30m高杆灯灯柱及其连接件受力有限元分析报告

wk = βgz μs1μz w0 = 1.9×1×0.88×0.62 = 1.03
（2）
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考虑到灯柱的迎风面宽度底部为 600mm，顶部为 240mm，整个灯柱呈锥形。
风荷载作用宽度的平均值为 420mm，因此风荷载以线荷载形式作用在灯柱之上，
见公式（3），单位为 kN/m。
w = 1.03×0.42 = 0.42
7 结论..........................................................................................................................15
I
30m 高杆灯灯柱及其连接件受力有限元分析报告
30m 高杆灯灯柱及其连接件受力 有限元分析报告
江苏森发路灯制造有限公司 2016 年 7 月
目录
1 工况概况.................................................................................................................... 1 2 计算目的.................................................................................................................... 2 3 计算依据.................................................................................................................... 3 4 计算参数取值............................................................................................................3 5 荷载计算.................................................................................................................... 4 6 计算模型及结果........................................................................................................7
图 1.1 底部法兰安装示意图
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图 1.2 布灯示意图
2 计算目的
项目所在地地处甘肃省河西走廊戈壁腹地，风力较大且该结构存在一定的迎 风面，在风荷载作用下该结构将会发生变形。为保证本灯柱结构在正常使用状态 下（受风荷载、自身重力荷载作用），结构的安全性（构件不至于破坏），本报告 对该结构构件的强度以及连接件进行强度校核，确保设计所采用的构件满足相关 规范要求。
6.2 计算结果..........................................................................................................9 6.2.1 强度验算................................................................................................ 9 6.2.2 刚度验算.............................................................................................. 12 6.2.3 连接件校核.......................................................................................... 14
（3）
风荷载的加载如图 5.1 所示，采用梁单元线荷载 0.42kN/m。荷载表格显示
如图 5.2 所示。
图 5.1 风荷载作用示意图
图 5.2 风荷载表格（部分）
2、结构自重 结构自重由程序自动计算，考虑到结构附属材料，将结构自重系数进行放大， 即取重力自重系数 1.1。灯具采用集中点荷载形式作用在灯托架上，单点荷载 200 N，荷载作用方式及荷载表格见图 5.3、图 5.4。
组合 3=1.0*自重+1.0*风荷载 4）地震荷载作用下刚度验算荷载组合
组合 4=1.0*自重+1.0*地震荷载+0.2*风荷载
6 计算模型及结果 6.1 计算模型
本报告采用有限元软件 MIDAS/GEN 8.0 进行建模分析，其中柱底钢板采用 4 节点薄板单元模拟，灯柱、托架等构件均等采用空间梁单元模拟。
图 5.5 地震动频谱曲线 6 / 15
4、荷载组合 计算结构内力时按承载力极限状态进行荷载组合，计算结构变形时按标准组 合（见 GB50135-2006 第 3.09 条规定）。 1）风荷载作用下强度验算荷载组合
组合 1=1.2*自重+1.4*风荷载 2）地震荷载作用下强度验算组合
组合 2=1.2*自重+1.3*地震荷载+0.2*1.4*风荷载 3）风荷载作用下刚度验算荷载组合
路灯钢结构系根据厂家提供的 30m、10 火高杆灯架图纸及技术要求进行计 算分析。灯柱结构总高 30m，顶部安装约 1.5m 高避雷针。灯杆为十二边形三段 插接式棱锥杆，上口径对边 260mm，下口径对边 600mm；壁厚分别为 8mm、10mm、 12mm。主要材质为 Q235 碳素钢。灯柱与底部基础通过法兰盘连接在一起，见 图 1.1；每个灯质量为 20kg，布灯示意图见图 1.2。
4 计算参数取值
材料参数与主要构件尺寸见表 4.1。
序号
1 2 3 4
构件名称
立柱 灯托架 法兰盘
地脚螺栓
表 4.1 构件尺寸及材料属性
材质
构件尺寸
备注
Q235B Q235B Q235B
M36
非通用截面，截面见图 4.1 上截面 260，下截面 600，
壁厚 8、10、12 P50*4 10mm
有效直径 de=32.35mm 有效面积 Ae=817mm2
1、荷载组合 1（风荷载主导） 在荷载组合 1 作用下，灯柱的组合应力最大值为 64MPa<210MPa，见图 6.4， 满足材料强度要求。 风荷载作用下，立柱受力类似于悬臂梁，应此考察立柱剪切强度时，应考虑 模型中灯柱单元坐标系方向，单元坐标系与整体坐标系之间的关系见图 6.5。风 向为整体 X 向，因此考察灯柱单元坐标系 z 向的剪切应力最大值为 1.62MPa，见 图 6.6。显然灯柱剪切应力符合规范规定。 灯柱底部钢板采用板单元模拟，其有效应力最大值为 80MPa，见图 6.7；最 大剪切应力为 41MPa，见图 6.8，均符合规范要求。
1 工况概况
本报告所分析的高杆灯系大唐八〇三发电厂“上大压小”热电联产扩建工程 输煤系统 EPC 工程项目所采购的高杆灯。大唐八○三热电厂位于甘肃矿区境内， 地处甘肃省河西走廊戈壁腹地，西距玉门新市区约 20km，东距嘉峪关市约 100km，南有祁连山系，西至古代丝绸之路重镇－敦煌约 260km。东距省会兰州 市 880km。
本计算模型共包含， 节点：318 个； 梁单元：263 个； 板单元：16 个。
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6.1.1 基本假定与边界条件
本报告计算基于以下基本假定： 1、 所有材料均在弹性范围，即采用理想弹塑性材料，不考虑材料塑性性能； 2、 结构在荷载作用下为弹性小变形，不考虑结构非线性； 3、 不考虑非结构性构件对结构抗力的贡献； 4、 灯柱与基础约束良好，假设立柱底部为固结； 5、 本分析报告的可靠性建立在设计、安装施工均遵守相关规范、技术规程的基
础上。
边界条件如下： 1、 灯柱底部采用固结约束。
6.1.2 有限元模型
有限元模型中的坐标系定义：横向为整体 X 方向，纵向为整体 Y 方向，竖 向为整体 Z 方向。
图 6.1 灯托架有限元模型
图 6.2 灯柱底部法兰有限元模型
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6.2 计算结果
图 6.3 整个结构有限元模型
6.2.1 强度验算
6.1 计算模型..........................................................................................................7 6.1.1 基本假定与边界条件............................................................................8 6.1.2 有限元模型............................................................................................ 8
项目所在地 50 年重现期基本风压取值为 0.62kN/m2；电厂场地的地震基本 烈度复核评定为Ⅶ度。厂区类别为Ⅱ类，东南局部区域为Ⅰ类。场地设计地震动 参数（工程抗震设防参数）：超越概率 63.5%、10%、2%的地震动峰值加速度为 0.038g、0.120g、0.224g，特征周期为 0.40s、0.40s、0.45s。
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图 5.3 灯荷载作用方式
图 5.4 灯荷载表格（部分）
3、地震荷载 电厂场地的地震基本烈度复核评定为Ⅶ度。厂区类别为Ⅱ类，东南局部区域 为Ⅰ类。场地设计地震动参数（工程抗震设防参数）：超越概率 63.5%、10%、 2%的地震动峰值加速度为 0.038g、0.120g、0.224g，特征周期为 0.40s、0.40s、 0.45s。 反应谱函数取值：Tg=0.4s，阻尼比为 0.04，场地类型为 II 类，7 度（0.1g） 设防，设计地震分组 2。反应谱函数见图 5.5。
Q235 钢材： 容重取 78kN/m3； 弹性模量取 210GPa 重力加速度：9.8kN/ms-2
16 颗 4.8 级普通 C 级螺 栓；抗拉强度 170MPa、
抗剪强度 140MPa
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图 4.1 立柱截面
5 荷载计算
荷载的传递路径是：灯具通过灯托将其自重传递至灯柱，灯柱将其传递至基 础；不考虑风荷载对灯的影响，灯柱承受的风荷载直接由其自身传递至基础。
其中，wk 为风荷载标准值（kN/m2）； βgz 为高度 z 处的风振系数，按《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012）表 8.61， 取值 1.90； μs1 为风荷载体型系数，按《建筑结构荷载.0； μz 为风压高度变化系数，按《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012）表 8.2.1， 取值 0.88； w0 为基本风压值（kN/m2）。
此外，对灯柱的地震荷载作用进行强度刚度校核，确保设计所采用的构件满 足规范要求。
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3 计算依据
1、《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001） 2、《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012） 3、《钢结构设计规范》(GB50017—2003) 4、《混凝土结构设计规范》(GB50010—2010) 5、《焊接件通用技术条件》（JB/ZQ 4000.3-1986） 6、《钢筋混凝土工程施工及验收规范》(GBJ204-83) 7、《金属与石材幕墙工程技术规范》（JGJ133-2001） 8、《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011) 9、《交通部升降式高杆照明装置技术条件》(JT/T312-1996) 10、《高耸结构设计规范》（GB50135-2006） 11、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010） 12、相关图纸及技术方案
1、风荷载 风荷载计算按《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012）。垂直于建筑物表面的 风荷载标准值按公式（1）计算，基本风压按甘肃省玉门地区重现期为 50 年取值， 即 w0=0.62kN/m2。工程项目所在位置为城市区域，因此地面粗糙度按 C 类地区 取值。
wk = βgzμs1μzw0
（1）