| 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。
 1.3、升降杆共4节,具体尺寸见表。
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						| 管材 | 外径 | 284 | 242 | 229 | 202 |  
						| 长度 | 1700 | 1700 | 1700 | 1700 |  | 
		
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						| 风级 风速风压对照表 (机构与结构设计参考) |  
						| Wind scale and Wind speed,Wind force list  (for designed) |  
						| 风级 | 名称 Wind name
 | 风速 wind speed | 风压W0=V2/16(kg/m2),10N/m2 | 陆地地面物体征象 | 海面状态 |  
						| km/h | (m/s) |  
						| 8 | Fresh gale大风 | 62-74 | 17.2-20.7 | 18.49-26.78 | 微枝折毁,人向前行阻力甚大 | 狂浪 |  
						| 9 | Strong gale烈风 | 75-88 | 20.8-24.4 | 27.04-37.21 | 建筑物有小损 | 狂涛 |  
						| 10 | Whole gale狂风 | 89-102 | 24.5-28.4 | 37.52-50.41 | 可拔起树来,损坏建筑物 | 狂涛 |  
						| 11 | Storm 暴风 | 103-117 | 28.5-32.6 | 50.77-66.42 | 陆上少见,有则必有广泛破坏 | 狂涛 |  
						| 12 | Hurricane飓风 | >117 | 32.7-36.9 | 66.42-85.1 | 陆上极少见,摧毁力极大 | 海浪滔天 |  | 
		
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			| 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
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			| w=πd²/32 ﹛1-﹙do/d ﹚4﹜=3.14×202²/32 ﹛1-﹙190/202 ﹚4﹜=181332mm² | 
		
			| 2.2 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。
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			| 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。
 设定负载物迎风面积0.85m2,在顶节桅杆设置纤绳,不同纤绳角度对应的抗风强度如表所示。
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						| 纤绳角度 | 0° | 5° | 10° | 15° | 20° | 25° | 30° | 35° | 40° | 45° |  
						| 抗风强度(m/s) | 17.0 | 18.5 | 20.0 | 21.6 | 23.2 | 24.9 | 26.8 | 28.9 | 31.3 | 32 |  |