引言
高桿照明的插接結構已經(jīng)被廣泛應用，比如30m高的桿體，通常采用3節(jié)11.5m左右的桿段套接而成，而底節(jié)上的底板，國外常規(guī)做法是在法蘭盤的中央開設尺寸不大的流鋅孔，不帶加勁板，這樣的結構簡潔，且其抗疲勞壽命更容易保證。
對于出口的項目，集裝箱運輸成本占總成本比重很大。如果能夠?qū)⒍喙?jié)桿段嵌套成一節(jié)進行裝箱，可以大大降低運輸成本，但是法蘭盤內(nèi)孔太小給套接帶來困難，需要放大內(nèi)孔來滿足嵌套，但是放大法蘭內(nèi)孔會削弱法蘭的強度，而且目前國內(nèi)外規(guī)范中均沒有針對底板內(nèi)孔大小的計算方法。
本文運用Solidworks 3維建模，利用Solidworks自帶的Simulation有限元分析模塊進行分析，針對不同法蘭內(nèi)孔和不同法蘭厚度進行計算，試圖找出兩者之間的相互關系。
一、單桿模型
（一）工程背景
本文以某城市高桿照明工程為背景，結構由3節(jié)桿段套接而成，底節(jié)桿與法蘭盤焊接，并通過法蘭盤安裝到地腳螺栓上。桿高30m，桿底直徑為φ1100mm，壁厚為8mm，材料為美標ASTM Gr65，屈服強度450MPa（高桿照明結構見圖1），法蘭盤厚度50mm，材料為美標ASTM Gr50屈服強度345MPa，36根M33地腳螺栓，材料為Q460C（基礎細節(jié)圖及桿段尺寸表見圖2）。
（二）有限元模型
在有限元模型中，地腳螺栓露出地面190mm，法蘭盤放置在地腳螺栓的調(diào)平螺母上，法蘭底面距離地面75mm，法蘭厚度50mm。桿體選取法蘭向上10m的桿段參與計算，將桿體和頂部燈盤的載荷轉(zhuǎn)換到桿段10m的位置。
二、模型計算
在Solidworks軟件中，選擇靜應力分析模塊，法蘭和桿體之間采取焊接，法蘭盤放置在地腳螺栓的調(diào)平螺母上固定，法蘭底面距離地面75mm。采用實體單元，設置網(wǎng)格大小為80mm，桿高10m處的載荷等效為Fx=68670N，F(xiàn)y=91715N,Mx=799560N.m。有限元模型，網(wǎng)格劃分，法蘭盤應力云圖如圖3所示。
（一）不同法蘭盤內(nèi)孔下的應力
此桿體底部直徑對應標準法蘭內(nèi)孔為φ610mm，底節(jié)直徑為φ1100mm，中間節(jié)底徑為φ870mm，為了能夠讓中間節(jié)嵌套進底節(jié)中，必須擴大法蘭盤的內(nèi)孔到φ1000mm。如圖4，法蘭盤厚度為50mm，建立不同法蘭內(nèi)孔孔徑的模型，然后添加載荷，劃分網(wǎng)格計算法蘭盤上的應力。從圖5可以看出，當法蘭盤厚度一定時，法蘭盤內(nèi)孔增大，法蘭盤剛度變?nèi)?，應力增加。從表中可以看出，當法蘭盤內(nèi)孔從φ610mm增大到φ1000mm時，法蘭盤應力從231MPa增加到287MPa，法蘭盤內(nèi)孔尺寸增加了64%，應力增加了24.2%（法蘭盤厚度70mm時，應力增加32.4%）。
（二）不同法蘭盤厚度下的應力
據(jù)上所述，隨著法蘭盤內(nèi)孔增大，應力增加，因此需要增加法蘭盤的厚度來增加其強度及剛度，從而降低法蘭盤應力。如圖6，建立法蘭盤內(nèi)孔徑為φ1000mm，不同法蘭盤厚度的模型，然后添加載荷，劃分網(wǎng)格計算法蘭盤上的應力。從圖7可以看出，當法蘭盤內(nèi)孔一定時，厚度增加，剛度也增加，法蘭盤應力減少。當法蘭盤厚度從50mm增加到70mm時，應力從287MPa減少到225MPa，法蘭盤厚度增加了40%，則應力減少27.6%（法蘭盤內(nèi)孔為800mm時，則應力減少23.4%）。
圖6 不同法蘭盤厚度計算模型
圖7 不同法蘭盤厚度下底板應力
三、結論
通過對多個工程實例進行對比分析，法蘭盤應力的增減與法蘭盤內(nèi)孔和法蘭厚度成線性關系，而且法蘭盤內(nèi)孔增大對法蘭的應力的影響要小于厚度增加對法蘭盤應力的影響。對于桿段需要嵌套的項目，在增大法蘭盤內(nèi)孔的同時，需要增加法蘭的厚度，法蘭盤厚度增加的幅度小于內(nèi)孔增加幅動的10%-20%，具體厚度需要考慮標準板的厚度。
參考文獻
[1] Eurocode 3: Design of steel structures-Part 1-9: Fatigue, BS EN 2002:23-25
[2] Standard Specification for Structural Supports for Highway Signs, Luminaires and Traffic Signals, Section 11: Fatigue Design, AASHTO 2001:14-22
[3] DS SolidWorks公司 著，陳超祥，胡其登, SolidWorks Simulation基礎教程,2014
高桿照明的插接結構已經(jīng)被廣泛應用，比如30m高的桿體，通常采用3節(jié)11.5m左右的桿段套接而成，而底節(jié)上的底板，國外常規(guī)做法是在法蘭盤的中央開設尺寸不大的流鋅孔，不帶加勁板，這樣的結構簡潔，且其抗疲勞壽命更容易保證。
對于出口的項目，集裝箱運輸成本占總成本比重很大。如果能夠?qū)⒍喙?jié)桿段嵌套成一節(jié)進行裝箱，可以大大降低運輸成本，但是法蘭盤內(nèi)孔太小給套接帶來困難，需要放大內(nèi)孔來滿足嵌套，但是放大法蘭內(nèi)孔會削弱法蘭的強度，而且目前國內(nèi)外規(guī)范中均沒有針對底板內(nèi)孔大小的計算方法。
本文運用Solidworks 3維建模，利用Solidworks自帶的Simulation有限元分析模塊進行分析，針對不同法蘭內(nèi)孔和不同法蘭厚度進行計算，試圖找出兩者之間的相互關系。
一、單桿模型
（一）工程背景
本文以某城市高桿照明工程為背景，結構由3節(jié)桿段套接而成，底節(jié)桿與法蘭盤焊接，并通過法蘭盤安裝到地腳螺栓上。桿高30m，桿底直徑為φ1100mm，壁厚為8mm，材料為美標ASTM Gr65，屈服強度450MPa（高桿照明結構見圖1），法蘭盤厚度50mm，材料為美標ASTM Gr50屈服強度345MPa，36根M33地腳螺栓，材料為Q460C（基礎細節(jié)圖及桿段尺寸表見圖2）。
（二）有限元模型
在有限元模型中，地腳螺栓露出地面190mm，法蘭盤放置在地腳螺栓的調(diào)平螺母上，法蘭底面距離地面75mm，法蘭厚度50mm。桿體選取法蘭向上10m的桿段參與計算，將桿體和頂部燈盤的載荷轉(zhuǎn)換到桿段10m的位置。
二、模型計算
在Solidworks軟件中，選擇靜應力分析模塊，法蘭和桿體之間采取焊接，法蘭盤放置在地腳螺栓的調(diào)平螺母上固定，法蘭底面距離地面75mm。采用實體單元，設置網(wǎng)格大小為80mm，桿高10m處的載荷等效為Fx=68670N，F(xiàn)y=91715N,Mx=799560N.m。有限元模型，網(wǎng)格劃分，法蘭盤應力云圖如圖3所示。
（一）不同法蘭盤內(nèi)孔下的應力
此桿體底部直徑對應標準法蘭內(nèi)孔為φ610mm，底節(jié)直徑為φ1100mm，中間節(jié)底徑為φ870mm，為了能夠讓中間節(jié)嵌套進底節(jié)中，必須擴大法蘭盤的內(nèi)孔到φ1000mm。如圖4，法蘭盤厚度為50mm，建立不同法蘭內(nèi)孔孔徑的模型，然后添加載荷，劃分網(wǎng)格計算法蘭盤上的應力。從圖5可以看出，當法蘭盤厚度一定時，法蘭盤內(nèi)孔增大，法蘭盤剛度變?nèi)?，應力增加。從表中可以看出，當法蘭盤內(nèi)孔從φ610mm增大到φ1000mm時，法蘭盤應力從231MPa增加到287MPa，法蘭盤內(nèi)孔尺寸增加了64%，應力增加了24.2%（法蘭盤厚度70mm時，應力增加32.4%）。
（二）不同法蘭盤厚度下的應力
據(jù)上所述，隨著法蘭盤內(nèi)孔增大，應力增加，因此需要增加法蘭盤的厚度來增加其強度及剛度，從而降低法蘭盤應力。如圖6，建立法蘭盤內(nèi)孔徑為φ1000mm，不同法蘭盤厚度的模型，然后添加載荷，劃分網(wǎng)格計算法蘭盤上的應力。從圖7可以看出，當法蘭盤內(nèi)孔一定時，厚度增加，剛度也增加，法蘭盤應力減少。當法蘭盤厚度從50mm增加到70mm時，應力從287MPa減少到225MPa，法蘭盤厚度增加了40%，則應力減少27.6%（法蘭盤內(nèi)孔為800mm時，則應力減少23.4%）。
圖6 不同法蘭盤厚度計算模型
圖7 不同法蘭盤厚度下底板應力
三、結論
通過對多個工程實例進行對比分析，法蘭盤應力的增減與法蘭盤內(nèi)孔和法蘭厚度成線性關系，而且法蘭盤內(nèi)孔增大對法蘭的應力的影響要小于厚度增加對法蘭盤應力的影響。對于桿段需要嵌套的項目，在增大法蘭盤內(nèi)孔的同時，需要增加法蘭的厚度，法蘭盤厚度增加的幅度小于內(nèi)孔增加幅動的10%-20%，具體厚度需要考慮標準板的厚度。
參考文獻
[1] Eurocode 3: Design of steel structures-Part 1-9: Fatigue, BS EN 2002:23-25
[2] Standard Specification for Structural Supports for Highway Signs, Luminaires and Traffic Signals, Section 11: Fatigue Design, AASHTO 2001:14-22
[3] DS SolidWorks公司 著，陳超祥，胡其登, SolidWorks Simulation基礎教程,2014
