路燈基礎的設計與校核

蔡衛強

(南通市城市照明管理處，江蘇 南通　226007)

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路燈基礎的設計與校核

蔡衛強

(南通市城市照明管理處，江蘇 南通226007)

城市路燈遍布全市，桿高均在10 m左右甚至更高，燈桿上除了燈架、燈具等設施外，有的還裝有廣告牌或指示牌，承受了很大的風荷載。鋼桿路燈通過地腳螺栓與基礎連接，本文通過對路燈基礎設計、計算與校核，指出了城市照明工程設計不可忽視的一環：螺栓與基礎是路燈桿安全可靠的關鍵部位。

路燈基礎；地腳螺栓；風荷載；屈服強度；傾覆穩定

引言

筆者調研過很多城市，在路燈設計時主要進行照度、電氣設計計算，而對路燈基礎設計計算、地腳螺栓的選用等均未作認真計算與校核，而施工單位往往憑經驗、慣例進行制作澆制，有的做得很小造成安全隱患，有的做得很大造成浪費。主要原因是從事城市照明工作的技術人員以電氣、控制、光學專業為主，而進行路燈基礎設計涉及結構、材料等力學知識。筆者通過查閱有關規范、資料，下面對10 m高常規道路照明路燈基礎進行設計計算，與同行探討交流。

1　基礎螺栓的設計計算

1.1雙挑等臂路燈數據

燈桿高度H1=10 m,燈桿材料為A3鋼板卷制焊接，梢徑D1=89 mm,根徑D2=200 mm,雙挑燈臂迎風面積S1=0.2 m2，燈具迎風面積S2=0.6 m2，燈具距地面H2=10.6 m，地腳螺栓n=4，在距地面H3=4 m處，需對稱安裝S3=4 m2的廣告牌。

1.2彎矩計算

根據《架空送電線路桿塔結構設計技術規定》，桿塔風荷載按式(1)計算：

(1)

式中，基準風壓標準值W0=V2/1 600，風壓高度變化系數μz取1.0，圓錐形路燈桿的體形系數μs取0.7，風荷載調整系數βz取1.0，S為迎風面積，當風速V=25(m/s)時，風荷載WS為

WS=1.0×0.7×1.0×(252/1 600)S≈0.273S

1)燈桿上均勻分布的風力Ws1:

Ws1=0.273×H1×(D1+D2)/2=0.273×10×(0.2+0.89)/2≈0.394 kN

2)燈臂上均勻分布的風力Ws2：

Ws2=0.273S1=0.273×0.2=0.054 6 kN

3)燈具上均勻分布的風力Ws3:

Ws3=0.213S2=0.273×0.6≈0.164 kN

4)廣告牌上均勻分布的風力Ws4：

Ws4=0.273S3=0.273×4=1.092 kN

則總的風荷載Ws總為

Ws總=Ws1+Ws2+Ws3+Ws4=0.394+0.054 6+0.164+1.092≈1.7 kN

則每根螺栓承受的剪力F1=Ws總/4= 1.7/4=0.425 kN。

風荷載產生的桿根總彎矩M總為

M總=Ws1·H1/2+Ws2·(H1+H2)/2+Ws3·H2+Ws4·H3

=10/2×0.394+(10+10.6)/2×0.054 6+0.164×10.6+1.092×4≈8.64 kN·m

1.3校驗基礎地腳螺栓

在風荷載作用下，通過法蘭盤傳遞給地腳螺栓，如圖1所示，取燈桿外壁切線為旋轉軸，當風向為螺栓的對角線時，螺栓的拉力最大，其值Ntmax為

圖1　基礎地腳螺栓Fig.1　Anchor bolts

(2)

式(2)中，Ymax為受力最大螺栓中心到旋轉軸的距離;Yi為螺栓中心到旋轉軸的距離。

燈桿安裝時，一般都不控制地腳螺栓的預緊力，安全系數應為Kα=2～3。M22螺栓的螺距一般為2 mm，其最小直徑d1=19.835 mm，則有效面積S為

Q235螺栓屈服強度為225 N/mm2，許用剪應力為125 N/mm2

許用拉力[N]=σsS/Kα=225×309/2.5=27810N=27.81 kN>Ntmax

許用剪力[F]=125×309=38.625 kN≈38.63 kN>F1

由上可見，用M22的地腳螺栓是安全的，但它屬于第二系列，宜優先選用第一系列產品，即選用M24。

2　基礎傾覆校驗

10 m桿路燈基礎數據：方形基礎長和寬都為b=0.5 m，埋深ht=1.5 m。

因基礎埋深h與基礎側面寬度b之比h/b=1.5/0.5=3，燈桿的穩定主要靠基礎周圍的土壓力來保持，按《架空送電線路基礎設計技術規定》(DL/T 5219—2005)驗算基礎傾覆穩定問題。

由上面計算知道總彎矩M總=8.64 kN·m，總水平風荷載Ws總=1.7 kN，則合力作用點距地面的等效高度H0為

H0=M總/Ws總=8.64/1.7≈5.08 m

1)按第8.1.2條，取可塑土，查表8.1.2，等代內摩阻角β=30°，土壓力參數m=48 kN/m3。

2)按第8.1.3條，查表8.1.3-1得k0=1.35，則基礎的計算寬度b0=bk0=0.5×1.35≈0.68 m。

3)按第8.1.4條，η=H0/ht=5.08/1.5≈3.39，查表8.1.4得μ=12.1。

4)按式8.1.4-4，基礎的極限傾覆力矩Mj為

所以經校核燈桿不會傾覆。

[1] 肖洪偉. 架空送電線路桿塔結構設計技術規定[M]. 北京：中國計劃出版社，2013.

[2] 于潤芳. 架空送電線路基礎設計技術規定[M]. 北京：中國電力出版社，2005.

Design and Verification of the Lamp Base

CAI Weiqiang

(Nantong Urban Lighting Management， Nantong226007，China)

City street lamps are throughout the city and the height of each pole is around 10m or higher. Some light poles which are equipped with a billboard or sign apart from candle holders, lamps and other facilities bear a great deal of wind load. Steel street lamps are connected with bases by anchor bolts. Based on the lamp base design, calculation and checking, this article points out that urban lighting project design is a link which cannot be ignored: Bolts and bases are secure key parts of the street lights.

lamp base；anchor bolt；wind load；yield strength；overturn stability

TM923

ADOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2016.05.013