30m高杆灯灯柱及其连接件受力有限元分析报告

高杆灯受力性能计算与分析报告作者：叶烨来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2012年第02期摘要：高杆灯受力分析是比较复杂的工程，本文章对高杆灯受力进行了详细分析及阐述，也提出了高杆灯受损以后的加固措施。

关键词：高杆灯受力分析高杆灯加固措施1 工程概况该高杆灯于2006年开始工作，灯杆由上下两部分结构组成为：下部分从砼基础顶至地面2m高处为Φ630x10钢管，上部分从2m 至25m高处为Φ406x8钢管，材质均为Q235B。

上下两部分用法兰连接，灯具及其顶部的避雷针详图见甲方提供的设计图。

2009年1月发生断裂，断裂发生在该高杆灯2.15m高变截面靠近法兰处。

破坏情况如下附图一：2 计算（计算软件为midas Gen730）2.1 高杆灯荷载计算高杆灯的垂直荷载主要是灯杆杆体和灯具自重；水平荷载主要是风荷载。

根据灯杆加工图纸：灯具自重：4.65kN。

风荷载计算结果见表：2.2 高杆灯内力分析高杆灯的钢支杆是按底端固定、顶端自由的悬臂杆件计算，内力分析比较明确。

但由于竖向单悬臂杆件受水平向风荷载作用，使杆件产生挠曲弹性变形后，使杆身与灯头自重的竖向力对杆轴线处产生二次弯矩。

灯头挡风投影面积为：3.3x0.49x0.9=1.46m2各项系数近似地取25m高度处系数。

灯头集中风力Pw=1.2x1.46=1.75kN2.2.1 计算结果见表2.2.2 钢支杆底端初级弯矩M=1.4x136.64=191.29kN·m底端水平剪力vo=47.07kN灯杆弹性变位产生的附加弯矩：WT=4.65×1.2＝5.58kNMe=WTe0+PWd0=5.58x0.025＋1.75x0.75=1.45kN·mMg(δ)=■[60MeH(2H-z)+20H×PW(3H2-z2)+PW(15H4-5Hz3+z4)]=9.31kN·m(z=22.55m) Kδ=■1.04Mg(δ)——由于灯杆产生弹性变形后，灯头重t在计算截面，处引起的附加弯矩Kδ——由于灯杆产生弹性变形的灯头重量引起的附加弯矩高阶影响系数。

第1页30米升降式高杆灯强度校核报告一、已知条件1, 灯杆高度为30米，上口径280mm,下口径600mm,壁厚依次为10mm、8mm、6mm。

2，灯杆受风面积：(0.28+0.6)/2×30=13.2(m2)灯盘受风面积：9×0.55×0.55+0.1×4.5=3.1725(m2)3, 灯杆材料为Q235A,屈服强度是23.5kg/mm2。

4, 设计风速是35m/s。

二、构件风压计算1，计算公式由建筑结构载荷规范GBJ9-87为：ωk= βz μsμz ω0其中：ωk—风载荷标准值βz—高度处的风振系数μs—风载体型系数μz—风压高度变化系数ω0—基本风压上式中ω0取的为平均最大风速，我们在计算时取的是最大风速，故取风振系数βz为1。

因灯杆为十二边形，故风载体型系数μs取1.1；灯盘及灯具的风载体型系数为1.6，风压高度变化系数μz在高度30米处取1.42，灯杆取1.25。

2，灯杆的基本风压ωk =ω0×μs×μz=352/16×1.1×1.25=105.27（kg/m2) 3，灯盘的基本风压ωk =ω0×μs×μz=352/16×1.42×1.6=173.95（kg/m2)三、各构件所受的风力及其对计算面的弯矩各构件所受风力：灯盘为：173.95×3.1725=551.856(kg)灯杆为：105.27×13.2=1389.6(kg)各构件所受风力、力点高度及计算面的弯矩：灯盘为：551.856×30＝16.556(T-M)灯杆为：1389.6×30/2＝20.844(T-M)四、灯杆计算面所受的总弯矩37.4(T-M)五、计算面上的强度校核计算第2页1，断面抗弯矩w=0.728[R3-(R-t)4/R]=0.728[303-(36-1)4/30]=2492.54(cm3)2，断面应力σb=M/W=37.4/2492.54=15(kg/mm2)3，安全系数n=σs/σb=23.5/15=1.57＞1.5故杆根强度安全基础计算数据：最大弯矩37.4(T-M)，最大剪力1.94(T)，垂直力3.2(T) （到地面）报告单位：辽宁天力成实业集团灯具制造有限公司日期：2011-07-01。

灯柱安装现场质量检验报告单报告编号：XXXXX报告日期：XXXX年XX月XX日1.总体情况描述本次灯柱安装工程位于XXX地区，工程编号为XXXXX。

工程旨在对现有路段进行灯光设施的完善和提升，以提供良好的夜间照明效果。

2.施工单位信息施工单位名称：XXX公司项目经理：XXX相关证书：XX证、XX证等3.检验目的本次检验的目的是对灯柱安装现场的质量进行评估，确保工程施工符合相关规范和要求，以保证安装后的灯柱能够正常使用且安全可靠。

4.检验内容4.1灯柱基础工程检验4.1.1检查灯柱基础是否符合设计要求，包括基础深度、底面尺寸等。

4.1.2检查基础的混凝土浇筑是否均匀、密实，有无裂缝、渗漏等质量问题。

4.1.3检查基础是否具备足够的抗震性能。

4.2灯柱组装检验4.2.1检查灯柱的组装是否符合相关安装要求，包括灯柱高度、立柱和底座之间的连接等。

4.2.2检查灯柱的固定件是否安装牢固，有无松动现象。

4.2.3检查灯柱是否垂直，灯头是否正对目标照明区域。

4.3灯具安装检验4.3.1检查灯具的安装位置是否合理，照明角度是否能够满足路面的照明要求。

4.3.2检查灯具的接线是否规范、牢固，有无漏电等现象。

4.3.3检查灯具的电气安全性能，包括绝缘电阻、接地电阻等。

5.检验结果根据对现场进行的检查，灯柱安装工程的质量检验结果如下：1）灯柱基础工程符合设计要求，混凝土浇筑均匀、密实，无裂缝、渗漏等质量问题。

2）灯柱组装符合相关安装要求，连接牢固，垂直度满足要求。

3）灯具安装位置合理，照明角度能够满足照明要求，接线规范、有良好的电气安全性能。

6.检验结论本次灯柱安装现场质量检验结果良好，各项工程符合相关规范和要求，可以投入使用。

项目经理及施工单位应继续保持工程质量的高标准，并认真解决在施工过程中出现的问题。

7.检验单位信息检验单位名称：XXX检验有限公司检验员：XXX相关证书：XX证、XX证等以上为灯柱安装现场质量检验报告单，供参考。

高杆灯受力计算方法一、设计条件⑴．基本数据：灯塔距地面高度30m，方形基础平面尺寸为4m×4m，基础埋深2.5m，灯杆截面为正十二边形，计算时简化为圆形，顶部直径D为280mm，根部直径D为650mm，厚度自顶端至底端分三段。

δ=6mm，长10m，δ=8mm，长10m，δ=8mm，长10m。

材料为上海宝钢生产的低合金钢，Q/BQB303 SS400,屈服强度为f屈=245N/mm2，设计强度取f=225N/mm2，fV=125N/mm2，灯盘直径为3800mm，厚度简化为200mm，高杆灯总重为Fk=40KN。

⑵．自然条件：当地基本风压Wo=0.75KN/m2，地基土为淤泥质粘性土，地承载力特征值fak=60 KN/m2，地面粗糙度考虑城市郊区为B类，地下水位埋深大于2.5m，地基土的容重γm=18 KN/m3。

⑶．设计计算依据：①、《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001②、《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002③、《钢结构设计规范》 GB50017-2003④、《高耸结构设计规范》 GBJ135-90二、风荷载标准值计算基本公式：WK=βz·μs·μz·ur·Wo式中：Wk—风荷载标准值（KN/m2）；βz—高度z处的风振系数；μs—风荷载体型系数；μz—风压高度变化系数；μr—高耸结构重现期调整系数，对重要的高耸结构取1.2。

⑴．灯盘：高度为30m，μz =1.42，μs =0.5，μr=1.2βz=1+式中ξ—脉动增大系数；υ—脉动影响系数；φz—振型系数；βz=1+ =1+（）=2.04WK=βz·μs·μz·ur·Wo=2.04×0.5×1.42×1.2×0.75=1.30KN/m2⑵．灯杆：简化为均布荷载，高度取15m，μz=1.4, μs=0.59, μr=1.2βz=1+ =1+（）=2.16，WK2=βz·μs·μz·ur·Wo=2.16×0.59×1.14×1.2×0.75=1.31KN/m2三、内力计算⑴．底部（δ=8mm）弯矩设计值：M=M灯盘+M灯杆M=γQ×WK1×0.2×3.8×30+γQ×WK2× ×30×15=1.4×1.30×0.2×3.8×30+1.4×1.31× ×30×15=426KN·m剪力设计值：V=V灯盘+V灯杆V =γQ×WK1×0.2×3.8+γQ×WK2× ×30=1.4×1.30×0.2×3.8+1.4×1.31× ×30=27KN⑵．δ=8mm与δ=6mm，交接处弯矩设计值：M=γQ×WK1×0.2×3.8×10+γQ×WK2×（0.28+ ）×10×5=1.4×1.30×0.2×3.8×10+1.4×1.31×（0.28+ ）×10×5 =51KN·m 剪力设计值：V =γQ×WK1×0.2×3.8+γQ×WK2×（0.28+ ）×10=1.4×1.30×0.2×3.8+1.4×1.31×（0.28+ ）×10=9KN四、在风荷载作用下的强度复核（未考虑高杆灯自重）⑴．底部（δ=8mm）截面惯性矩I= ×（d －d ）= （6504－6344）=8.31×108mm4. 最大拉应力бmax= ·y=426×106×325/(8.31×108)=167N/mm2最大剪应力τmax=2·V/A=2×27×103/[ ×（6502－6342）]=3.3N/mm2 max⑵．δ=8mm与δ=6mm，交接处截面惯性矩I= ×（d －d ）= （4004－3884）=1.44×108mm4. 最大拉应力бmax= ·y=51×106×200/（1.44×108）=70.8N/mm2 最大剪应力τmax=2·V/A=2×9×103/[ ×（4002－3882）]=2.4N/mm2 бmax五、地基承载力验算⑴．基础平面尺寸：b×h=4×4m，基础底面抗弯模量W= bh2=10.67m3，地基承载力特征值fak=60KN/m2，⑵．基础自重和基础上的土重Gk=b×h×H×γ0=4×4×2.5×20=800KN⑶．相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的弯矩值：Mk=M/γQ+VH/γQ=426/1.4+27×2.5/1.4×2.5=353KN·m⑷．修正后的地基承载力特征值：fa＝fak+ηb·γ(b-3)+ ηd·γm(d-0.5)=60+0+1.0×18×(2.5－0.5)=96KN/m2⑸．相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面边缘的最大最小压力值： Pkmax= += =53+33=86KN/m2<1.2fa=115KN/m2能满足要求。

有限元分析报告ANSYS 处理体壳连接问题分析姓名：***班级：电控研10-1学号：*********ANSYS 处理体壳连接问题分析1．引言在很多工程结构中，往往既有实体结构部分又有板壳结构部分，如苏通长江公路大桥主航道索塔采用的钢锚箱与混凝土塔壁组合结构，索塔采用混凝土、钢锚箱采用钢材，这样充分利用了两种材料，既满足索塔的受力要求，又降低了工程的造价。

实体单元和壳单元的连接方法一般可以分为两大类：一种是过渡单元法，Surana曾先后提出用于轴对称应力分析和三维应力分析的过渡单元，以解决不同类型单元的连接。

他所考虑的实体单元是等参单元，壳单元是退化壳单元，过渡单元实际上是两种单元的结合。

在过渡单元中，一部分位移插值函数取自实体单元，另一部分位移插值函数取自壳单元，因而也将壳单元的法向约束假设（垂直于中面的法线在变形后既不伸长也不缩短）引入了过渡单元位移模式，这一强制性法向约束会在过渡单元内产生不合理的附加应力。

所以Surana 在其文章中指出：在过渡单元中，如何确定应变和应力尚是一个需要研究的问题，在他的算例中，一般都规定材料的泊松比为零，可能正是为了回避上述问题。

另一种方法是建立实体单元节点与壳单元节点的多点约束方程，通过罚函数法或直接引入法使多点约束方程得到满足。

罚函数法是通过引入附加条件构造修正泛函，将场函数的问题转化为求修正泛函的驻值问题。

其具体处理方法为：首先需要通过罚参数将约束方程引入到系统的能量泛函中，然后通过求解驻值条件可以得到满足约束方程，即满足接触面上位移协调条件的系统位移场。

罚函数只能使多点约束方程近似得到满足，而且罚参数的选取是一件很难把握的事，选取不当对结果影响很大，因此罚函数法不是一种好的方案。

2 模型的建立及计算建立实体单元节点与壳单元节点的多点约束方程的另一种方法是直接引入法。

这种方法是通过接触面来定义。

在接触面上，每个节点位移参数之间都存在着约束方程，取接触面上实体单元的节点位移参数作为独立变量，而接触面上壳单元的节点位移通过接触面的位移约束条件用实体单元中的节点位移参数来表示。

30m高杆灯技术要求1）高杆灯基础及接地部分由甲方根据乙方图纸进行施工，地脚螺栓由乙方提供；其他高杆灯本体安装、调试工作由乙方完成，确保送电投运；2）乙方提供灯杆受力计算书，包括预埋螺杆、法兰等计算书，提供灯杆的技术图纸和基础大样图（基础剖面图、基础内预埋电缆管位置图、螺栓与高杆灯连接示意图、基础预埋件位置图等）,甲方据此委托总规划院根据地质条件进行基础设计。

3）高杆灯的构造参数按抗震7级、抗风力12级设防；主杆为十二边棱锥形，灯杆为运输方便采用插接式，分三节组合，厚度分别为8、10、12mm；采用法兰盘安装形式，通过地脚螺栓安装在基础上，底法兰厚度≥20mm。

每节一次成形，插接长度不得小于500mm，灯杆插接好后配合间隙不得大于3mm，并设有可靠的限位装置和坚固装置。

4）灯杆的基础设计应和灯杆相匹配，基础采用混凝土结构，基础上留有固定灯杆法兰盘的地脚螺栓及固定地脚螺栓用的下法兰；基础内预埋进出电缆的穿线管，穿线管采用热镀锌钢管，并标出基础的配筋、砼强度等级等施工图，基础符合GBJ11-89建筑抗震设计规范；除基础螺栓以外的其余所有紧固件均采用不锈钢制造，可靠耐久易操作。

各种螺母紧固，应加垫片和弹簧垫，紧固后螺丝露出螺母不得小于两个螺距。

顶端设置独立避雷针，针长米，5）灯杆钢材材质采用优质Q235钢板压合成型，钢材满足《优质碳素结构技术要求》GB699-1990要求。

灯杆要求确保热镀锌底硬度和附着力，表面不发黑。

符合国家或企业标准，并提供钢材供货合同及钢材质量证明书。

6）灯杆内外表面、灯盘及所有金属配件表面均应热浸锌处理。

要求镀锌层均匀、厚度不小于85μm；镀锌表面应光滑美观。

符合GB/T13912-92标准，并提供镀锌测试报告。

灯杆镀锌后应钝化处理，喷塑附着力好，厚度≥80μm（颜色为白色）。

喷塑应采用进口优质塑粉。

符合ASTM D3359-83标准，并提供喷塑测试报告。

7）杆体应采用氩气保护焊接，整个杆体应无任何一处漏焊，焊缝平整，无任何焊接缺陷。

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AbstractWith 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。

第二章有限元分析技术2.2.1 问题描述图2-2所示为由9个杆件组成的衍架结构，两端分别在1，4点用铰链支承，3点受到一个方向向下的力F y ,衍架的尺寸已在图中标出，单位： m。

试计算各杆件的受力。

弹性模量（也称扬式模量）E=206GPa；泊松比μ=0.3；作用力F y =-1000N；杆件的横截面积A=0.125m2.显然，该问题属于典型的衍架图2-2 衍架结构简图静力分析问题，通过理论求解方法（如节点法或截面法）也可以很容易求出个杆件的受力，但这里为什么要用ANSYS软件对其分析呢？2.2.3 实训目的本实训的目的有二：一是使学生熟悉ANSYS8.0软件的用户界面，了解有限元分析的一般过程；二是通过使用ANSYS软件分析的结果和理论计算结果进行比较，以建立起对利用ANSYS软件进行问题根系的信任度，为以后使用ANSYS软件进行更复杂的结构分析打基础。

2.2.2 结果演示通过使用ANSYS8.0软件对该衍架结构进行静力分析，其分析结果与理论计算结果如表2-1所示。

表2-1 ANSYS分析结果与理论计算结果的比较比较结果表明，使用ANSYS分析的结果与理论计算结果的误差不超过0.5%，因此，利用ANSYS软件分析来替代理论计算是完全可行的。

2.2.4 实训步骤一 ANSYS10.0的启动与设置1． 启动。

点击：开始>所有程序> ANSYS8.0> ANSYS ，即可进入ANSYS 图形用户主界面。

如图2-3所示。

其中，几个常用的部分有应用菜单，命令输入栏，主菜单，图形显示区和显示调整工具栏，分别如图2-3所示。

2． 功能设置。

电击主菜单中的“Preference ”菜单，弹出“参数设置”对话框，选中“Structural ”复选框，点击“OK ”按钮，关闭对话框，如图2-4所示。

本步骤的目的是为了仅使用该软件的结构分析功能，以简化主菜单中各级子菜单的结构。

3．图形显示区 主菜单应用菜单命令输入栏显示调整工具栏图2-3 用户主界面图2-43．系统单位设置。

本科生毕业论文毕业论文题目25米高杆路灯灯杆的力学计算与有限元分析学生姓名专业班级指导教师完成日期毕业设计（论文）前期工作材料学生姓名：学号：教科部：专业：设计（论文）题目：25米高杆路灯灯杆的力学计算与有限元分析指导老师：材料目录年月日毕业设计（论文）题目申报表4、为结合学科竞赛；5、模拟仿真；6、其它题目来源－－；、自拟毕业设计（论文）任务书教科部：专业：学生姓名: 学号: 毕业（论文）题25米高杆路灯灯杆的力学计算与有限元分析起迄日期：设计（论文）地点：指导老师：专业负责人：发任务书日期：年月日毕业论文任务书毕业设计（论文）实习调研报告学生姓名：学号：专业：指导老师：参观实习报告在大学的学习生活中，实习是不可缺少的一部分。

在实习期间可以把在学校学到的专业知识应用到实际当中。

在理论与实践相结合的时候，能够更快更好地体会到理论的精髓所在，体会到理论与实践的区别。

从而巩固自己所学的知识，增强发现问题、分析问题、解决问题的能力。

从而做到理论与实际的融会贯通。

生产实习时大学生学习很重要的实践环节。

实习是每一个大学毕业生的必修课，它不仅让我们学到了很多课堂上根本学不到的知识，还使我们开阔了视野，增长了见识，为我们以后更好把所学的知识运用大实际工作中打下坚实的基础。

通过生产实习使我更深入的接触专业知识。

3月28日我们在扬力集团田工以及研究生的带领下到扬力工厂进行参观实习。

田工为我们做了具体介绍。

江苏扬力集团有限公司是专业从事锻压机械设计、制造的企业,前身为扬州第二锻压机床厂，始建于1956年。

集团下辖六个生产型企业，分别为：江苏扬力集团有限公司（控股母公司）、江苏富力数控机床有限公司、江苏国力锻压机床有限公司、江苏扬力坚城锻压机床有限公司、江苏扬力铸段有限公司、江苏扬力模具有限公司。

集团建立了一个锻压机械研究院，下辖四个研究所；并与东南大学共同申报设立了企业博士后工作站；与扬州大学建立了开发全伺服机床产品的合作；与中国科学院长春光学精密机械与物理研究院合资建立了激光技术与装备工程研究中心。

浅析高杆灯的安全性计算及强度校核鲍彦辉石家庄市二环路管理处（050801)摘要由于高杆照明设施使用的范围和地点的特殊性，因此，高杆灯杆、灯具的安全性要求特别高，本人根据实践经验，针对高杆灯刚度、稳定性及经济性等方面的计算，合理调整有关因素，提高高杆灯的整体强度作一探讨。

关键词高杆灯安全性计算迎风面积强度校核高杆照明设施照明范围大，功能性强，使用便利，在城市广场、大型立交、体育场、机场和港口码头等处广泛应用的同时，要充分考虑到高杆灯在狂风暴雨等恶劣环境中可靠使用的安全性。

高杆灯的安全性包括刚度、稳定性及经济性等多方面的计算，其中强度校核是保证使用的一项重要内容。

在此我将分步演算高杆灯安全性计算及强度校核：一、高杆灯的安全性计算1)高杆灯灯盘(包括灯具)的迎风面积：由于灯盘采用不同形状，使灯盘的迎风面积具有不确定性。

现取常见的封闭式飞碟状灯盘为例，以灯盘外形的正投影作为迎风面参考面积S灯盘=(d1+d2)H1/22)高杆灯杆身的迎风面积：高杆灯杆身往往采用(锥度约1000:5)锥形体或圆柱体。

杆身的迎风面积随着杆身长度的增加而逐渐增大。

S杆身=(D1+D2)H2/23)高杆灯的基本风压计算风压是垂直于气流风向的平面受到的风的压力，根据伯努利方程得出标准的风压关系公式。

风的动压为：WP=0.5*r*V2/g=0.5*ro*V2(ro=r/g)WP为风压，单位KN/M2。

ro为空气密度，单位KG/M3。

V为风速，单位是M/S。

r为空气重度，单位KN/M3。

空气重度r和重力加速度g随纬度和海拔高度而变。

一般来说，ro在高原要比在平原地区小，也就是说，同样风速在相同温度下，其产生的风压在高原比在平原地区小。

通常的10级大风相当于24.5M/S—28.4M/S。

为了使高杆灯有广泛的应用地区，暂取高杆灯所在地区的风速为30M/S，且空气密度取ro=1.255KG/M3。

(密度可在物理手册或有关资料查得)则基本风压WP计算如下：WP=ro*V2/2=1.255*302/2=551.25Pa4)高杆灯的风载荷W0计算风载荷标准值=基本风压*风振系数*风压高度变化系数*风载体形系数A风振系数实际风压是在平均风压上下波动的。

中杆灯支架基础计算一、设计参数钢筋混凝土容重：γ砼＝25 kN/m3，钢容重：γ钢＝78.5 kN/m3；地下水位按地面以下0.5m考虑；50年一遇风压：0.60 kN/m2；灯具总重：3.8 吨二、计算简图三、荷载计算1 恒载灯具共设8个投光灯，均布在灯杆顶部圆盘上G1＝3.8*10＝38 kN2 活载灯杆风荷载灯杆半高处截面外径d=(250+560)/2=405mm风压高度变化系数：地面粗糙类别B 类，灯杆高度H=30m ，μz ＝1.39 风荷载体形系数：μzw 0d 2＝1.39*0.60*0.405*0.405＝0.137≥0.015， 且⊿≈0，H/d ＝30/0.405＝74>25，故μs ＝0.6 H 2/d=30*30/0.405=2222>700 T=0.25+0.99*10-3*H 2/d=2.45s >0.25s根据规范应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。

脉动分风荷载的空间相关系数确定：根据规范，对迎风面宽度较小的高耸结构，水平方向相关系数可取ρx=1 竖直方向的相关系数z ρ==0.8427脉动风荷载的背景分量因子1a z Bz kH x zzφρρμ= 对于迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线变化的高耸结构，应乘以修正系数B v θθ、 ()(0)B H B =0.447，v θ=1.928，()(0)B B z B θ=，按下表确定： 表1 修正系数B θ表2脉动风荷载的背景分量因子Bz脉动风荷载的共振分量因子115R x x ==>R=2.876z 高度处的风振系数z β取值见下表：表3 风振系数z β取值灯具风荷载表4 灯具风荷载总水平力F=F1+F2=13.68 KN总弯矩M=M1+M2 =257.73 KN*m总竖向力G=G1 =38 KN“圆钢管柱外露刚接”节点计算书一. 节点基本资料采用设计方法为：常用设计节点类型为：圆钢管柱外露刚接柱截面：PIPE-560*10，材料：Q235柱与底板全截面采用对接焊缝，焊缝等级为：二级，采用引弧板；底板尺寸：L*B= 850 mm×850 mm，厚：T= 40 mm锚栓信息：个数：12采用锚栓：双螺母焊板锚栓库_Q235-M42锚栓垫板尺寸(mm)：B*T=90×20底板下混凝土采用C40节点前视图如下：节点下视图如下：二. 验算结果一览验算项数值限值结果最大压应力(MPa) 9.13 最大19.1 满足受拉承载力(kN) 136 最大157 满足混凝土要求底板厚(mm) 24.6 最大40.0 满足锚栓要求底板厚(mm) 17.4 最大40.0 满足底板厚度40.0 最小24.6 满足等强全截面 1 满足板件宽厚比16.1 最大18.0 满足板件剪应力(MPa) 37.1 最大125 满足焊缝剪应力(MPa) 46.4 最大160 满足板件厚度(mm) 16.0 最小16.0 满足焊脚高度(mm) 10.0 最小9.49 满足焊脚高度(mm) 10.0 最大19.2 满足板件厚度(mm) 16.0 最小16.0 满足焊脚高度(mm) 10.0 最小9.49 满足焊脚高度(mm) 10.0 最大19.2 满足基底最大剪力(kN) 11.8 最大165 满足三. 混凝土承载力验算控制工况：1.2D+1.4LN=-45.6 kN；M x=0 kN·m；M y=364 kN·m；偏心受压底板计算：这里偏心距e为：e= M/N =364000000/45600=7982.456mm > 119.749mm所以按部分截面混凝土受压，部分锚栓受拉来计算(通过对混凝土应力积分): δmax=9.127N/mm2中性轴的坐标: x = 128.949最大锚栓的拉力：NTa = 136439.829N锚栓总拉力：Ta = 620441.082 N轴力N大小为：N = 45600 N混凝土的总合压力：F = 666041.082N外力对中性轴的弯矩：M外= 358119947.929N.mm 按（fN(e-x)方式求出）锚栓的合弯矩：Ma = 243227678.915N.mm混凝土的合弯矩：Mc = 114892231.881N.mm混凝土抗压强度设计值：f c=19.1N/mm2底板下混凝土最大受压应力：σc=9.127N/mm2≤19.1，满足四. 锚栓承载力验算控制工况：1.2D+1.4LN=-45.6 kN；锚栓最大拉力：N ta=136.44 kN(参混凝土承载力验算)锚栓的拉力限值为：N t=156.927kN锚栓承受的最大拉力为：N ta=136.44kN≤156.927，满足五. 底板验算1 构造要求最小底板厚度验算一般要求最小板厚：t n=20 mm柱截面要求最小板厚：t z=10 mm构造要求最小板厚：t min=max(t n，t z)=20 mm≤40，满足2 混凝土反力作用下的最小底板厚度计算非抗震工况底板下最大压应力：σcm=9.127 N/mm2底板厚度验算控制应力：σc=9.127 N/mm2沿圆周布置的加劲肋之间按三边支承板简化计算：折算跨度：a2=3.142×850/12=222.529 mm悬挑长度：b2=0.5×(850-560)=145 mm分布弯矩：M1=0.08119×9.127×222.529×222.529 ×10-3=0.0367 kN·m 得到底板最大弯矩区域的弯矩值为：M max=0.0367 kN·m混凝土反力要求最小板厚：T min=(6*M max/f)0.5=(6×36.698/205×103)0.5=32.773 mm≤40，满足3 锚栓拉力作用下的最小底板厚度计算非抗震工况锚栓最大拉力：T am=136.44 kN底板厚度验算控制拉力：T a=136439.829 kN锚栓中心到柱底截面圆边缘距离：l a1=1202.082-560-50=240 mml a1对应的受力长度：l l1=2×240=480 mm锚栓中心到左侧加劲肋距离：l a2=(0.5×560+240)×0.2588=134.586 mml a2对应的受力长度：l l2=134.586+min(50，134.586+0.5×42)=184.586 mm锚栓中心到右侧加劲肋边距离：l a3=134.586 mml a3对应的受力长度：l l3=l l2=134.586+min(50，134.586+0.5×42)=184.586 mm弯矩分布系数：ζ1=240×134.586×134.586/(240×184.586×184.586+480×134.586×184.586+480×184.586×13 4.586)=0.1357得最大弯矩分布系数为：ζ=0.1357锚栓拉力要求的最小板厚：t min=(6×136.44×0.1357/205×103)0.5=23.278 mm≤40，满足六. 对接焊缝验算柱截面与底板采用全对接焊缝，强度满足要求七. X向加劲肋验算非抗震工况下锚栓最大拉力：T am=136.44 kN加劲肋承担柱底反力区域面积：S r=0.01 cm2非抗震工况下加劲肋承担柱底反力：V rc=σcm*S r=9.127×0.01×100=0.009127 kN板件控制剪力：1.2D+1.4L下锚栓拉力，V r=136.44 kN计算宽度取为上切边到角点距离：b r=167.797 mm板件宽厚比：b r/t r=167.797/16=10.487≤18，满足扣除切角加劲肋高度：h r=250-20=230 mm板件剪应力：τr=V b/h r/t r=136.44×103/(230×16)=37.076 Mpa≤125，满足焊缝控制剪力：1.2D+1.4L下锚栓拉力，V r=136.44 kN角焊缝剪应力：τw=V r/[2*0.7*h f*(h r-2*h f)]=136.44/[2×0.7×10×(230-2×10)]=46.408 MPa≤160，满足八. 柱脚抗剪验算控制工况：1.35D+0.84LN=-51.3 kN；V x=11.76 kN；V y=0 kN；锚栓所承受的拉力为：T a=360.206 kN柱脚底板的摩擦力：V fb=0.4*(-N+T a)=0.4×(51.3+360.206)=164.602 kN柱脚所承受的剪力：V=(V x2+V y2)0.5=(11.762+02)0.5=11.76 kN≤164.602，满足独立桩承台设计(ZCT-4)项目名称构件编号日期设计校对审核执行规范:《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010), 本文简称《混凝土规范》《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002), 本文简称《地基规范》《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001), 本文简称《荷载规范》《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008), 本文简称《桩基规范》-----------------------------------------------------------------------1 设计资料1.1 已知条件承台参数(3 桩承台第 1 种)承台底标高: -2.000(m)承台的混凝土强度等级: C25承台钢筋级别: HRB335配筋计算a s: 35(mm)桩参数桩基重要性系数: 1.0桩类型: 泥浆护壁钻(冲)孔桩承载力性状: 摩擦桩桩长: 25.000(m)是否方桩: 否桩直径: 600(mm)桩的混凝土强度等级: C25单桩极限承载力标准值: 558.000(kN)桩端阻力比: 0.400均匀分布侧阻力比: 0.400是否按复合桩基计算: 否桩基沉降计算经验系数: 1.000压缩层深度应力比: 20.00%柱参数柱宽: 1050(mm)柱高: 1050(mm)柱子转角: 0.000(度)柱的混凝土强度等级: C25柱上荷载设计值弯矩M x: 333.000(kN.m)弯矩M y: 0.000(kN.m)轴力N : 45.600(kN)剪力V x: 0.000(kN)剪力V y: -17.000(kN)是否为地震荷载组合: 否基础与覆土的平均容重: 20.000(kN/m3)荷载综合分项系数: 1.20土层信息地面标高: 0.000(m)1.2 计算内容(1) 桩基竖向承载力计算(2) 承台计算(受弯、冲切、剪计算及局部受压计算)(3) 软弱下卧层验算(4) 桩基沉降计算2. 计算过程及计算结果2.1 桩基竖向承载力验算(1) 桩基竖向承载力特征值R计算5.2.2及5.2.3R a——单桩竖向承载力特征值；Q uk——单桩竖向极限承载力标准值；K ——安全系数,取K=2。

题目申报表设计（论文）题目25米高杆路灯灯杆的力学计算与有限元分析题目类型题目来源面向专业指导教师职称学位从事专业题目简介：本课题主要运用ANSYS大型商用有限元软件，对25米高杆路灯灯杆灯杆结构进行力学分析与有限元计算。

分析25米路灯灯杆在自重、风载、雪载等多种载荷作用下的应力应变场分布情况，分析路灯灯杆结构的强度与刚度是否符合设计要求，并在此基础上进行了改进设计，以降低灯杆的重量与成本。

审核意见：审核人签名：年月日题目类型－－1、为结合科研；2、为结合生产实际；3、为结合大学生科研训练计划；4、为结合学科竞赛；5、模拟仿真；6、其它题目来源－－A.指导教师出题； B.学生自定、自拟任务书论文题目25米高杆路灯灯杆的力学计算与有限元分析年级专业学生姓名学号主要内容：1.能够熟练运用大型有限元软件进行数值分析并能够简单的改进或优化设计；2.建立25米高杆路灯灯杆的有限元计算模型，对承受自重、风载、雪载等多种载荷作用下的灯杆进行有限元计算，分析25米路灯灯杆在应力应变场分布情况以及变形情况，研究路灯灯杆结构的强度与刚度是否符合设计要求。

3.在计算的基础上对灯杆进行改进设计，以降低灯杆的重量与成本，最终确定最为合理的设计方案；4.查阅文献15篇以上，翻译不少于5000印刷符的英文资料；5.撰写开题报告：包括工作任务分析、调研报告或文献综述、方案拟定与分析以及实施计划等；6.撰写毕业论文，篇幅不少于1万字。

主要任务及基本要求（包括指定的参考资料）：主要任务及基本要求：1、撰写开题报告：包括工作任务分析、调研报告或文献综述、方案拟定与分析以及实施计划等；2、查阅文献15篇以上，翻译不少于5000印刷符的英文资料；3、熟练运有限元分析软件；4、能够运用MSC/DYTRAN或ANSYS有限元软件建立简单结构的有限元模型，通过计算获得结构的应力应变场分布规律；5、撰写毕业论文，篇幅不少于1万字。

主要参考文献：[1] 高层建筑结构设计与施工问答[M].上海:上海同济大学,1995[2] 浅谈高杆灯的总体设计制作[M]. 石听安 /武进照明电器研究所[3] 三十米高杆灯的风致振动的测量研究[M]. 诸葛鸿程，李德葆(清华大学工程力学系,北京100084) 1998.5[4] 高杆灯杆体强度与挠度分析[M]. 俞晓红姜永生（交通部水运科学研究所北京 100088）[5] 太阳能路灯照明系统的受力分析与强度效核[M]. 许基朵（成都钟顺科技发展有限公司四川·成都610064）[6] 高杆灯总体设计概论[M]. 石听安 (常为市新北区吕墅中学,213132)2003.3[7] 高杆灯承受最大风荷载时紧固地脚螺栓的拉力计算[M]. 石听安(江苏武进市照明电器厂武进市 213117 1999[8] 铌在强化超合金中的作用 (李惠平)[9] 35米高杆灯基础设计施工新方法曹守海(丹东港务局)[10] 高杆灯的介绍与施工北京市第五市政工程公司机电分公司工程师窦剑飞[11] 浅议高杆灯塔开发与应用沈阳铁路局锦州勘测设计院赵拘传[12] 高杆照明技术姜启鹏 1998[13] 港口固定式高杆照明灯的改造山东省龙口港务管理局仲杰[14] 高杆照明系统的应用和结构上海铁路局勘设所蔡君伟发出任务书日期：完成期限：指导教师签名：专业主任签名：年月日参观实习报告在大学的学习生活中，实习是不可缺少的一部分。

有限元分析大作业报告试题1：一、问题描述及数学建模图示无限长刚性地基上的三角形大坝，受齐顶的水压力作用，试用三节点常应变单元和六节点三角形单元对坝体进行有限元分析，并对以下几种计算方案进行比较：（1）分别采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算；（2）分别采用不同数量的三节点常应变单元计算；（3）当选常应变三角单元时，分别采用不同划分方案计算。

该问题属于平面应变问题，大坝所受的载荷为面载荷，分布情况及方向如图所示。

二、采用相同单元数目的三节点常应变单元和六节点三角形单元计算1、有限元建模（1）设置计算类型：两者因几何条件和载荷条件均满足平面应变问题，故均取Preferences 为Structural（2）选择单元类型：三节点常应变单元选择的类型是Solid Quad 4 node182；六节点三角形单元选择的类型是Solid Quad 8 node183。

因研究的问题为平面应变问题，故对Element behavior（K3）设置为plane strain。

（3）定义材料参数：弹性模量E=2.1e11，泊松比σ=0.3（4）建几何模型：生成特征点；生成坝体截面（5）网格化分：划分网格时，拾取lineAB和lineBC，设定input NDIV 为15；拾取lineAC，设定input NDIV 为20，选择网格划分方式为Tri+Mapped，最后得到600个单元。

（6)模型施加约束：约束采用的是对底面BC 全约束。

大坝所受载荷形式为Pressure ，作用在AB 面上，分析时施加在L AB 上，方向水平向右，载荷大小沿L AB 由小到大均匀分布。

以B 为坐标原点，BA 方向为纵轴y ，则沿着y 方向的受力大小可表示为：}{*980098000)10(Y y g gh P -=-==ρρ2、 计算结果及结果分析 （1） 三节点常应变单元三节点常应变单元的位移分布图三节点常应变单元的应力分布图（2）六节点三角形单元六节点三角形单元的变形分布图六节点三角形单元的应力分布图单元类型最小位移（mm）最大位移（mm）最小应力（Pa）最大应力（Pa）三节点0 0.0284 5460.7 392364六节点0 0.0292 0.001385 607043①最大位移都发生在A点，即大坝顶端，最大应力发生在B点附近，即坝底和水的交界处，且整体应力和位移变化分布趋势相似，符合实际情况；②结果显示三节点和六节点单元分析出来的最大应力值相差较大，原因可能是B点产生了虚假应力，造成了最大应力值的不准确性。

30m 高杆路灯灯杆强度计算1、已知条件1.1 最大风速 Vm=36m/s1.2 材料 材质符合GB700-88（A3）1.3 许用应力［σ］=235Mpa(《机械设计手册》) 1.4 弹性模量：E=2.06×1011N/M 2(《机械设计手册》)1.5 灯管外形为选用A3钢板卷制焊接，梢径φ1=0.35m,根径m 65.02=φ，分三节制作，壁厚分别为：8、10、12mm. 1.6 灯体自重1500kg,杆重4000kg 2、迎风面积2.1 S 灯体=4m 2 2.2 S 灯杆=15 m 2 3、灯杆的自振周期 I=64π(0.644-0.624)=0.00137m 4A= 4π(0.642-0.622)=0.0275m 2T1=3.63×)236.0(3AH m EI H ρ+=1.95s 4、强度校核4.1 基本风压 ω0= 16002vm =0.81kN/ m 24.2 体型系数 d=221φφ+ =0.5mω0d 2=0.2025>0.015 ∴灯杆体型系数为 μs =0.7灯体按回转结构加框架 μs 取0.9 4.3 脉动增大系数ω0=(T 1)2=0.81×(1.95)2=3.08，按3插入查表得ξ=2.954.4 脉动和风压变化影响系数ε1=0.74(按C 类) 4.5 振型结构影响系数ε2宽度比21φφ =0.5 30m 高度处 ，ε2=0.88 20m 高度处 ，ε2=0.63 15m 高度处 ，ε2=0.44 10m 高度处 ，ε2=0.25 5m 高度处 ，ε2=0.09 4.6 风振系数β 的计算 βz =1+ ⋅ξε1•ε2∴β30=2.92 β20=2.38 β15=1.96 β10=1.56 β5=1.20ω=βz u s u z u τ ω04.8灯杆底端风力的总弯距 M 1=5.67×25=141.75 KN.m M 2=13.28×29=385.12 KN.m M 3=3.07×17.529=53.72 KN.m M 4=2.55×12.5=31.87 KN.m M 5=1.95×7.5=14.62 KN.m M 6=1.31×2.5=3.27 KN.m M 总=630.35 KN.m4.8 灯杆底端（危险截面即筋板上部开孔处的截面）风压弯曲应为Qb. b σ =SM 总S=0.098×34464.062.064.0-∴b σ =MPa mKN 147098.064.062.064.035.63044=⨯-•许用应力［σ］=235Mpa ∴b σ<[σ]4.9 根据风压，灯杆底端的剪切应力1τσ1τσ=AF 总2 ∴1τσ=02775.083.272⨯ =2.01Mpa一般许用应力［τσ］=0.5[σ]=117Mpa ∴ 1τσ< [τσ]结论据以上计算结果，弯曲应力及剪切应力均小于允许应力，是安全的。