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節(jié)省路燈成本:道路照明燈桿如何進(jìn)行優(yōu)化分析

  道路照明是指在道路上安裝照明燈具,為夜間來(lái)往車(chē)輛和行人提供良好的視覺(jué)環(huán)境,從而改善交通條件,提高道路通行能力和保證交通安全。道路照明設(shè)施主要包括燈具、挑臂、燈桿,燈桿支撐燈具和挑臂,挑臂長(zhǎng)度為燈具的光中心至鄰近一側(cè)緣石的水平距離。燈桿強(qiáng)度和挑臂長(zhǎng)度直接影響道路照明及交通安全,在城市道路照明設(shè)計(jì)過(guò)程中,路燈布置、間距常被作為設(shè)計(jì)重點(diǎn),而燈桿的壁厚、挑臂長(zhǎng)度等往往被忽略,設(shè)計(jì)主要依靠經(jīng)驗(yàn),規(guī)格模式統(tǒng)一。這種路燈設(shè)計(jì)方案在實(shí)際應(yīng)用中因路燈挑臂不夠長(zhǎng),道路中間亮度不夠,給夜間行車(chē)帶來(lái)困難。

  在保持道路燈桿高度、材質(zhì)、燈具和風(fēng)速等參數(shù)不變的條件下。分別計(jì)算不同挑臂臂長(zhǎng)L、燈桿壁厚δ、燈桿梢徑d外、燈桿底徑D外時(shí)的燈桿強(qiáng)度,在保證強(qiáng)度安全的工況下,給出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

  1、 燈桿挑臂長(zhǎng)度影響

  傳統(tǒng)燈桿臂厚4.0 mm時(shí),其安全系數(shù)與挑臂長(zhǎng)度的變化關(guān)系。由圖1可見(jiàn),隨挑臂長(zhǎng)度增加,燈桿安全系數(shù)逐漸減小,當(dāng)臂長(zhǎng)2.5 m時(shí),路燈燈桿安全系數(shù)為2.43,隨著挑臂長(zhǎng)度的增長(zhǎng),燈桿底部所受彎矩不斷增加,安全系數(shù)不斷減小,當(dāng)臂長(zhǎng)增加到6.0 m時(shí),燈桿安全系數(shù)減小到2.03,均大于建議安全系數(shù),說(shuō)明當(dāng)前路燈燈桿強(qiáng)度富余較多,路燈燈桿安全系數(shù)有足夠的安全儲(chǔ)備,存在優(yōu)化空間。

  圖2為不同直徑路燈燈桿安全系數(shù)與挑臂長(zhǎng)度的變化關(guān)系。隨著燈桿直徑減小,安全系數(shù)也顯著減小,底徑180 mm,梢徑100 mm,臂長(zhǎng)4.0 m時(shí)安全系數(shù)為2.24;底徑減小到170 mm,梢徑90 mm,臂長(zhǎng)4.0 m時(shí)安全系數(shù)減小為2.08,接近建議安全系數(shù),隨著燈桿直徑的進(jìn)一步減小,路燈燈桿將偏于不安全。

  2、 路燈燈桿壁厚的影響

  不同燈桿挑臂長(zhǎng)度,燈桿安全系數(shù)與壁厚的變化關(guān)系。燈桿底徑180 mm,梢徑100 mm,挑臂2.5 m,安全系數(shù)隨壁厚增加而逐漸增大,當(dāng)前壁厚4.0 mm時(shí),路燈燈桿安全系數(shù)為2.43,隨著壁厚減小到3.5 mm時(shí),安全系數(shù)減小為2.15;壁厚進(jìn)一步減小到3.0 mm時(shí),安全系數(shù)降低到1.85,小于建議安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn),此時(shí)燈桿偏于不安全。

  對(duì)于挑臂長(zhǎng)度與燈桿壁厚的優(yōu)化,計(jì)算結(jié)果如圖4。由圖4可見(jiàn):挑臂長(zhǎng)度與最優(yōu)壁厚成非線性關(guān)系,當(dāng)前燈桿挑臂長(zhǎng)度為2.0 m工況下,最優(yōu)壁厚為3.24 mm;隨著挑臂長(zhǎng)度的增加,燈桿壁厚顯著增加,挑臂長(zhǎng)度增加到4.0 m后,最優(yōu)壁厚3.66 mm。

  采用力學(xué)分析方法,得出以下結(jié)論:

  1)隨著路燈挑臂長(zhǎng)度的增加,燈桿底部所受彎矩不斷增大,路燈燈桿安全系數(shù)逐漸減小,建議路燈燈桿安全系數(shù)為2.0比較合理,當(dāng)前壁厚4.0 mm,挑臂臂長(zhǎng)2.5 m工況下,安全系數(shù)有足夠的安全儲(chǔ)備,存在優(yōu)化空間;

  2)隨著挑臂長(zhǎng)度的增加,安全系數(shù)逐漸減小,當(dāng)前工況下燈桿挑臂臂長(zhǎng)增加到4.0 m時(shí)安全系數(shù)為2.24,能滿足工程安全需要;

  3)燈桿挑臂長(zhǎng)度與最優(yōu)壁厚成非線性關(guān)系,隨著挑臂長(zhǎng)度的增加,燈桿壁厚顯著增加,當(dāng)前工況下路燈燈桿最優(yōu)壁厚為3.24 mm;

  4)建議路燈燈桿安全系數(shù)為2.0,路燈挑臂臂長(zhǎng)4.0 m,路燈燈桿最優(yōu)壁厚為3.66 mm。


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