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节省路灯成本:道路照明灯杆如何进行优化分析

  道路照明是指在道路上安装照明灯具,为夜间来往车辆和行人提供良好的视觉环境,从而改善交通条件,提高道路通行能力和保证交通安全。道路照明设施主要包括灯具、挑臂、灯杆,灯杆支撑灯具和挑臂,挑臂长度为灯具的光中心至邻近一侧缘石的水平距离。灯杆强度和挑臂长度直接影响道路照明及交通安全,在城市道路照明设计过程中,路灯布置、间距常被作为设计重点,而灯杆的壁厚、挑臂长度等往往被忽略,设计主要依靠经验,规格模式统一。这种路灯设计方案在实际应用中因路灯挑臂不够长,道路中间亮度不够,给夜间行车带来困难。

  在保持道路灯杆高度、材质、灯具和风速等参数不变的条件下。分别计算不同挑臂臂长L、灯杆壁厚δ、灯杆梢径d外、灯杆底径D外时的灯杆强度,在保证强度安全的工况下,给出最优设计方案。

  1、 灯杆挑臂长度影响

  传统灯杆臂厚4.0 mm时,其安全系数与挑臂长度的变化关系。由图1可见,随挑臂长度增加,灯杆安全系数逐渐减小,当臂长2.5 m时,路灯灯杆安全系数为2.43,随着挑臂长度的增长,灯杆底部所受弯矩不断增加,安全系数不断减小,当臂长增加到6.0 m时,灯杆安全系数减小到2.03,均大于建议安全系数,说明当前路灯灯杆强度富余较多,路灯灯杆安全系数有足够的安全储备,存在优化空间。

  图2为不同直径路灯灯杆安全系数与挑臂长度的变化关系。随着灯杆直径减小,安全系数也显著减小,底径180 mm,梢径100 mm,臂长4.0 m时安全系数为2.24;底径减小到170 mm,梢径90 mm,臂长4.0 m时安全系数减小为2.08,接近建议安全系数,随着灯杆直径的进一步减小,路灯灯杆将偏于不安全。

  2、 路灯灯杆壁厚的影响

  不同灯杆挑臂长度,灯杆安全系数与壁厚的变化关系。灯杆底径180 mm,梢径100 mm,挑臂2.5 m,安全系数随壁厚增加而逐渐增大,当前壁厚4.0 mm时,路灯灯杆安全系数为2.43,随着壁厚减小到3.5 mm时,安全系数减小为2.15;壁厚进一步减小到3.0 mm时,安全系数降低到1.85,小于建议安全系数标准,此时灯杆偏于不安全。

  对于挑臂长度与灯杆壁厚的优化,计算结果如图4。由图4可见:挑臂长度与最优壁厚成非线性关系,当前灯杆挑臂长度为2.0 m工况下,最优壁厚为3.24 mm;随着挑臂长度的增加,灯杆壁厚显著增加,挑臂长度增加到4.0 m后,最优壁厚3.66 mm。

  采用力学分析方法,得出以下结论:

  1)随着路灯挑臂长度的增加,灯杆底部所受弯矩不断增大,路灯灯杆安全系数逐渐减小,建议路灯灯杆安全系数为2.0比较合理,当前壁厚4.0 mm,挑臂臂长2.5 m工况下,安全系数有足够的安全储备,存在优化空间;

  2)随着挑臂长度的增加,安全系数逐渐减小,当前工况下灯杆挑臂臂长增加到4.0 m时安全系数为2.24,能满足工程安全需要;

  3)灯杆挑臂长度与最优壁厚成非线性关系,随着挑臂长度的增加,灯杆壁厚显著增加,当前工况下路灯灯杆最优壁厚为3.24 mm;

  4)建议路灯灯杆安全系数为2.0,路灯挑臂臂长4.0 m,路灯灯杆最优壁厚为3.66 mm。


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