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太阳能路灯的抗风设计

   在太阳能路灯系统中,结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。抗风设计主要分为两大块,一为电池组件支架的抗风设计,二为灯杆的抗风设计。下面按以上两块分别做分析。
⑴太阳能电池组件支架的抗风设计
依据电池组件厂家的技术参数资料,太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s(相当于十级台风),根据非粘性流体力学,电池组件承受的风压只有365Pa。所以,组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以,设计中关键要考虑的是电池组件支架与灯杆的连接。
在本套路灯系统的设计中电池组件支架与灯杆的连接设计使用螺栓杆固定连接。
⑵路灯灯杆的抗风设计
路灯的参数如下:
电池板倾角A = 16o 灯杆高度 = 5m
设计选取灯杆底部焊缝宽度δ = 4mm 灯杆底部外径 = 168mm
焊缝所在面即灯杆破坏面。灯杆破坏面抵抗矩W 的计算点P到灯杆受到的电池板作用荷载F作用线的距离为
PQ = [5000+(168+6)/tan16o]× Sin16o = 1545mm=1.545m。所以,风荷载在灯杆破坏面上的作用矩M = F×1.545。
根据27m/s的设计最大允许风速,2×30W的双灯头太阳能路灯电池板的基本荷载为730N。考虑1.3的安全系数,F = 1.3×730 = 949N。
所以,M = F×1.545 = 949×1.545 = 1466N.m。
根据数学推导,圆环形破坏面的抵抗矩W = π×(3r2δ+3rδ2+δ3)。
上式中,r是圆环内径,δ是圆环宽度。
破坏面抵抗矩W = π×(3r2δ+3rδ2+δ3)
=π×(3×842×4+3×84×42+43)= 88768mm3
=88.768×10-6 m3
风荷载在破坏面上作用矩引起的应力 = M/W
= 1466/(88.768×10-6) =16.5×106pa =16.5 Mpa<<215Mpa
其中,215 Mpa是Q235钢的抗弯强度。
所以,设计选取的焊缝宽度满足要求,只要焊接质量能保证,灯杆的抗风是没有问题的。
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