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25米高桿燈結構的力學特性研究

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25米高桿燈結構的力學特性研究

發布日期:2022-03-17 作者:汪旭 點擊:

高桿燈是指高度在20m及以上的路燈。由于照明范圍大、功能性強、使用方便的特點,高桿燈被廣泛地應用在城市廣場、體育場、港口、立交橋等大面積照明場所。而在這些公共場所使用的高桿燈,其安全性能要求是比較高的。高桿燈主要是由直立的細長桿身和頂端的燈盤組成的,屬于高聳結構,其特點是桿身高、橫截面積小、剛度小、穩定性差。高桿燈承受的載荷主要是風荷載、雪荷載、高桿燈自身的重力以及土壤對基礎的作用力,其中風載荷為其主要的控制載荷。大的風載荷會造成高桿燈局部結構的損壞與失穩,甚至導致結構整體失穩而造成倒塌。因此對高桿燈結構的力學特性的研究是非常必要的。高桿燈的一般的設計方法是利用生產經驗以及簡單的力學計算進行強度和剛度的校核。但是力學計算公式都是針對簡化后的高桿燈進行研究的,具有一定的誤差,且不能計算出高桿燈所有部件的強度與撓度。而隨著計算機技術和有限元理論的發展,使得利用有限元分析的方法對高桿燈的結構進行設計研究成為可能,但是有限元分析的結果容易受到連接和裝配關系、單元網格、邊界條件等因素的影響。因此兩種計算相結合的方法能夠使計算結果更加準確。本文以25米高桿燈為研究對象,使用不同的方法對其強度、剛度、固有頻率以及抗傾覆能力進行了研究。首先對25米高桿燈所承受的載荷進行了分析。其次,分別利用莫爾積分、第四強度理論和梁的彎曲振動理論計算了燈桿的撓度、強度以及固有頻率;利用有限元分析的方法對25米高桿燈進行了模態分析和靜力學分析;利用試驗測試的方法測試了燈桿下端位置的部分點的靜應力、動應力、加速度,通過頻譜分析得到高桿燈的固有頻率。Z后對以上計算結果進行了對比分析,并且對高桿燈基礎的抗傾覆能力進行了計算。對比結果表明理論計算和有限元分析得出的強度、撓度以及固有頻率的結果是相符的,通過試驗測試和有限元計算的結果對比,得出有限元計算和理論力學計算的正確性與可靠性。Z后針對高桿燈在實際工程中的應用,在理論計算、有限元分析以及試驗測試結果對比研究的基礎上,對25米高桿燈結構進行了優化設計,即調整了燈桿壁厚、螺栓和基礎的尺寸,并且對優化后的結構進行了有限元分析與抗傾覆計算,驗算出優化后的結構仍能滿足結構的設計要求。

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