻率低，結(jié)構(gòu)容易在突發(fā)的陣風(fēng)作用下產(chǎn)生彈性振動(dòng)。對于高桿燈桿體來說，除了計(jì)算風(fēng)的靜力作用之外，還需計(jì)算風(fēng)振。燈盤的樣式對桿體的撓度、強(qiáng)度起著決定性的作用。高桿燈在風(fēng)速很大的地區(qū)安裝時(shí)，應(yīng)盡量采用迎風(fēng)面積小點(diǎn)的功能型燈盤，節(jié) 省桿體的截面，從而減少桿體材料的用量，降低高桿燈生產(chǎn)成本。高桿燈的桿體比較常見的有三種主要型式：三角柱桿、梢桿、直桿。和三角柱桿相比較，三角柱桿的自重和剛度較大。梢桿和直桿的力學(xué)特性有所不同，對于具有相同桿體壁厚和相同的底部直徑的梢桿和直桿，當(dāng)它們處于各種風(fēng)速下，在桿體中產(chǎn)生的桿體的最大撓度值和最大應(yīng)力不同。在它們的桿體中，為了減輕桿體的重量，一般是將桿體壁厚由根部到頂部逐步減小。因?yàn)闂U體過長，在實(shí)際制造中，宜將桿體分成三段或四段來制造，現(xiàn)場安裝的時(shí)候再連接在一起。各段桿體壁厚不同，其分布按桿體的分段自然形 成。在桿體的設(shè)計(jì)過程中，其強(qiáng)度不能滿足要求時(shí)，一般采用增加桿體壁厚或增大桿體根部直徑這兩種方法 3。 一般來說 ,在港口、高速公路的露天站口、在海島等氣候條件比較差以及自然地理環(huán)境復(fù)雜的地域 ,適合選用圓臺(tái)形型焊接燈桿。在市內(nèi)廣場、大院之內(nèi)的高桿燈 ,由于場地風(fēng)速較小 ,場地的四周建筑不方便整根燈桿同時(shí)起吊安裝 ,就可以采用正 12棱臺(tái)型套節(jié)燈桿。綜合高桿燈設(shè)計(jì)制作個(gè)例和高層建筑 (30米以上的高桿燈視為高層建筑處理 )的有關(guān)文獻(xiàn)資料 ,燈桿的造型以圓臺(tái)形為佳 ,也可以做成正十二棱臺(tái)形。正十二棱臺(tái)形的風(fēng)阻系數(shù)為 臺(tái) 形的桿體風(fēng)阻系數(shù)為 桿體截面積一樣的正多邊棱臺(tái)形和圓臺(tái)形桿體相比 ,風(fēng)阻系數(shù)大。但正十二棱臺(tái)形桿體適宜做成套接式 ,從而省去了各節(jié)燈桿之間的焊接 4。 總的來說，國內(nèi)高桿照明技術(shù)漸漸走向成熟 ,由于目前國家并沒有頒布規(guī)范的高桿照明技術(shù)相關(guān)細(xì)節(jié) ,很多城市的高桿燈存在問題，比如燈盤的外觀與周圍環(huán)境極不相稱、不能滿足高桿照明的功能性和裝飾需求、光源燈具的配置不合理、燈桿內(nèi)外表面防腐處理工藝差、運(yùn)行存在安全和質(zhì)量隱患 ,事故頻發(fā)等等。 基于這種情況，本課題以 25米的高桿路燈燈桿在風(fēng)載、 雪載和自身重力作用下進(jìn)行有限元分析，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 桿路燈的國內(nèi)外研究狀況 高桿照明是指照明的裝置安裝高度大于 20 米的桿狀照明設(shè)備 ,近年來，由于它采用了新光源 ,以及在結(jié)構(gòu)上的改進(jìn) ,在國外應(yīng)用正逐漸擴(kuò)大 ,目前除了常用汽車停車場、廣場、公路交叉區(qū)作大面積照明外 ,也漸漸用于商業(yè)區(qū)街道、自來水廠、鐵路編組場等處。在國內(nèi) ,高桿照明雖然近年來、有采用 ,但例子少 ,偶而用作汽車停車場或者廣場體育場照明。 國外運(yùn)用概況： 汽車停車場照明：邁阿密國際機(jī)場 1978年客運(yùn)量超過 160。萬人次，其汽車停車場可容納 47000輛汽車。該機(jī)場原設(shè)有 398根普通高度的照明桿，每桿裝有 2只40。瓦水銀燈，其中停車場占 250根，這為數(shù)可觀的電桿不僅縮小停車場面積，影響美觀，而且照明質(zhì)量差，有陰影和暗區(qū)，維修困難，費(fèi)用亦大。 1976年后機(jī)場決定采用高桿照明 (圖 1桿高 100英尺 )，間距 桿頂部安裝一組包括 6只 1000瓦金屬鹵化物燈的照明裝置，成功地對 155500米： (2000000 英尺2)的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了均勻照明，測得的最小地面照度達(dá) 這樣，機(jī)場及停車場的面貌煥然一新，行車也增加了安全性 。 圖 1阿密國際機(jī)場停車場的高桿照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 公路交叉區(qū)照明：高桿照明有照明面積大、炫光低、照度均勻等優(yōu)點(diǎn)，在美國買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 用作公路交叉區(qū)照明。俄亥俄州阿克郎商業(yè)區(qū)的公路交叉區(qū)，采用了每桿帶有 4個(gè)1000瓦金屬鹵化物燈并且設(shè)有升降裝置的高桿照明，設(shè)計(jì)采用了對稱、不對稱的桿射器。 鐵路編組場照明：美國路易斯維爾樞紐站新建的自動(dòng)化調(diào)車場采用了 36根高桿照明 ,桿高 ,桿距 每桿裝有 12只 1000瓦的金屬鹵化物燈 ,調(diào)車場長 最寬處約 305米 ,高 桿照明使緩行器區(qū)和調(diào)車場分別達(dá)到54勒 助高桿內(nèi)的提升纜索及其上的燈盤可降至地面進(jìn)行清理和更換燈泡。美國南方鐵路系統(tǒng)斯彭塞編組場占地 采用了高桿照明與普通高度相結(jié)合的照明方式 ,全部采用高壓鈉燈。設(shè)計(jì)中包括 18座高度為 其上采用 1000瓦照明裝置 ,此外再以編組場周圍電桿上的 250瓦路燈照明作為補(bǔ)充 ,獲得的全場平均水平照度為 11勒 ,平均照度與最小照度之比 4:l,炫光很低 ,電能相當(dāng)節(jié)約 ,照明消耗功率低于 每平方米。該設(shè)計(jì)曾獲美國 1980年 地區(qū)性照明設(shè)計(jì)獎(jiǎng)和 日本京王線路線的調(diào)布車站南口廣場上，出現(xiàn)了一盞使用太陽能的路燈。這盞路燈是京都的一家專門廠商研制的。它的結(jié)構(gòu)是：在高驪的燈桿頂上裝兩塊聚熱板(5780它們白天吸收太陽能，為太陽電池充電。天暗下來后，開始自動(dòng)通電，點(diǎn)亮 20瓦的熒光燈。電池的能力是，暗天時(shí)，每天可儲(chǔ)蓄供 24小時(shí)用的電能。這盞路燈的壽命長，可以使用 10年以上，不需調(diào)換。它的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在發(fā)生災(zāi)害而停電時(shí)，也能使用。 國內(nèi)運(yùn)用概況： 廣場照明： 1975年建成的上海體育館 ，其正門入口處廣場采用了 2座高桿照明，桿高 30米，桿距 100米，其外形如圖 1上套有可動(dòng)式燈盤，上設(shè) 18 只 100。瓦鈉蛇錮燈，燈桿下部為地下機(jī)房，藉機(jī)房內(nèi)的卷揚(yáng)電動(dòng)機(jī)通過桿內(nèi)鋼索控制燈盤升降，照明電源由地下機(jī)房通過桿內(nèi)送至桿頂再借助軟電纜送至燈盤，軟電纜可隨盤升降，當(dāng)上升至頂盤時(shí)，電纜圍盤在燈盤上，當(dāng)需要更換燈泡或維修線路時(shí)，軟電纜及燈盤可下降至離地 便在地面維修。 停車場照明：上海公交汽車六場的停車場占地 2萬平方米，采用了 l 座高桿照明就獲得了所需照度。桿高 28米上設(shè) 00 日光色摘燈 20只，桿下的地下機(jī)房買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 內(nèi)有 4千瓦電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，以控制燈盤升降。它與上海體育館的一個(gè)不同之處，為電源不以軟電纜引至燈盤，而是通過燈桿內(nèi)壁的固定配線將機(jī)房內(nèi)的電源引至頂蓋上的靜觸頭，當(dāng)燈盤上升至桿頂，燈盤上的動(dòng)觸頭與頂蓋上的靜觸頭接觸時(shí)，接通電源 用普通路燈代替則需 32根電桿，桿上裝設(shè) 1000瓦高壓水銀燈或設(shè) 40。瓦日光色摘燈，用電量為 32千瓦，而高桿照明僅為 8千瓦。 我國北京華基電腦公司研制出一太陽能為能源的系列路燈。太陽能路燈是由光電板、儲(chǔ)能電池、燈具、控制系統(tǒng)和安裝桿等五部分組成，白天用太 陽能板吸收光能，給蓄電池充電，晚上則自動(dòng)使等發(fā)光。 圖 1上海體育館入口處廣場的高桿照明 桿燈桿體強(qiáng)度與撓度分析以及變形 高桿燈桿體的力學(xué)計(jì)算 1、計(jì)算內(nèi)容 1）桿體強(qiáng)度：桿體的最大應(yīng)力及其所處的位置。 2）桿體撓度：桿體的最大撓度。當(dāng)在高桿燈上安裝攝像頭時(shí)，還需計(jì)算攝像頭安裝處的撓度。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 3）桿體根部受力：桿體根部的垂直力、水平力、彎矩。 4）桿體的自振周期 2、風(fēng)速的選取 高桿燈一旦在現(xiàn)場安裝完畢，就常年處于工作狀態(tài)。在進(jìn)行桿體的力學(xué)計(jì)算時(shí)，風(fēng)速應(yīng)選取高桿燈安裝所在地區(qū) 的最大風(fēng)速。當(dāng)高桿燈上安裝有攝像頭時(shí)，還需計(jì)算攝像頭工作時(shí)的最大風(fēng)速情況下桿體在攝像頭安裝處的撓度。 3、高桿燈桿體的受力 作用于桿體上的力有：桿體自重、燈盤重量、冰雪載荷、風(fēng)載荷。這其中，風(fēng)載荷對桿體的應(yīng)力與撓度值所起的作用最大 8。 風(fēng)載荷是一種動(dòng)力載荷，有穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的兩種。穩(wěn)定的風(fēng)可視為靜力作用，不穩(wěn)定的風(fēng)除產(chǎn)生靜力作用外，還產(chǎn)生動(dòng)力作用。對于剛度大的結(jié)構(gòu)，風(fēng)的動(dòng)力影響很小，可只考慮風(fēng)壓靜力作用，但對于高聳的燈桿結(jié)構(gòu)，由于剛度小，自振頻率低，在突發(fā)的陣風(fēng)脈動(dòng)作用下，易使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彈性振動(dòng)。因此，對 于高桿燈桿體來說，除計(jì)算風(fēng)的靜力作用外，還需計(jì)算風(fēng)振 9。 高聳結(jié)構(gòu)在風(fēng)振時(shí)的風(fēng)載荷計(jì)算公式如下： (N) 其中： 與結(jié)構(gòu)型式和自振周期有關(guān)的風(fēng)振系數(shù)； C 風(fēng)載體型系數(shù)； 風(fēng)壓高度 變化系數(shù)； q 標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓 （ ； A 結(jié)構(gòu)垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積（ 2m ）； （注：風(fēng)壓 v 的關(guān)系式為： （ ，風(fēng)速 v 的單位 m/s）。 4、高桿燈燈盤型式對桿體強(qiáng)度、撓度的影響 由于造型和照明功能上的不同要求，高桿燈的燈盤具有很多型式。常見的 形式有：功能型、單面照型、框架型、牽?；ㄐ?。由圖 3可看出，各種型式燈盤的迎風(fēng)面積是不同的。雖然燈盤的迎風(fēng)面積與燈具的個(gè)數(shù)、每個(gè)燈具的迎風(fēng)面積、燈具買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 支撐結(jié)構(gòu)架的迎風(fēng)面積有關(guān)，但從總體上來說，功能型燈盤的迎風(fēng)面積最小，單面照型燈盤的迎風(fēng)面積最大，框架型和牽?；ㄐ蜔舯P的迎風(fēng)面積相近，均僅次于單面照型燈盤。燈盤上的風(fēng)載荷位于桿體的頂端，因此其風(fēng)載高度系數(shù)大、相對桿體根部的力臂大，對桿體的應(yīng) 力、撓度的影響也很大。為了比較不同型式的燈盤對桿體強(qiáng)度與撓度的影響程度，分別對安裝有功能型燈盤和單面照型燈盤的燈桿進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)單面照型燈盤的迎風(fēng)面積為功能型燈盤的迎風(fēng)面積的 4倍時(shí)，前者燈桿中的最大應(yīng)力約為后者的 大撓度約為后者的 10。 由上可知，燈盤的型式對桿體強(qiáng)度和撓度起著決定性的因素。當(dāng)高桿燈安裝在風(fēng)速很大的地區(qū)時(shí)，應(yīng)盡量采用迎風(fēng)面積小的功能型燈盤，以節(jié)省桿體的截面，進(jìn)而減少桿體鋼材的用量，降低高桿燈的生產(chǎn)成本 6。 5、高桿燈桿體型式對桿體強(qiáng)度、撓度的影響 高桿燈桿體常見的主要型式有三種：梢桿、直桿、三角柱桿。梢桿的根部直徑大于頂部直徑；直桿的根部與頂部直徑相同；三角柱桿為空間桁架結(jié)構(gòu)，主肢為三根布置在三角型截面上的直桿，中間用橫桿連綴。上述三種型式的桿體由于自身的特點(diǎn)，它們的迎風(fēng)面積、風(fēng)載荷、剛度、自重均不相同 ，如表 1其中三角柱桿的剛度在三種型式的桿體中最大，因此它適用于風(fēng)速大的地區(qū)，或者適用于對高桿燈撓度要求高的場合。與三角柱桿相比較，梢桿和直桿的自重和剛度均較小。但梢桿和直桿的力學(xué)特性又有所不同。對于具有相同底部直徑、相同桿體壁厚的梢桿和直桿， 當(dāng)處于各種風(fēng)速時(shí)，在桿體中產(chǎn)生的最大應(yīng)力及桿體的最大撓度值不同。以 35米牽?；ㄐ蜕凳礁邨U燈為例，梢桿和直桿的基本參數(shù)如下： 梢桿：燈桿下口徑為 700口徑為 420厚從燈桿底部至頂部依次為 121086盤與燈具的迎風(fēng)面積為 m ，燈桿迎風(fēng)面積為 m ，燈盤加燈具的重量約為 7000N，燈桿的重量為 5000N，燈盤直徑為 4500盤高度為 1500 直桿：燈桿下口徑為 700口徑為 700厚從燈桿底部至頂部依次為 12086盤與燈具的迎風(fēng)面積為 桿迎風(fēng)面積為 盤加燈具的重量約為 7000N，燈桿的重量為 60000N，燈盤直徑為 4500盤高度為 1500 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 表 1 梢桿、直桿、三角柱桿各項(xiàng)性能指標(biāo)等級對比表 桿體形式 迎風(fēng)面積 風(fēng)載荷 剛度 自重 梢桿 最小 最小 最小 最小 直桿 中等 中等 中等 中等 三角柱桿 最大 最大 最大 最大 梢桿和直桿的最大應(yīng)力和最大撓度對比值參見表 1 由于直桿的桿體迎風(fēng)面積與自重均較梢桿大，因此其最大應(yīng)力比梢桿的最大應(yīng)力大，但其剛度也比梢桿大。直桿可用于對剛度要求較高的場合，如安裝有攝像頭的燈桿。 表 1 梢桿、直桿最大應(yīng)力和最大撓度對比表 風(fēng)速 風(fēng)力等級 梢桿最大應(yīng)力 直桿最大應(yīng)力 梢桿對大撓度 直桿最大撓度 （ m/s） （ Kg/ （ Kg/ （ （ 四級風(fēng) 六級風(fēng) 七級風(fēng) 八級風(fēng) 十二級風(fēng) 高桿燈桿體壁厚沿桿體高度的合理布置 在梢桿或直桿的桿體中，為減輕桿體重量，通常將桿體壁厚由根部到頂部逐步減薄。 由于桿體過長的原因，高桿燈在實(shí)際制造中，將桿體分為三段或四 段制造，現(xiàn)場安裝時(shí)再連接在一起。每段桿體具有不同的壁厚，亦即壁厚的分布按桿體的分段自然形成。 在桿體的有限元計(jì)算中，當(dāng)桿體壁厚分布位置欠佳時(shí)，桿體中的最大應(yīng)力并非出現(xiàn)在桿體根部，而是發(fā)生在桿體上的某一薄弱斷面 6。 以 30桿為梢桿，下口徑為 650口徑為買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 350厚從燈桿底部至頂部依次為 12108桿迎風(fēng)面積為 盤加燈具的重量為 7000N，燈桿的重量為 37000N。 俞曉紅等 7采用了有限元程序計(jì)算 高桿燈在其自重及風(fēng)力（六級風(fēng)， s）影響下的桿體強(qiáng)度。計(jì)算可知桿體內(nèi)最大應(yīng)力為 出現(xiàn)在桿體根部稍上位置，而桿體根部的的應(yīng)力為 以上結(jié)果表明，當(dāng)桿體壁厚自下到上呈階梯狀分段分布時(shí)，桿體內(nèi)的最大應(yīng)力并非像只有一種壁厚的桿體那樣出現(xiàn)在桿體的根部，而是出現(xiàn)在其它的薄弱截面上。當(dāng)發(fā)生這種現(xiàn)象且桿體內(nèi)的最大應(yīng)力與根部的應(yīng)力值相差較大時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整桿體的壁厚分布。 桿體選用不同材 料對桿體參數(shù)確定的影響 桿體材料通常選用碳素結(jié)構(gòu)鋼 6們的力學(xué)性能如表 3所示。 表 3 616接性能良好。與 度提高近 50%，耐大氣腐蝕能力提高 20 38%，而市場價(jià)格很接近 11。 在桿體設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)桿體的強(qiáng)度不能滿足要求時(shí)，通常采用加大桿體根部直徑或增加桿體壁厚這兩種方法。這是因?yàn)樵诩哟蟾恐睆降耐瑫r(shí)，也加大了桿體的迎風(fēng)面積，除非根部直徑的增加幅度很大，才能收到預(yù)期效果。在風(fēng)速高、桿體高度大、燈盤迎風(fēng)面積大的應(yīng)用場合下，較為理想的方法是選用 16可減小桿體的壁厚、減輕桿體的重量，又可降低制造成本。 桿燈系統(tǒng)的受力分析和強(qiáng)度校核 整個(gè)照明系統(tǒng)的受力分析和強(qiáng)度效核是一個(gè)十分有必要的過程，同時(shí)也是合理利用資源的表現(xiàn)。因?yàn)樵谡麄€(gè)路燈照明系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)所受的外力大部分是風(fēng)力作用買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 在燈盤組件迎風(fēng)面所產(chǎn)生的壓力和作用在燈桿的彎矩應(yīng)力。高桿照明系統(tǒng)的受力分析和強(qiáng)度效核按照整個(gè)結(jié)構(gòu)的受力作用主要分為幾大部分：第一部分是燈盤組件安裝支架的抗風(fēng)受力；第二是底座法蘭的焊縫處抗拉受力；第三部分 是組件安裝架受力所產(chǎn)生在燈桿部分的結(jié)構(gòu)受力，也就是燈桿部分的的受力。 章小結(jié) 本章 對高桿燈的國內(nèi)外研究狀況、研究內(nèi)容、研究方法作了簡單的介紹。并且討論了高桿燈壁厚、壁型的選擇問題以及材料等因素對高桿燈受力、強(qiáng)度撓度的影響?？偨Y(jié)了過去的研究成果，給出了本文研究的內(nèi)容。既運(yùn)用 件對各種載荷下的高桿燈進(jìn)行有限元分析，并且研究了多重載荷下高桿燈的受力狀況和強(qiáng)度撓度分析。通過計(jì)算得到各個(gè)部件的受力分布云圖等，進(jìn)一步分析來優(yōu)化部件的結(jié)構(gòu)和地基大小及桿壁厚薄，從而得到符合要求的最優(yōu)設(shè)計(jì)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 第二章 高桿燈的總體設(shè)計(jì) 桿設(shè)計(jì) 燈桿的整體設(shè)計(jì)時(shí) ,必須以風(fēng)荷載計(jì)算為依據(jù)。參照高桿燈安裝現(xiàn)場所在地區(qū)的50 年一遇的最大風(fēng)速下 ,所經(jīng)受到的最大風(fēng)荷載作用 ,(個(gè)別地方 ,還須考慮周圍氣霧的影響 ) 復(fù)核計(jì)算擬定的高桿燈桿根處應(yīng)承受的總風(fēng)荷載彎矩 (也叫傾覆力矩 ) 及各分節(jié)桿體的力學(xué)特征 ,同時(shí)更應(yīng)該測算高桿燈底板的直徑和底板上地腳緊固螺栓孔的個(gè)數(shù) ,以及螺栓孔中心圓的直徑 ,這里必須整體把握好以下個(gè)幾個(gè)主要指標(biāo)： 燈桿的整體斜率 一般控制在 0. 0055 0. 007 為宜。燈盤的直徑和自重越大 , 值越接近上限值。 桿根處鋼材的安全系數(shù)不得小于 1. 64 ,且自桿稍處向下各節(jié)的安全系數(shù)呈現(xiàn) 1 2 n 1. 64。 整基高燈地上部分的重心在最大風(fēng)荷載作用的位移應(yīng)小于桿根處的底板半徑。 上述三項(xiàng)指標(biāo)總的體現(xiàn)在各節(jié)桿體的壁厚和燈桿的整體斜率 。壁厚過大 ,其實(shí)并不一定牢固。因直接造成的燈桿自重大幅度增加 ,使基礎(chǔ)的負(fù) 荷也陡增 ,同時(shí)高桿燈經(jīng)受最大風(fēng)荷載時(shí)的傾覆力矩也同時(shí)增大。且對制作成本、運(yùn)輸安裝、基礎(chǔ)建造都會(huì)帶來諸多不利 ;而整體斜率過小 ,整基高桿燈穩(wěn)度不夠。 論過大、過小 ,還影響到整體造型的美觀。所以燈桿的整體斜率 各分節(jié)桿體的壁厚 ,上、下端口徑的選擇是以桿高 ,燈盤的大小、重量 ,抗最大風(fēng)速 ,鋼材的安全系數(shù)及整基高桿燈的穩(wěn)定度而決定的。我們知道的高桿燈整體強(qiáng)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(qiáng)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 )都以影響燈桿的整體強(qiáng)度。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 源及燈具配置 光源的選擇 高壓鈉燈的光效高，可達(dá) 120，壽命長 18000(國產(chǎn) ) 24000(進(jìn)口 )h，透霧性好，只是顯色指數(shù)低 5;低壓鈉燈的光效也高，但國內(nèi)用得少 ;高壓汞燈光效低，僅 30，已逐漸不用了 ;金鹵燈光效高，顯色指數(shù)高，但壽命比鈉燈短近一半，也貴得多，所以在路燈中用得少，為提高誘導(dǎo)性，我認(rèn)為可 在重要的交叉路口用一點(diǎn)。 燈具的選擇 燈具的選擇應(yīng)根據(jù)照明水平，眩光控制的要求和配光特性來選擇。選擇燈具還應(yīng)注意以下幾點(diǎn) : 1)盡可能選擇一體化燈具，即鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器、電容器都安裝在燈具內(nèi)，以避免鎮(zhèn)流器等配件被盜。最重要的是應(yīng)選擇配光曲線好，效率高的產(chǎn)品，好燈具的效率高，好燈具每公里使用的數(shù)量在相同照明水平上要比效率差的燈具少用很多，雖單價(jià)高些，但節(jié)省了燈桿及附屬設(shè)施，從節(jié)能、維修費(fèi)等運(yùn)行費(fèi)上也可以節(jié)省，所以每公里綜合造價(jià)并不會(huì)高，即性價(jià)比高。 2)防護(hù)等級要高。湖南雨量充足，雨季也長，一般應(yīng)在 面的 6代表塵密，即無塵埃進(jìn)人，用久了燈底部不會(huì)有一層黑一灰塵和小沙蟲的沉積，后面的 4 表示防濺水，任何方向?yàn)R水無有害影響。有關(guān)防護(hù)等級的分類可見國標(biāo) 3)外殼顏色與燈桿及外部環(huán)境協(xié)調(diào)。 4)一條道路最好統(tǒng)一用一種型號式樣的燈具，即作到一街一景，除美觀外，也起到提高方向誘道性的作用。 光源和燈具的選擇是高桿照明設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以單基高桿燈照明為例，地面平均照度 E 由下式計(jì)算： A 式中：S 燈具內(nèi)光源的光通量； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 燈具光束效率，一般取 N 投光燈具數(shù)量； U 投光燈具效率，一般取 維護(hù)系數(shù)，取 A= R 投光照明半徑。 盤及升降機(jī)構(gòu) 燈盤是高桿燈的一燈之冠 ,優(yōu)美得體的燈盤不僅可 以減輕對燈桿的風(fēng)荷載負(fù)荷 ,而且與周圍建筑物的諧和也是現(xiàn)代化城鎮(zhèn)的一道風(fēng)景線?；诟邨U燈的安裝使用場合之別 ,燈盤有滿足照明需求的功能型及造型各異的裝飾型兩類。無論哪種類型、款式的燈盤 ,從風(fēng)荷載計(jì)算 ,還是使用實(shí)踐來看 ,燈盤的直徑能小則小 ,漏空系數(shù)能大則大。這樣 ,燈盤所受的風(fēng)荷載作用就小 ,對桿體和基座的威脅也小。當(dāng)高層建筑所受的風(fēng)荷載或外力作用時(shí)的傾覆力矩超出建筑物自重形成的穩(wěn)定力矩時(shí) ,建筑物有傾倒的危險(xiǎn) 1。為了保證穩(wěn)定力矩大于有可能的傾覆力矩 ,防止傾倒現(xiàn)象 ,高桿燈在設(shè)計(jì)時(shí) ,應(yīng)控制其寬高之比。為此 ,即使對于被 照區(qū)域的照明半徑大、照度要求高、布燈多的高桿燈 ,設(shè)計(jì)時(shí)燈盤的直徑一般不要大于桿高的 1/7;當(dāng)燈盤的直徑大于燈桿高度的 1/6 時(shí) ,應(yīng)適當(dāng)放大桿體的外徑或增大桿體的斜率 也可同時(shí)稍微增加桿根部這一分節(jié)的壁厚。對于布燈盞數(shù)大于 20 的 (單燈功率 P1000 W),且直徑在 5 盡可能分解設(shè)計(jì) ,使卷揚(yáng)機(jī)提升系統(tǒng)只提升裝置燈具的一部分燈盤 ,另一部分燈盤固定在燈桿的桿頂上 ,從而可減小提升負(fù)荷。就燈盤的造型而言 ,蘑菇形、牽 ?；ㄐ?、盤花形、 飛碟型等款式的燈盤成為主流。值得一提的飛碟形燈盤 ,它不僅巧妙地集功能型和視覺審美于一體 ,把照明燈具封閉在整體燈盤內(nèi) ,并有效地保護(hù)了燈具 ,且整體的流線型造型 ,使它懸掛在桿頂受到一個(gè)向上的舉力 ,(此舉力固然小于燈盤的重力 ),從而也減小了傾覆力矩 ,當(dāng)然也減輕了桿體和基座的負(fù)荷。由于一體化照明燈具在高桿燈上 ,為燈盤款式的設(shè)計(jì)拓展了創(chuàng)新的空間。其最大的優(yōu)勢就是燈盤結(jié)構(gòu)簡捷明快 ,買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 風(fēng)荷載作用時(shí)受風(fēng)面小 ,還適宜選用一體化燈具。 燈盤的升降系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)齒滑軸組組成的卷揚(yáng)機(jī)組。卷揚(yáng)機(jī)組電動(dòng)升降 燈盤的過程和燈盤上照明燈具自動(dòng)啟閉都離不開電氣控制。這兩部分的自動(dòng)控制電路組合在一起成為高桿燈的電器控制系統(tǒng)。 卷揚(yáng)機(jī)的主結(jié)構(gòu)見圖 2計(jì)制作的指導(dǎo)思想為 :整機(jī)裝置主桿體內(nèi) ,小巧玲瓏 ,提升燈盤時(shí)力所能及且運(yùn)輸自如。電動(dòng)機(jī)宜選擇 4因輸出力矩相對快 ,轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)大。在選擇功率上避免大牛拉小車的的現(xiàn)象 ,有些高桿燈在初次提升燈盤時(shí)就發(fā)生沖頂?shù)目膳率鹿?,這除電器控制設(shè)置欠妥或失靈外 ,跟電動(dòng)機(jī)功率過大也不無關(guān)系。 圖 2卷揚(yáng)機(jī)主結(jié)構(gòu)圖 卷揚(yáng)機(jī)的各組成機(jī)械間的動(dòng)力傳遞則應(yīng)符合傳遞力學(xué)的原理。即前 級機(jī)械輸出的力和力矩必須大于后級機(jī)械正常運(yùn)作的力和力矩 ,以及損耗。利用動(dòng)滑輪省力不省功的原理 ,在許可的燈盤提升時(shí)間、減速機(jī)能承受的輸出力矩之內(nèi)可大幅度銳減電動(dòng)機(jī)的輸出功率。選擇具有自鎖功能的減速機(jī) ,使升降系統(tǒng)在運(yùn)行過程中 ,因突發(fā)意外或保證燈盤在桿體的任何高度穩(wěn)妥穩(wěn)定便于桿體外圍實(shí)施防護(hù)處理時(shí) ,減速機(jī)能迅速自行鎖定。 電器控制及其它問題： 高桿燈內(nèi)主電纜要求采用 般為 2根分別供應(yīng)燈盤 2組電源， 一組為全夜燈，另