路灯杆-合杆-智慧路灯-强度计算校核说明书.xls

1、智智能能/智智慧慧路路灯灯设设计计说说明明书书一一、基基本本规规定定1.11.1 使使用用范范围围 本说明书适用于智能/智慧路灯项目的杆身设计和校核1.21.2 设设计计标标准准 （1）设计使用年限50年；（2）结构安全等级二级；（3）结构重要性系数1.0；（4）风载荷计算采用为12级台风。1.31.3 设设计计规规范范 本说明书参考的主要相关规范及标准如下：（1）建筑结构载荷规范（GB50009）（2）建筑地基基础设计规范（GB50007）（3）建筑抗震设计规范（GB50011）（4）钢结构设计规范（GB50017）（5）城市户外广告设施技术规范（CJJ149）（6）高耸结构设计规范（GB5

2、0135）（7）架空送电线路钢管杆设计技术规范（DLT5130）（8）户外广告设施钢结构技术规程条文说明（CECS148）（9）玻璃幕墙工程技术规范（JGJ102）二二、风风载载荷荷计计算算原原则则2.12.1 搭搭载载设设施施风风载载荷荷标标准准值值 根据GB50009风载荷相关规定，可知风载荷标准值为：其中：Wk风载荷标准值（kN/m2）；gz振风系数；s体型系数；z风压高度变化系数；W0基本风压（kN/m2）；2.22.2 杆杆件件主主体体风风载载荷荷标标准准值值 根据GB50009风载荷相关规定，可知风载荷标准值为：其中：z风振系数；其它同3.1。2.32.3 风风振振系系数数2.3.

3、12.3.1 风风振振系系数数 对于一般竖向悬臂等高耸结构，均可仅考虑结构第一振型的影响，结构的顺风向Z高度处的风振系数Z可按下式计算：g-峰值因子，可取2.5；I10-10m高度名义湍流强度，可根据地面A、B、C和D类粗糙度，分别取0.12、0.14、0.23和0.39；R-脉动风载荷的共振分量因子；Bz-脉动风载荷的背景分量因子。2.3.22.3.2 脉脉动动共共振振分分量量因因子子 脉动风载荷的共振分量因子可按下式计算：f1-结构第1阶自振频率（Hz）；kw-地面粗糙度修正系数，可根据地面A、B、C和D类粗糙度，分别取1.28、1.00、0.54和0.26；1-结构阻尼比，钢结构取值0.

4、01。2.3.22.3.2 脉脉动动共共振振背背景景因因子子 脉动风载荷的背景分量因子可按下式计算：1（z）-结构第1阶振型系数；H-结构总高度；3/421211)x1(x6R5x,kf30 x10w11z1zx1az)z(kHB0zsgzkww0zszkww210zR1gI21x-脉动风水平方向相关系数；z-脉动风竖直方向相关系数；k、a1-系数，按照相关标准取值。2.3.22.3.2 脉脉动动空空间间相相关关系系数数 脉动风载荷的空间相关系数可按下式计算：（1）竖直方向的相关系数可按下式计算：H-结构总高度。（2）水平方向的相关系数可按下式计算：B-结构迎风面宽度，2HB。（3）对迎风面宽

5、度较小的高耸结构，水平方向相关系数可取1.00。H60e60H1060/HzB50e50B1050/Hx三三、灯灯杆杆受受力力计计算算3.13.1 灯灯杆杆效效果果图图3.23.2 搭搭载载设设施施信信息息设设备备名名称称重重量量(kg)(kg)重重力力(kN)(kN)高高度度(m)(m)X X向向迎迎风风面面积积(m2)(m2)Y Y向向迎迎风风面面积积(m2)(m2)位位置置微基站150.1510.000.120.12灯杆I段主灯盘200.209.500.100.15灯杆I段摄像头200.206.000.100.10灯杆I段3.33.3 杆杆体体信信息息3.3.13.3.1 灯灯杆杆I I

6、段段1)截面形状等直径圆环形2)灯杆材质Q235B3)高度H1=8 m4)底部外径D1=0.1680.168 m5)顶部外径d1=0.1680.168 m6)等效直径De1=0.1680.1680.1680.168 m7)灯杆壁厚t10.0050.005 m8)灯杆迎风面积A1=1.3441.3441.3441.344 12)灯杆重量G1=1 1.6 60 07 7 kN(材质密度2.77Kg/m)3.3.23.3.2 灯灯杆杆IIII段段1)截面形状等直径圆环形2)灯杆材质Q235B3)高度H2=2 m4)底部外径D2=0.2990.299 m5)顶部外径d2=0.2990.299 m6)等

7、效直径De2=0.2990.2990.2990.299 m7)灯杆壁厚t2=0.0050.005 m8)灯杆迎风面积A2=0.5980.5980.5980.598 9)法兰形状圆形10)法兰规格L2B2t20.480.480.480.480.030.03 m11)法兰面积A2=0 0.1 11 11 1 m212)灯杆重量(包含法兰)G2=0 0.9 98 85 5 kN(材质密度7.85Kg/m)13)地脚螺栓距离l2b20 0.4 42 20 0.4 42 2m14)地脚螺栓直径d2=M303015)地脚螺栓有效面积Ad2=561561 16)地脚螺栓数量n2=4 4 个3.3.43.3.

8、4 灯灯臂臂1)截面形状等直径圆环形2)灯杆材质硬质铝合金T63)高度H3=1.5 m4)底部外径D3=0.120.12 m5)顶部外径d3=0.080.08 m6)等效直径De3=0 0.1 10 00 0.1 10 0 m7)灯杆壁厚t3=0.0050.005 m8)灯杆迎风面积A3=0 00.120.12 9)法兰形状圆形10)法兰规格L2B2t20.240.240.240.240.0250.025 m11)法兰面积A2=0 0.0 03 33 39 9 m212)灯杆重量(包含法兰)G2=0 0.1 18 80 0 kN(材质密度2.77Kg/m)13)连接螺栓距离l2b20.260.

9、260.260.26 m14)连接螺栓直径d2=M121215)连接螺栓有效面积Ad2=84.384.3 16)连接螺栓数量n2=4 4 个3.3.53.3.5 危危险险截截面面1)截面形心坐标 Ojx,y=0.028 m2)检修孔高度 Hj=0 0.6 65 50 0 m3)检修孔宽度Bj=0 0.1 16 60 0 m4)门到管体中心垂直距离dj=0.164 m5)截面厚度tj=0 0.0 01 10 0m6)截面直径Dj=0 0.2 29 99 9 m7)截面积Aj=0 0.0 01 10 0 8)x，y方向惯性距：(形心位置)Ijx=1.22E-04 m4 Ijy=1.73E-04 m

10、49)抗弯截面系数：(形心位置)Wjx=Ijx/xmax=8 8.1 17 7E E-0 04 4 m3 Wjy=Ijy/ymax=9 9.0 03 3E E-0 04 4 m33.43.4 风风压压计计算算3.4.13.4.1 基基本本参参数数选选择择（1 1）风风压压高高度度变变化化系系数数 本工程取C类，即0.65。（2 2）阵阵风风系系数数 本工程取C类，即2.05。（3 3）体体型型系系数数 按照灯杆情况选择适当风载体型系数。（4 4）风风振振系系数数（4 4）振振型型系系数数3.4.23.4.2 围围护护结结构构风风压压计计算算结构名称基本风压风压高度变化系数阵风系数体型系数计算风

11、压组合系数设计风压微基站0.660.652.051.00.881.41.2312主灯盘0.660.652.051.00.881.41.2312摄像头0.660.652.051.00.881.41.23123.4.33.4.3 杆杆体体结结构构风风压压计计算算参数类型项目参数 数值单位风荷载基本风压0=0.66kPa粗糙度类别C类建筑物系数高度H 10m宽度B 0.194m基本周期T1=0.13s阻尼比1=0.01条件参数粗糙度及建筑相关参数kw=0.540k=0.404C类，高层查表1=0.2921阶振型系数1(z)=0.34风压高度变化系数z=0.65峰值因子g=2.510米名义湍流强度I1

12、0=0.23过程参数x1=386.55共振分量因子R=0.99竖直相关系数z=0.89水平相关系数x=1.03背景分量因子Bz=0.38风压计算结果基本风压w0=0.66kN/m2风振系数z=1.61体型系数s=0.9风压高度变化系数z=0.65计算风压Wk0=0.62kN/m2组合系数Q=1.40设计风压Wk=0.87kN/m23.53.5 灯灯杆杆总总体体受受力力分分析析3.5.13.5.1 灯灯杆杆I I段段受受力力分分析析 （1 1）灯灯杆杆I I段段底底部部压压力力灯杆I段底部组合压力N1：N1=(G11+G12)1=2 2.1 15 5kN （2 2）灯灯杆杆I I段段底底部部弯弯

13、矩矩设设备备名名称称高高度度(m)(m)放放大大系系数数X X向向力力 （kNkN）X X向向弯弯矩矩(kNm)(kNm)Y Y向向力力（kNkN）Y Y向向弯弯矩矩(kNm)(kNm)微基站81.100.14770.14771.30021.30020.14770.14771.30021.3002主灯盘7.51.100.12310.12311.01581.01580.18470.18471.52361.5236摄像头41.100.12310.12310.54170.54170.12310.12310.54170.5417灯杆I段设备组合作用X X轴弯矩：M1X=2 2.8 85 57 77 7

14、 kN.m灯杆I段设备组合作用Y Y轴弯矩：M1Y=3 3.3 36 65 56 6 kN.m灯杆I段X X轴受风作用弯矩：M杆1X=5 5.1 15 51 15 5 kN.m灯杆I段Y Y轴受风作用弯矩：M杆1Y=6 6.9 99 91 13 3 kN.m灯杆I段X轴极限弯矩：M1X=M杆1X+M1X=8 8.0 00 09 92 2 kN.m灯杆I段Y轴极限弯矩：M1Y=M杆1Y+M1Y=1 10 0.3 35 56 69 9 kN.m （3 3）灯灯杆杆I I段段底底部部扭扭矩矩灯杆I段X轴极限弯矩：T1X=T杆1X+T1X=0 0.0 00 00 00 0 kN.m灯杆I段Y轴极限弯矩

15、：T1Y=T杆1Y+T1Y=0 0.0 00 00 00 0 kN.m （4 4）灯灯杆杆I I段段底底部部剪剪力力灯杆I段X轴极限弯矩：F1X=F杆1X+F1X=1 1.5 56 64 48 8 kN.m灯杆I段Y轴极限弯矩：F1Y=F杆1Y+F1Y=1 1.7 73 30 09 9 kN.m3.5.23.5.2 灯灯杆杆IIII段段受受力力分分析析 （1 1）灯灯杆杆IIII段段底底部部压压力力灯杆II段底部组合压力N1：N2=(G21+G22)1=3 3.8 85 5kN （2 2）灯灯杆杆IIII段段底底部部弯弯矩矩设设备备名名称称高高度度(m)(m)放放大大系系数数X X向向力力 （

16、kNkN）X X向向弯弯矩矩(kNm)(kNm)Y Y向向力力（kNkN）Y Y向向弯弯矩矩(kNm)(kNm)微基站101.100.14770.14771.62521.62520.14770.14771.62521.6252主灯盘9.51.100.12310.12311.28661.28660.18470.18471.93001.9300摄像头61.100.12310.12310.81260.81260.12310.12310.8130.813灯杆II段设备组合作用X X轴弯矩：M2X=3 3.7 72 24 45 5 kN.m灯杆II段设备组合作用Y Y轴弯矩：M2Y=4 4.3 36 6

17、7 78 8 kN.m灯杆II段X X轴受风作用弯矩：M杆2X=8 8.3 30 00 03 3 kN.m灯杆II段Y Y轴受风作用弯矩：M杆2Y=1 10 0.6 60 00 01 1 kN.m灯杆II段X轴极限弯矩：M2X=M杆2X+M2X=1 12 2.0 02 24 48 8 kN.m灯杆II段Y轴极限弯矩：M2Y=M杆2Y+M2Y=1 14 4.9 96 67 79 9 kN.m （3 3）灯灯杆杆IIII段段底底部部扭扭矩矩灯杆II段X轴极限弯矩：T2X=T杆2X+T2X=0 0.0 00 00 00 0 kN.m灯杆II段Y轴极限弯矩：T2Y=T杆2Y+T2Y=0 0.0 00

18、00 00 0 kN.m （4 4）灯灯杆杆IIII段段底底部部剪剪力力灯杆II段X轴极限弯矩：F2X=F杆2X+F2X=2 2.0 08 85 57 7 kN.m灯杆II段Y轴极限弯矩：F2Y=F杆2Y+F2Y=2 2.3 35 56 64 4 kN.m3.5.33.5.3 灯灯杆杆危危险险截截面面受受力力分分析析 （1 1）灯灯杆杆危危险险截截面面底底部部压压力力灯杆危险截面底部组合压力N1：N3=(G31+G32)1=3 3.6 64 4kN （2 2）灯灯杆杆危危险险截截面面底底部部弯弯矩矩设设备备名名称称高高度度(m)(m)放放大大系系数数X X向向力力 （kNkN）X X向向弯弯矩

19、矩(kNm)(kNm)Y Y向向力力（kNkN）Y Y向向弯弯矩矩(kNm)(kNm)微基站9.351.100.14770.14771.51961.51960.14770.14771.51961.5196主灯盘8.851.100.12310.12311.19861.19860.18470.18471.79791.7979摄像头5.351.100.12310.12310.72460.72460.12310.12310.7250.725灯杆危险截面设备组合作用X X轴弯矩：M3X=3 3.4 44 42 28 8kN.m灯杆危险截面设备组合作用Y Y轴弯矩：M3Y=4 4.0 04 42 21 1

20、kN.m灯杆危险截面X X轴受风作用弯矩：M杆3X=6 6.5 51 17 77 7kN.m灯杆危险截面Y Y轴受风作用弯矩：M杆3Y=9 9.3 35 53 38 8kN.m灯杆危险截面X轴极限弯矩：M3X=M杆3X+M3X=9 9.9 96 60 04 4kN.m灯杆危险截面Y轴极限弯矩：M3Y=M杆3Y+M3Y=1 13 3.3 39 95 59 9kN.m （3 3）灯灯杆杆危危险险截截面面底底部部扭扭矩矩灯杆危险截面X轴极限弯矩：T3X=T杆3X+T3X=0 0.0 00 00 00 0 kN.m灯杆危险截面Y轴极限弯矩：T3Y=T杆3Y+T3Y=0 0.0 00 00 00 0 k

21、N.m （4 4）灯灯杆杆危危险险截截面面底底部部剪剪力力灯杆危险截面X轴极限弯矩：F3X=F杆3X+F3X=1 1.9 91 16 64 4 kN.m灯杆危险截面Y轴极限弯矩：F3Y=F杆3Y+F3Y=2 2.1 18 87 71 1 kN.m四四、灯灯杆杆强强度度校校核核4.14.1 灯灯杆杆I I段段强强度度校校核核4.1.14.1.1 灯灯杆杆I I段段底底部部截截面面特特性性截面形状圆圆柱柱形形D1=0.1680.1680.1680.168 mt1=0.0050.0050.0050.005 mA1=2.56E-032.56E-03 I1=8 8.5 51 1E E-0 06 68 8

22、.5 51 1E E-0 06 60 0 m4W1=2I1/D1=1.01E-041.01E-041.01E-041.01E-040 0 m34.1.24.1.2 灯灯杆杆I I段段底底部部强强度度校校核核W1=M1/W1=7 79 9.0 08 81 10 02 2.3 3 MpaN1=N1/A1=0 0.8 84 4Mpa1=Fs1/A1=0 0.6 61 10 0.6 68 8 Mpar41=（w+N）2+32=1 10 03 3.1 11 1Mpa fb强强度度满满足足钢材材质Q235Q235fb钢材抗弯强度设计值215215 Mpa4.24.2 灯灯杆杆IIII段段强强度度校校核核4

23、.2.14.2.1 灯灯杆杆IIII段段底底部部截截面面特特性性截面形状圆圆柱柱形形D2=0.2990.2990.2990.299 mt2=0.0050.005 mA2=4.62E-034.62E-03 I2=4 4.9 99 9E E-0 05 54 4.9 99 9E E-0 05 50 0 m4W2=2I2/D2=3.34E-043.34E-043.34E-043.34E-040 0 m34.1.24.1.2 灯灯杆杆IIII段段底底部部强强度度校校核核W2=M2/W2=3 36 6.0 04 44 44 4.9 9 MpaN2=N2/A2=0 0.8 83 3Mpa2=Fs2/A2=0

24、 0.4 45 50 0.5 51 1 Mpar42=（w+N）2+32=4 45 5.7 70 0Mpa fb强强度度满满足足钢材材质Q235Q235fb钢材抗弯强度设计值215215 Mpa4.34.3 灯灯杆杆危危险险截截面面强强度度校校核核4.3.14.3.1 灯灯杆杆危危险险截截面面X X方方向向强强度度校校核核Wx=Mjx/Wjx=1 12 2.2 20 0 MpaNx=Njx/Ajx=0 0.3 36 6Mpax=Fsjx/Ajx=0 0.1 19 9 Mpar3x=（w+N）2+32=1 12 2.5 56 6Mpa fb强强度度满满足足钢材材质Q235Q235fb钢材抗弯强度

25、设计值215215 Mpa4.3.24.3.2 灯灯杆杆危危险险截截面面Y Y方方向向强强度度校校核核Wy=Mjy/Wjy=1 14 4.8 84 4 MpaNy=Njy/Ajy=0 0.3 36 6Mpay=Fsy/Ajy=0 0.2 22 2 Mpar3y=（w+N）2+32=1 15 5.2 21 1Mpa fb强强度度满满足足钢材材质Q235Q235fb钢材抗弯强度设计值215215 Mpa4.44.4 灯灯杆杆IIII段段底底部部连连接接强强度度校校核核4.4.14.4.1 加加劲劲板板校校核核厚度 5N/b2fb0 0.0 00 06 6 m宽度 b=0.100.10 m长度 a=

26、0.070.07 m4.4.24.4.2 焊焊缝缝强强度度校校核核 1 1）焊焊缝缝规规格格焊脚高度hf2=t2=0 0.0 00 05 50 0m焊缝计算厚度he2=(t2+hf)cos45=0 0.0 00 07 70 0m角焊缝计算长度lw2=l-2hf=0.928860.92886 m焊缝截面直径Df2=D-2t+2he=0.3030.303 m 2 2）焊焊缝缝强强度度校校核核焊缝抗弯截面惯性矩If=0.411（Df2-he2）3he2=6.94E-056.94E-05 m4焊缝抗弯截面系数Wf=2If2/Df2=4 4.5 58 8E E-0 04 4 m3轴向压应力f=N/hel

27、w=0 0.0 01 1Mpa根部的剪切力f=Fs/helw=0 0.0 00 08 8Mpa弯矩产生的应力e=Mf/Wf=3 32 2.6 65 5Mpa焊接强度校核 zh=(f+e)2+3f2=3 32 2.7 7 Mpa fw强强度度满满足足fw角焊缝抗拉,抗压,抗剪强度设计值1 16 60 0 Mpa4.4.34.4.3 螺螺栓栓强强度度校校核核 1 1）螺螺栓栓分分布布灯杆底部直径：D2=0.2990.2990.2990.299 m地脚螺栓分布分布圆均布地脚螺栓直径：d2=3030 mm地脚螺栓距离：l2b2=0.420.420.420.42 m地脚螺栓数量：n2=4 4地脚螺栓分布

28、夹角2：9090 2 2）螺螺栓栓连连接接受受力力灯杆II段总荷载：N2=3 3.8 85 52 27 7 kN灯杆II段弯矩：M2=1 14 4.9 96 68 8 kN.m灯杆II段剪切力：Fs2=2 2.3 35 56 64 4 kN 3 3）螺螺栓栓力力臂臂螺栓力矩：X1=(l2+D2)/2=0 0.3 35 59 95 5m螺栓力矩：X2=l2-X1=0 0.0 06 60 05 5m 4 4）螺螺栓栓受受力力计计算算单个螺栓最大工作拉力：Fd=M2X1/(2X12+2X22)-N2/n3=1 19 9.2 28 81 11 1kN注：对于普通螺栓连接，由于螺栓强度设计值已经考虑部分

29、其他因素的影响，所以建议这里不在考虑残余预紧力和其他因素复合应力的影响，仅按照设计实际弯矩的1.3倍产生的拉力来计算螺栓强度。极限状态下，螺栓承受拉力：FL=1.3Fd2 25 5.0 06 65 5kN螺栓强度校核：螺栓除受预紧力的拉伸而产生拉伸应力外，还受拧紧螺纹时因螺纹摩擦力矩而产生的扭转切应力，使螺栓处于拉伸与扭转的复合应力状态。因此在进行强度计算时，应综合考虑拉伸应力和扭转切应力的作用。根据机械设计手册第五版查得其复合应力大约为拉应力的1.3倍。复合拉应力：d=1.3FL/As=5 58 8Mpa fd强强度度满满足足螺栓有效截面积:As=561561 2地脚螺栓材质地地脚脚螺螺栓栓

30、fd螺栓抗拉强度设计值355355 Mpa 由于螺栓在轴向受变载荷作用，因此还需对螺栓的应力幅进行校核。许用应力幅：ap=ktku-1t/kSa=2 29 9.6 6 Mpa尺寸因数，取0.74 kt螺纹制造工艺因数，取1 ku受力不均匀因数，取1.5-1t试件的疲劳极限，取160 Mpa k缺口应力集中因数，取3 Sa安全因数，取2实际应力幅：e=FL/2AsCL/(CL+CV)=4.4684.468Mpa ap强强度度满满足足相对刚度系数：CL/(CL+CV)=0.2(金属垫片取0.2)4.4.44.4.4 法法兰兰强强度度校校核核法兰板上均布载荷：q=1.3Fd/（LfxLfy）=1 1

31、.4 40 0 Mpa Lfx=L2sin（2/2）=0.2970.297 m Lfy=(L2-D2)/2=0 0.0 06 61 1 m 板中弯矩：Mox=qLfx2=3 3.3 35 59 91 1 kN其中：-弯矩系数0.0273法兰板设计厚度：t1=5Mox/fb=0.00730.0073 m fb满满足足规规范范fb钢材抗弯强度设计值315 Mpa五五、灯灯杆杆整整体体刚刚度度 由于手工计算下灯杆挠度值远大于实际情况，因此灯杆刚度计算由专业软件计算完成，经计算，灯杆挠度满足国家相关标准规定。六六、灯灯杆杆稳稳定定性性校校核核 灯杆稳定由专业软件计算完成，经计算，灯杆挠度满足国家相关标准规定。