路灯基础的设计与校核

蔡卫强

(南通市城市照明管理处，江苏 南通　226007)



路灯基础的设计与校核

蔡卫强

(南通市城市照明管理处，江苏 南通226007)

城市路灯遍布全市，杆高均在10 m左右甚至更高，灯杆上除了灯架、灯具等设施外，有的还装有广告牌或指示牌，承受了很大的风荷载。钢杆路灯通过地脚螺栓与基础连接，本文通过对路灯基础设计、计算与校核，指出了城市照明工程设计不可忽视的一环：螺栓与基础是路灯杆安全可靠的关键部位。

路灯基础；地脚螺栓；风荷载；屈服强度；倾覆稳定

引言

笔者调研过很多城市，在路灯设计时主要进行照度、电气设计计算，而对路灯基础设计计算、地脚螺栓的选用等均未作认真计算与校核，而施工单位往往凭经验、惯例进行制作浇制，有的做得很小造成安全隐患，有的做得很大造成浪费。主要原因是从事城市照明工作的技术人员以电气、控制、光学专业为主，而进行路灯基础设计涉及结构、材料等力学知识。笔者通过查阅有关规范、资料，下面对10 m高常规道路照明路灯基础进行设计计算，与同行探讨交流。

1　基础螺栓的设计计算

1.1双挑等臂路灯数据

灯杆高度H1=10 m,灯杆材料为A3钢板卷制焊接，梢径D1=89 mm,根径D2=200 mm,双挑灯臂迎风面积S1=0.2 m2，灯具迎风面积S2=0.6 m2，灯具距地面H2=10.6 m，地脚螺栓n=4，在距地面H3=4 m处，需对称安装S3=4 m2的广告牌。

1.2弯矩计算

根据《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》，杆塔风荷载按式(1)计算：

(1)

式中，基准风压标准值W0=V2/1 600，风压高度变化系数μz取1.0，圆锥形路灯杆的体形系数μs取0.7，风荷载调整系数βz取1.0，S为迎风面积，当风速V=25(m/s)时，风荷载WS为

WS=1.0×0.7×1.0×(252/1 600)S≈0.273S

1)灯杆上均匀分布的风力Ws1:

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

2)灯臂上均匀分布的风力Ws2：

Ws2=0.273S1=0.273×0.2=0.054 6 kN

3)灯具上均匀分布的风力Ws3:

Ws3=0.213S2=0.273×0.6≈0.164 kN

4)广告牌上均匀分布的风力Ws4：

Ws4=0.273S3=0.273×4=1.092 kN

则总的风荷载Ws总为

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

则每根螺栓承受的剪力F1=Ws总/4= 1.7/4=0.425 kN。

风荷载产生的杆根总弯矩M总为

M总=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校验基础地脚螺栓

在风荷载作用下，通过法兰盘传递给地脚螺栓，如图1所示，取灯杆外壁切线为旋转轴，当风向为螺栓的对角线时，螺栓的拉力最大，其值Ntmax为

图1　基础地脚螺栓Fig.1　Anchor bolts

(2)

式(2)中，Ymax为受力最大螺栓中心到旋转轴的距离;Yi为螺栓中心到旋转轴的距离。

灯杆安装时，一般都不控制地脚螺栓的预紧力，安全系数应为Kα=2～3。M22螺栓的螺距一般为2 mm，其最小直径d1=19.835 mm，则有效面积S为

Q235螺栓屈服强度为225 N/mm2，许用剪应力为125 N/mm2

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

许用剪力[F]=125×309=38.625 kN≈38.63 kN>F1

由上可见，用M22的地脚螺栓是安全的，但它属于第二系列，宜优先选用第一系列产品，即选用M24。

2　基础倾覆校验

10 m杆路灯基础数据：方形基础长和宽都为b=0.5 m，埋深ht=1.5 m。

因基础埋深h与基础侧面宽度b之比h/b=1.5/0.5=3，灯杆的稳定主要靠基础周围的土压力来保持，按《架空送电线路基础设计技术规定》(DL/T 5219—2005)验算基础倾覆稳定问题。

由上面计算知道总弯矩M总=8.64 kN·m，总水平风荷载Ws总=1.7 kN，则合力作用点距地面的等效高度H0为

H0=M总/Ws总=8.64/1.7≈5.08 m

1)按第8.1.2条，取可塑土，查表8.1.2，等代内摩阻角β=30°，土压力参数m=48 kN/m3。

2)按第8.1.3条，查表8.1.3-1得k0=1.35，则基础的计算宽度b0=bk0=0.5×1.35≈0.68 m。

3)按第8.1.4条，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，基础的极限倾覆力矩Mj为

所以经校核灯杆不会倾覆。

[1] 肖洪伟. 架空送电线路杆塔结构设计技术规定[M]. 北京：中国计划出版社，2013.

[2] 于润芳. 架空送电线路基础设计技术规定[M]. 北京：中国电力出版社，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