铝合金灯杆在市政道路上的设计应用

(整期优先)网络出版时间:2023-02-24
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铝合金灯杆在市政道路上的设计应用

李洪国

身份证号码:3707841988****3811

摘要:文章介绍了铝合金灯杆在山东省临朐县城市市政道路上设计应用情况,结合国内新型的铝合金材料灯杆,响应国家新技术新材料推广要求,为铝合金灯杆的设计和推广应用提供参考。

关键词:铝合金;灯杆;市政道路

随着欧盟强制规定灯杆必须使用铝合金材料,并且已经开始实施应用。国内也逐步出台相关规范标准,开始逐步探索铝合金灯杆的应用,并且已经在上海、南京、杭州等发达城市少量使用。近年来号召节能减排的政策要求对铝合金灯杆行业是一大利好消息,铝合金灯杆在山东省临朐县2021年城市建设中作为新材料新技术的应用,率先大范围的设计并应用了高度12米以上的城市铝合金灯杆,为铝合金路灯灯杆的设计及应用提供了很好的应用范例。

临朐县2020-2021年计划在民主路(沂山路-南环路)、黄山路(骈邑路-滨河东路)、滨河东路(沂山路-南环路)、文化路(沂山路-南环路)、南环路东延(东镇路-东阳路)、沂山路东延(东镇路-兴安路)、营龙路、骈邑路(南环路-南二环)、东镇路南延(方山路-南二环)、盘龙路(朐阳路-南二环)、东阳路(兴隆路-黄山路)等设置铝合金灯杆,总计建设1207基铝合金灯杆,因铝制材料可100%回收,防腐寿命可达50年以上,实现了较好的节能减排效果。

在设计规范依据方面缺乏相对全面及详细的设计规范,铝合金灯杆的设计在国内属于刚起步阶段。《道路照明灯杆技术条件》(CJT527-2018)中纳入了铝合金灯杆的基本要求,其它地方标准、行业标准规范都较为匮乏,有浙江省的团体标准《铝质灯杆》、上海市的《综合杆设施技术标准》、企业标准《Q_321084-YK01-2018铝制旋压杆管件标准》等。其它参照性规范如GB/T 3190、GB/T 6892、GB/T 8733、GB/T 25745、CJJ 45等。

根据GB50429-2007《铝合金结构设计规范》6063铝合金材料在T6处理后,用于结构计算时,抗拉、抗压和抗弯f值为150N/m㎡,抗剪f(v)为85 N/m㎡。与传统Q235钢材对比实验中,1mm厚Q235钢板强度与2mm厚6063铝合金T5强度对比实验,前提是横截面宽度相同,但厚度不同,Q235钢屈服强度为235MPa,6063铝合金经T5后强度为180~260MPa,如果是1mm厚Q235钢板与2mm如果铝合金厚度为6063,则需要计算铝合金强度的两倍。即360~520MPa,由此可知,2mm铝合金63铝合金强度高。在灯杆加工工艺上采用旋压及T6热处理,进一步保证了材料的性能。

T6是指固溶处理(淬火)加完全人工时效。用来获得最高的强度,但塑性和抗蚀性有所降低。在较高温度和较长时间内进行。适用于要求高负荷的零件,时效温度约175-185℃,保温时间5h以上。

经过对铝合金产业的考察及市场了解,在满足照度要求的基础上选择普通路灯高度最高13米,路口投光灯14米的铝合金杆件,产品标准须符合住建部2019年颁布的CJ/T 527-2018«道路照明灯杆技术条件»;工艺要求:常温加工、数控变径、一次成型、不允许有纵向焊缝、线条流畅、圆度好、无开裂现象、壁厚公差±0.5mm、抗拉≥205 MPa、屈服强度≥110MPa、延展性≥7%、阳极氧化膜≥13、抗风等级≥10级。

采用6063+T6铝合金材料,上下口径按锥度比例计算,局部高杆在底部适配镀锌钢内衬管高度2米,灯臂采用铝合金材质制作。

法兰底座采用A356低压浇铸铝法兰+钢法兰,T6热处理。

表面拉丝为120丝。表面处理为阳极氧化、要求无颗粒、无凹凸、无变形、无明显色差、氧化膜厚度大于13μm,设计为20μm。抗风等级为10级(计算机模拟)。

以黄山路铝合金路灯设计为例,设计高度13米,臂长2.5米,下口径254mm。上口径190,壁厚6.35mm,旋臂口径60mm,外加32mm斜撑造型。底部内衬2500mm镀锌钢管。底部法兰大小420mmX420mm。表面阳极氧化、要求无颗粒、无凹凸、无变形、无明显色差、氧化膜厚度20μm。

相比于钢制灯杆的设计,铝制灯杆的设计中主要以下六方面的设计要点:一是主杆的上下口尺寸,锥度比调整较大,上口口径变大,锥度变小;二是厚度增加,10米杆壁厚4.8mm,13米杆壁厚6.35mm;三是13米、14米的高杆加固措施,在底部约2.5米加装镀锌内衬管,壁厚4mm;四是底座采用上下双法兰,底座采用A356低压浇铸铝法兰+钢法兰;五是T6热处理,在人工时效前有个固溶处理过程;六是阳极氧化处理。

据市场调查分析,铝材价格是由铝锭价+加工费组成的,国内铝锭价一般按长江有色铝或者南海有色铝,价格相差不大。目前在20000元/吨左右。而钢材价格每个地区不一样,而且都是加工好的材料价格,比如卷板、建材、中板、型材、结构钢等价格都有所不同,但相差不会很大。目前钢材的价格多在5000元/吨左右。铝材成品价格肯定是高于两万的,所以铝材价格是钢材的4-5倍。但是同样大小的钢材重量是铝材的3倍,所以同等大小厚度的钢材和铝材,铝材的价格大概是钢材的1.5倍。

综上所述铝材的成本怎么算都是高于钢材的,但现在还是有越来越多的产品选用铝材来替代钢材,主要原因一方面是铝材轻便、运输、搬运、组装都非常方便;另一方面就是铝材可以做各种表面处理,有阳极氧化、电泳、喷涂、木纹转印、抛光、喷砂、拉丝等等五花八门,不但更加美观,更重要的是使铝材表面更耐磨、耐腐蚀。

参考文献:

[1]王冬成;王祝堂.铝及铝合金在城建公辅设施中的应用[J].轻合金加工技术,2018(07).

[2] 吉灵龙; 陈学宇; 胡春宝; 徐庭根; 龚俊杰. 8m铝合金路灯灯杆的有限元分析与改进设计[J].机械工程与自动化,2017(03).

[3]国外标准.《灯杆.第6部分:铝制灯杆要求》.法国标准化协会,2002(10).