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摘要：随着城市的发展，城市杆件越来越多，因此多功能路灯作为整合城市公共设施的重要载体，具有广泛的使用前景。因城市公共设施的种类繁多，对杆件的安全性要求有特殊的需求。本人结合工作中的经验，就多功能路灯的稳定性及安全性等方面对杆体强度的计算做了浅析。
关键词：多功能路灯;风荷载;迎风面积;强度校核
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-05-286
第一章 前言
1.1引言
多功能路燈是指整合道路功能照明、交通信号指示、交通管理、安全监控等道路公共设施的道路路灯杆件。多功能路灯通过预留接口结构，可加载相应的公共设施，具有广泛均匀分布、可精确定位、具备安全可靠传输网络的优点，是智慧城市搭建的重要载体。
1.2目前多功能路灯使用与发展
多功能路灯是对新建道路和改造道路的照明、机动车信号灯、闯红灯电子警察、交通标志标牌、交通监控、治安监控等市政设施利用多功能路灯杆进行并杆安装。
多功能路灯杆可采用锥形杆，杆体样式可采用十二棱杆、圆杆，推荐采用十二棱杆。杆体下口径不宜大于320mm，因受力较大，宜采用高强度钢材料等新材料进行杆体制作。
南京市自2016年启动城市杆件综合建设，编制发布了《南京市城市道路杆件设置技术导则》和《南京市城市道路杆件设置管理办法》对城市道路杆件进行管控。截至2018年底，南京涉及多功能路灯建设的道路共50条，总长达90公里，新建改造杆件数量7082杆，其中多功能路灯数量1904套。
1.3本文的主要研究内容
多功能路灯在城市道路广泛应用的同时，需要充分考虑到杆件在各种恶劣天下下的安全性。本文对多功能路灯的安全包括强度及稳定性等方面进行了分析，其中强度校核是保证设备安全的重要内容。
第二章 多功能路灯的强度校核分析
2.1多功能路灯的使用环境
多功能路灯主要设置在城区道路，受力主要为风荷载与自身的重力荷载。其中风荷载的作用是其主要的危险因素。
2.1.1基本风压计算
根据GB50135《高耸结构设计规范》第4.2.1条规定，风压标准值按下式计算：
1、基本风压ω0
风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。根据伯努利方程风的动压为ω0=0.5*ρ*v2
由于空气密度和重量的关系为ρ=r/g。在标准状态下空气重量r=0.01225kN/m3，重力加速度g=9.8m/s2，得ω0=v2/1600
2、风压高度变化系数μZ
在《高耸结构设计规范》中根据地面粗糙度分为A、B、C、D四类：
风压高度变化系数为一定高度处的风压与B类地面10米高度处的风压比值。
μZ取值可以根据《高耸结构设计规范》表4.2.6-1用内插法确定。
注：B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中小城市郊区。
3、杆梢处风荷载体型系数μS
风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面一定面积范围内所引起的平均压力（或吸力）与风的速度压的比值，主要与建筑物的体型和尺度，周围环境和地面粗糙度有关。对于路灯杆件一般取μS=1.0
4、风振系数βZ
风振系数是指风对建筑物的作用，通常把风作用的平均值看成稳定风压或平均风压，实际风压是在平均风压上下波动的。
对于一般悬臂结构且可忽略扭转影响的高层建筑，风振系数可根据<高耸规范>的相应公式计算。
2.1.2迎风面积
多功能路灯可根据需求加装不同设备，现以迎风面积最大的路名牌为例，如下图所示
1、多能能路灯主杆的迎风面积
多能能路灯主杆一般采用锥形或圆柱形，迎风面积随杆高而增大。
式中：D1，D2是主杆杆顶与杆根部外径，H是指主杆杆高。
2、灯具及灯具安装件的迎风面积
多功能路灯灯具及安装挑臂样式与形状较多，迎风面积复杂。一般将其外形的侧方向投影面积作为迎风面积计算。
S灯=侧方向投影面积
3、附加设备与挑臂的迎风面积
挑臂一般采用一根或多根锥形或圆柱形，标牌多为矩形。
S臂=（D1+D2）*L/2;S牌=标牌长*宽
式中：D1，D2是挑臂杆梢与杆根部外径，L是指挑臂长度。
2.1.3风荷载计算
灯具及灯具安装件所受的风荷载N灯=ωK*S灯
式中ωK是风荷载标准值，S是各构件的迎风面积
2.1.4弯矩及剪力计算
杆/臂根部的力矩，可以等效为集中风力作用在杆/臂重心处对杆/臂根部的力矩。
1、重心对根部距离
2、单根横臂根部所受风力的弯矩及剪力
式中L牌是标牌中心与挑臂根部的水平距离
3、单根横臂根部所受重力的弯矩及剪力
式中G牌是标牌重量，L牌是标牌中心与挑臂根部的水平距离，G臂是单个挑臂重量
4、主杆根部所受风力的弯矩及剪力
5、主杆根部所受重力的弯矩及剪力
式中H臂是挑臂对地高度，G牌是标牌重量，G臂是单个挑臂重量，G杆是主杆重量，G灯是灯具及灯具安装件重量
2.2多功能路灯的安全性校核
2.2.1强度校核
式中R是外圆半径，r是内圆半径
1、横臂根部强度验算
2、主杆根部强度验算
3、多功能路灯的安全系数
多功能路灯杆件所承受的最大工作应力不应超过灯杆材质的一般许用应力。杆件材料采用碳素结构钢，属于典型的塑形材料，其一般许用应力为屈服极限应力。
安全系数;
K是材料性能安全储备的系数，数值大于1。确定安全系数时应在满足《高耸结构设计规范》要求的同时，充分考虑各方面的因素，如制作工艺以及经济性等。
第三章 小结
在多功能路灯强度校核中如发现强度不满足要求，可通过增加杆件壁厚，加大杆体直径，选用更高强度材料等方式以满足安全需求。同时在验算中如发现强度远远超出所需的安全要求，在保证安全的前提下，应通过调整结构设计，减少壁厚、直径等方式降低成本。
参考文献
[1]GB50135-2019高耸结构设计规范
[2]蔡卫强.灯杆上装广告牌的强度校核[J].道路照明，1999，000（003）：14-15.
[3]何鹏.关于高杆灯风载荷的设计与计算[J].照明工程学报，2014，000（005）：124-128.
关键词：多功能路灯;风荷载;迎风面积;强度校核
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-05-286
第一章 前言
1.1引言
多功能路燈是指整合道路功能照明、交通信号指示、交通管理、安全监控等道路公共设施的道路路灯杆件。多功能路灯通过预留接口结构，可加载相应的公共设施，具有广泛均匀分布、可精确定位、具备安全可靠传输网络的优点，是智慧城市搭建的重要载体。
1.2目前多功能路灯使用与发展
多功能路灯是对新建道路和改造道路的照明、机动车信号灯、闯红灯电子警察、交通标志标牌、交通监控、治安监控等市政设施利用多功能路灯杆进行并杆安装。
多功能路灯杆可采用锥形杆，杆体样式可采用十二棱杆、圆杆，推荐采用十二棱杆。杆体下口径不宜大于320mm，因受力较大，宜采用高强度钢材料等新材料进行杆体制作。
南京市自2016年启动城市杆件综合建设，编制发布了《南京市城市道路杆件设置技术导则》和《南京市城市道路杆件设置管理办法》对城市道路杆件进行管控。截至2018年底，南京涉及多功能路灯建设的道路共50条，总长达90公里，新建改造杆件数量7082杆，其中多功能路灯数量1904套。
1.3本文的主要研究内容
多功能路灯在城市道路广泛应用的同时，需要充分考虑到杆件在各种恶劣天下下的安全性。本文对多功能路灯的安全包括强度及稳定性等方面进行了分析，其中强度校核是保证设备安全的重要内容。
第二章 多功能路灯的强度校核分析
2.1多功能路灯的使用环境
多功能路灯主要设置在城区道路，受力主要为风荷载与自身的重力荷载。其中风荷载的作用是其主要的危险因素。
2.1.1基本风压计算
根据GB50135《高耸结构设计规范》第4.2.1条规定，风压标准值按下式计算：
1、基本风压ω0
风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。根据伯努利方程风的动压为ω0=0.5*ρ*v2
由于空气密度和重量的关系为ρ=r/g。在标准状态下空气重量r=0.01225kN/m3，重力加速度g=9.8m/s2，得ω0=v2/1600
2、风压高度变化系数μZ
在《高耸结构设计规范》中根据地面粗糙度分为A、B、C、D四类：
风压高度变化系数为一定高度处的风压与B类地面10米高度处的风压比值。
μZ取值可以根据《高耸结构设计规范》表4.2.6-1用内插法确定。
注：B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中小城市郊区。
3、杆梢处风荷载体型系数μS
风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面一定面积范围内所引起的平均压力（或吸力）与风的速度压的比值，主要与建筑物的体型和尺度，周围环境和地面粗糙度有关。对于路灯杆件一般取μS=1.0
4、风振系数βZ
风振系数是指风对建筑物的作用，通常把风作用的平均值看成稳定风压或平均风压，实际风压是在平均风压上下波动的。
对于一般悬臂结构且可忽略扭转影响的高层建筑，风振系数可根据<高耸规范>的相应公式计算。
2.1.2迎风面积
多功能路灯可根据需求加装不同设备，现以迎风面积最大的路名牌为例，如下图所示
1、多能能路灯主杆的迎风面积
多能能路灯主杆一般采用锥形或圆柱形，迎风面积随杆高而增大。
式中：D1，D2是主杆杆顶与杆根部外径，H是指主杆杆高。
2、灯具及灯具安装件的迎风面积
多功能路灯灯具及安装挑臂样式与形状较多，迎风面积复杂。一般将其外形的侧方向投影面积作为迎风面积计算。
S灯=侧方向投影面积
3、附加设备与挑臂的迎风面积
挑臂一般采用一根或多根锥形或圆柱形，标牌多为矩形。
S臂=（D1+D2）*L/2;S牌=标牌长*宽
式中：D1，D2是挑臂杆梢与杆根部外径，L是指挑臂长度。
2.1.3风荷载计算
灯具及灯具安装件所受的风荷载N灯=ωK*S灯
式中ωK是风荷载标准值，S是各构件的迎风面积
2.1.4弯矩及剪力计算
杆/臂根部的力矩，可以等效为集中风力作用在杆/臂重心处对杆/臂根部的力矩。
1、重心对根部距离
2、单根横臂根部所受风力的弯矩及剪力
式中L牌是标牌中心与挑臂根部的水平距离
3、单根横臂根部所受重力的弯矩及剪力
式中G牌是标牌重量，L牌是标牌中心与挑臂根部的水平距离，G臂是单个挑臂重量
4、主杆根部所受风力的弯矩及剪力
5、主杆根部所受重力的弯矩及剪力
式中H臂是挑臂对地高度，G牌是标牌重量，G臂是单个挑臂重量，G杆是主杆重量，G灯是灯具及灯具安装件重量
2.2多功能路灯的安全性校核
2.2.1强度校核
式中R是外圆半径，r是内圆半径
1、横臂根部强度验算
2、主杆根部强度验算
3、多功能路灯的安全系数
多功能路灯杆件所承受的最大工作应力不应超过灯杆材质的一般许用应力。杆件材料采用碳素结构钢，属于典型的塑形材料，其一般许用应力为屈服极限应力。
安全系数;
K是材料性能安全储备的系数，数值大于1。确定安全系数时应在满足《高耸结构设计规范》要求的同时，充分考虑各方面的因素，如制作工艺以及经济性等。
第三章 小结
在多功能路灯强度校核中如发现强度不满足要求，可通过增加杆件壁厚，加大杆体直径，选用更高强度材料等方式以满足安全需求。同时在验算中如发现强度远远超出所需的安全要求，在保证安全的前提下，应通过调整结构设计，减少壁厚、直径等方式降低成本。
参考文献
[1]GB50135-2019高耸结构设计规范
[2]蔡卫强.灯杆上装广告牌的强度校核[J].道路照明，1999，000（003）：14-15.
[3]何鹏.关于高杆灯风载荷的设计与计算[J].照明工程学报，2014，000（005）：124-128.