25米高杆路灯灯杆的力学计算与有限元分析

摘要

随着社会的发展与进步，各种大型广场、车站、公路立交桥、港口以及机场等陆续建成，这些区域对大面积照明的需求推动了高杆灯的发展。而随着高杆灯越来越广泛的应用，它的结构强度和成本也逐渐成为了社会关注的焦点。高杆灯的设计制作是多门学科交错渗透的综合体,其深刻的机理自有着它的严密性和科学性。

本课题主要运用了ANSYS大型商用有限元软件，对25米高杆路灯灯杆结构在风载、雪载以及自身重力的作用下，进行了有限元分析，得出灯杆各部件的应力与变形的大致分布情况，分析路灯灯杆结构的强度是否符合设计的要求。并且在此基础上进行改进设计，通过进一步减小杆壁的厚度、调整法兰孔及螺栓尺寸、减小地基体积等方法成功地降低了高杆灯的重量与成本。

关键词：高杆灯，有限元分析，ANSYS软件，应力

Abstract

With the development and progress of society, many of the large square, station, port and airport, highway overpasses are built,these regional demand for large area lighting to promote the development of the high pole lamp.And with the more and more extensive application of the high pole lamp, it’s structural strength and cost has gradually become the focus of the social concern.The designing of Lamp is a complex of the multi-discipline, its deep mechanism has its own rigor and science.

This topic is using ANSYS which is the large commercial finite element software makes the finite element calculation of 25 meters high rod lamp when it under wind load, snow load and its gravity,we get the stress and deformation distribution and analyse the strength of the structure and the stiffness of the street lamp to know whether it accord with the requirements of the design.And on this basis to improve the design,by further reducing the thickness of rod wall, adjust the flange hole and bolt size, reducing the ground volume method successfully reduce the weight and cost high pole lamp.

Keywords: High pole lamp，the finite element analysis, ANSYS software, stress

目录

摘要

Abstract

第一章绪论 (4)

1.1引言 (1)

1.2高杆路灯的国内外研究状况 (4)

1.3 高杆灯杆体强度分析以及变形 (6)

1.3.1 高杆灯杆体的力学计算 (6)

1.3.2 高杆灯杆体壁厚沿杆体高度的合理布置 (9)

1.3.3 杆体选用不同材料对杆体参数确定的影响 (10)

1.4 高杆灯系统的受力分析和强度校核 (10)

1.5 本章小结 (11)

第二章高杆灯的总体设计 (12)

2.1 灯杆设计 (12)

2.2光源及灯具配置 (13)

2.2.1 光源的选择 (13)

2.2.2 灯具的选择 (13)

2.3 灯盘及升降机构 (14)

2.4 基础设计与修建 (16)

第三章 25米高杆路灯杆灯有限元分析的建模过程 (18)

3.1 相关软件介绍 (18)

3.1 Solid Works简介 (18)

3.2 25米高杆灯的主要内容和参数 (25)

3.3 ansys软件简介 (27)

3.4 软件模型处理过程 (27)

3.5 25米高杆灯的有限元模型 (28)

3.6 解决的问题 (28)

第四章 25米高杆路灯灯杆的有限元分析和优化设计 (30)

4.1 单一载荷下的有限元分析 (30)

4.1.1 风载 (30)

4.1.2 雪载 (33)

4.2 多重载荷下的有限元分析和优化设计 (36)

4.2.1 有限元分析 (36)

4.2.2 结论分析 (40)

4.2.3 结构优化 (41)

4.2.4 优化建议 (45)

结论 (46)

参考文献 (47)

致谢 (46)

第一章绪论

1.1引言

近年来,伴随着国内照明技术的不断提高和引进国外的先进照明装置,高杆灯照明越来越受到人们的欢迎和广泛重视。如1996年9月完工的沪宁高速公路,就采用了英国的CU公司的照明技术;比如1997年7月完工的南京禄口国际机场专用高速公路也采用了英国的科艺公司的照明技术。国内外的高杆照明技术正在向实用化、功能化的方向发展。灯杆由圆柱等径向多边形的锥体发展，灯盘结构由装饰型向框架功能型发展，升降机构由单筒向多筒发展，光源由400W钠灯向1000W钠灯发展,电器控制由人工的向时控及光控等自动控制方向发展。除此之外,灯杆表面的防腐处理工艺、挂钩结构、电器控制等很多方面也向高技术方向发展。再比如高杆灯的杆体也正由等径柱体加芯接式向多面锥体分段套接式方向发展，杆材也由过去的A3中碳钢向Q235A低碳钢方向发展。高杆灯表面防腐工艺呢，也由过去的热喷铝工艺向内外热浸锌工艺方向发展,这就是是高杆照明技术的一大进步。灯杆的焊接容积深度要大于0.8,否则会危及使用安全。焊接的工艺适宜采用自动氩气保护电弧焊或者自动埋弧焊焊接工艺。灯杆的臂厚应该根据使用环境条件和自身的结构强度要求取定,臂厚太厚了不经济、浪费材料,若太薄了又不能满足强度和安全要求,同时还要考虑到安装、运输过程中的变形问题。对于国内钢材特点,30m以下的高杆灯杆体宜卷压折弯成12边形以下,因为不这样灯杆外形将失去外形轮廓美感。灯杆的内外适宜采用热浸锌工艺处理,镀锌层厚度要求大于86Lm、610g/m2。上面述说的灯杆结构和防腐工艺克服了传统等径柱体加芯焊接结构的许多缺陷。比如:接口处易生锈挂铁锈斑迹，易生锈层层剥离,内臂防腐性能差等等。新型结构防腐效果比较好,安装也相对方便简单。

高杆灯一般是指25米以上的大功率组合式灯架和钢制柱型灯杆构成的新型的照明装置。它是由杆体、升降机构灯座、内部灯具电气、及基础部分组成的[1]。因为高杆灯具有挺拔且高耸的外形和十分出色的照明效果，所以被越来越广泛地用于城市码头、公路、车站、体育场、立交桥等很多户外大面积的照明场所。与普通路灯比较，它具有照明灯具功率大、灯具数量多、灯杆高度高、照射范围大的特点。在这