高杆灯承受最大风荷载时紧固地脚螺栓的拉力计算

　　高杆灯基座紧固地脚螺栓抗风荷载时承受能力的计算,一般是先提出假设的地脚螺栓的允许直径,再以这种螺栓在不控制预紧力的条件下所承受的静荷载时的轴向拉力加以验算。这里必须先计算出高杆灯所在地区有可能经受到的其最大风荷载为准则(注)。

　　例如:经计算得知,某台高杆灯有可能遭受到的最大风荷载为630.6kNm,选用的基座紧固地脚螺栓的有关设计情况如下:

　　1.假设高杆灯杆根部基座圆环状底板的最大外径 0=1.20m;底板上均等地分布着16个螺栓孔、孔径为 1,螺栓孔中心的分布圆直径 2=1.00m;高杆灯杆根处钢管的外径 3=0.76m;预埋的16根紧固地脚螺栓的分布状况必须与高杆灯杆根处的圆环状底板上的螺栓孔一一中心对应;杆根外侧,每两个螺孔中间皆设置一块焊连的支撑板,以增强杆根处与底板的连接强度,增大高杆灯的稳度。预埋螺栓的分布及高杆灯受风荷载时,螺栓所受拉力的力臂状况见图1。

　　图1中:16只螺栓均等分布,相邻两只螺栓中心所对的圆心角为2β:2β=360°/16=22°30′　且: 2=1.00m, 3=0.76m,y0= 2=1.00m

　　据三角函数的关系可得:

　　高杆灯经受最大风荷载作用力nF,对杆根来说,产生的最大风荷载弯矩∑M1=630.6kNm。为使高杆灯保持总体平衡(且依然存在倾折趋势),杆根部必然产生一个抵抗弯矩∑M2,且量值上∑M2≥∑M1。又据力学平衡方可知,此时整体高杆灯所受的风荷载作用力nF、底板紧固螺栓共同产生的拉力∑N、高杆灯的重力G0,基础的支承力Q等作用力的合力∑F=0。而底板紧固螺栓能产生拉力的分别是螺栓1～7和2′～7′计13只,它们分别产生的拉力设为Nmax、N2、N3…N7和N′2、N′3…N′7,(见图2)。这些拉力对于高杆灯受最大风荷载时产生倾折趋势,但却保持总体相对平衡时的有效接触面——弓形AmB的有效支点螺栓9来说(见图1),其力臂长分别为y0、y1…y6和y′1、y′2…y′6(其中y′1=y1、y′2=y2…y′6=y6),且力臂的量度也体现了螺栓的拉力N的大小。

　　即螺栓有可能受到的最大轴向拉力64.27kN。

　　2.预埋螺栓的选择。高杆灯预埋螺栓的选择需考虑到螺栓的有效截面积、螺栓的钢材型号,且一般不控制螺栓的预紧力。此处参阅《机械零件设计手册》(杨黎明等编,国防工业出版社1986年12月出版P276,表3.1～51),即可确定所选择的地脚螺栓的外径尺寸和制作的钢材型号(其表节录部分见表1)。

　　据表1,此高杆灯宜选择的地脚螺栓为M30外径、钢材的型号可选用35,320型或45,360型即可(Qp>Nmax)。