25米高桿燈結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性研究.pdf

1、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(yīng)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(xì)長桿身和頂端的燈盤組成的，屬于高聳結(jié)構(gòu)，其特點是桿身高、橫截面積小、剛度小、穩(wěn)定性差。高桿燈承受的載荷主要是風(fēng)荷載、雪荷載、高桿燈自身的重力以及土壤對基礎(chǔ)的作用力，其中風(fēng)載荷為其主要的控制載荷。大的風(fēng)載荷會造成高桿燈

2、局部結(jié)構(gòu)的損壞與失穩(wěn)，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)而造成倒塌。因此對高桿燈結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性的研究是非常必要的。
　　高桿燈的一般的設(shè)計方法是利用生產(chǎn)經(jīng)驗以及簡單的力學(xué)計算進(jìn)行強度和剛度的校核。但是力學(xué)計算公式都是針對簡化后的高桿燈進(jìn)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(shù)和有限元理論的發(fā)展，使得利用有限元分析的方法對高桿燈的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計研究成為可能，但是有限元分析的結(jié)果容易受到連接和裝配關(guān)系、單元網(wǎng)

3、格、邊界條件等因素的影響。因此兩種計算相結(jié)合的方法能夠使計算結(jié)果更加準(zhǔn)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(jìn)行了研究。首先對25米高桿燈所承受的載荷進(jìn)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(jìn)行了模態(tài)分析和靜力學(xué)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(yīng)力、動應(yīng)力、加速

4、度，通過頻譜分析得到高桿燈的固有頻率。最后對以上計算結(jié)果進(jìn)行了對比分析，并且對高桿燈基礎(chǔ)的抗傾覆能力進(jìn)行了計算。對比結(jié)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(jié)果是相符的，通過試驗測試和有限元計算的結(jié)果對比，得出有限元計算和理論力學(xué)計算的正確性與可靠性。
　　最后針對高桿燈在實際工程中的應(yīng)用，在理論計算、有限元分析以及試驗測試結(jié)果對比研究的基礎(chǔ)上，對25米高桿燈結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，即調(diào)整了燈桿壁厚、螺栓和基礎(chǔ)的尺寸