升降杆的抗风性能——桅杆抗风性能与计算方法

1) 关于桅杆抗风性能的认识

桅杆抗风性能是桅杆类产品的重要技术指标之一。每个客户都想知道自己所用的桅杆在安装了负载物后，能够承受多大的风力，但目前，几乎没有人能准确回答这个问题。这是因为桅杆的抗风性能决定于以下三个因素：

A桅杆的材质和结构

B桅杆的使用高度

C负载物的重量、体积和外形

在上述三个条件都明确的情况下，要得出具体抗风性能的指数，可通过以下三种方式：

（1） 理论计算 即使用有限元分析等方法。

（2） 模拟实验 即将不同等级的风力折算成风压，再使用物理方法（拉力计）进行测试。

（3） 风洞实验 即将桅杆与负载物置于风洞中，模拟风速进行测试。

以上三种方法中，第三种方法可以提供较为接近实际的数值。但是，风洞实验的代价和条件要求非常高。例如，18米高带负载物的桅杆做风洞实验，有没有这么大的风洞？能否做？要花多少钱？都是个难题。所以，对于桅杆制造商来说，有关桅杆的抗风性能指标只能通过上述前两种方法来提供。

2）桅杆抗风性能的计算方法

（本计算方法是在桅杆无负载时的理论计算公式，仅供参考。）

例如：A4-270-2300-7600升降杆抗风性能计算，按基准风速为100km/h进行。

1、技术条件

1.1、升降杆设计的基准风速▽=100km/h≈28m/s

1.2、在▽=28m/s时，估算出升降杆可受到的风阻力D。

2.抗风计算

2.1 抗弯截面系数

由于顶端管材底部是桅杆最薄弱的地方，承受弯矩也较大，只要202mm外径的管材可以保证正常使用，整个桅杆就可以保证使用。

202mm外径抗弯截面系数w=πd2／32 ﹛1-﹙do/d ﹚4﹜=3.14×2022/32 ﹛1－﹙190/202 ﹚4﹜=181332mm22.2 阵风系数

所谓阵风系数Kg就是在观察时间内的最大瞬时风速V2与平均风速V2的比值，它随观察时间，平均风速，地形，地面粗糙度，基准风速所, 取重现期等因素有关。一般Kg在1.2－1.5之间，在这里取Kg＝1.3。

V2=▽Kg=28×1.3=36.4m/s

2.3 升降杆不同直径段的雷, 诺数

2.3.1雷诺数

R2=V2d/V= 36.4×0.202/0.15×10﹣4=4.9×103

V－空气运动粘性系数，为0.15×10﹣4m2／s

d－管径

2.3.2

由升降杆各段的雷诺数的变化范围来确定升降杆的阻力系数CD 。

由于升降杆的长细比较大，且外表很光滑，因此我们可以视升降杆为光滑二维杆，下图给出了光滑二维圆柱体的阻力系数CD 与雷诺数Re 的关系曲线。由曲线可以看出，升降杆的Re范围正好处于CD =1.2的区域内。

2.4 升降杆顶节顶端风阻力

D=CD·2/2PV22dlKg2

=1.2×２/20×36.42×0.202×1.7×1.32

=57.67kg

2.5 强度校核

σmax=Mmax/W=37.4×20×27×2000／20222=5.4Mpa

6063-T6下σ=205Mpa，为确保安全，取σ=160Mpa

因为σmax＜σ ，所以桅杆可以承受100km/h的风速，在有机械自锁结构的情况下，桅杆承受的风力可以成倍增加，可以承受11级风速。

3）提高桅杆抗风性能的方法

在使用现有规格的桅杆的情况下，要提高桅杆的抗风能力，可以采取下面几种方法：

1） 根据天气条件，升降桅杆。风大时，把桅杆降下来。风小时，把桅杆升起来。

2） 使用抗风纤绳。正确及时的使用纤绳，可以极大的提高桅杆的抗风性能。纤绳使用方法如图所示。