Seismische ontwerp van lichtmasten voor straatverlichting: wat echt belangrijk is

Hoe masten bij een aardbeving echt kunnen breken

Er zijn drie typen schade die bijna alle gevallen van schade in seismische gebieden kunnen verklaren:

Omvallen: De horizontale grondversnelling zorgt voor een groot buigingsmoment aan de basis van de mast. Als dit moment de grenzen van de sterkte van het mastmateriaal of de grip van de fundering overschrijdt, breekt de mast of lost de fundering, waarna de hele constructie omvalt. Dit type schade heeft gevolgen voor de publieke veiligheid en moet dus als eerste worden voorkomen bij het ontwerp.

Deformatie: Seismische golven veroorzaken complexe trillingen in de paal, waardoor de paal tijdelijk of permanent kan worden verfromd. De structuur staat misschien nog overeind, maar de stabiliteit en het oorspronkelijke doel van de lichtarmatuur zijn hierdoor ondermijnd.

Schade aan de verbindingen: De verbindingen tussen de paal en de fundering, en tussen de paal en de lampkop, worden onder de trillingen ongelijkmatig belast. Het gevolg hiervan zijn losse bouten en gebarsten lassen; deze schade kan het aardbevingen overleven, maar zal vaak al bij de volgende storm worden veroorzaakt tot een totale ondergang van de lichtarmatuur.

Waarom paalen kwetsbaar zijn:

• Het ontwerp van de paal negeerde de seismische belastingen: Ongepast materiaalgebruik, onvoldoende materiaalsterkte of een te dunne wanddikte.
• De fundering was onvoldoende sterk: De paal is op een te klein oppervlak geplaatst en te diep in de grond begraven; de verbindingen zijn niet in staat om de vereiste aanhaakkracht te genereren.
• De grond werd niet goed onderzocht: Zacht grond versterkt de trillingen, en de veranderingen in de eigenschappen van zand (bijvoorbeeld zandliquefatie) kunnen een op papier voldoende sterke fundering ondermijnen.

Wat we veranderen in de specificaties voor palen in seismische gebieden

Kruisdoorsnede: Bij vergelijking van cirkulaire en polygonale doorsneden blijkt dat een octagonale of cirkulair-verkruimelde paal een beter buigingsvermogen vertoont. Dit verbetert zowel de torsie- als de buigingsweerstand tijdens schokken. De doorsnede moet de belasting evenmatig over de hele paal verdelen, in plaats van deze te concentreren op één punt.

Muurdikte: De onderkant van de paal is het meest blootgesteld aan seismische krachten; daarom wordt de muurdikte aan deze plek verhoogd. Het materiaal wordt zo zoortegelijk verdeeld dat het de krachten aankan. Een paal met een gelijke muurdikte overal is echter onnodig duur in de productie, omdat het daarbij veel staal wordt verbruikt zonder dat dit nodig is.

Aansluiting: Hier richten we ons meeste technische aandacht op. De ankerbouten worden langer gemaakt, gebruikt worden hoogsterktebouten met sluitnootjes, en er wordt een combinatie van lassen en bouten toegepast aan de onderkant van de paal, zodat de aansluiting niet loskomt tijdens schokken. Het meest voorkomende probleem met teruggekeerde onderdelen is niet dat de paal is gebogen, maar dat de onderplaat waar de ankerbouten zijn bevestigd is losgekomen.

Flexibele verbindingen: Wanneer de projectengineer een specifieke constructie voorschrijft, zorgt een球形 scharnier (sferische hulpstuk) aan de grens tussen paal en fundering ervoor dat de paal bepaalde bewegingen kan maken en dat de energie die anders in de schacht zou gaan, wordt afgeleid. Dit vermindert ook de belastingconcentratie aan de wortel van de paal. Dit moet worden gezien als een besluit op projectniveau, en niet als een optioneel accessoire dat eenzijdig kan worden toegevoegd; deze beslissing verandert immers de manier waarop de belasting wordt verdeeld, waardoor het hele systeem opnieuw moet worden berekend.

Wat de fundering moet doen:

Grootte en diepte: De afmetingen van de fundering en de diepte waarop deze wordt geplaatst worden bepaald op basis van de berekeningen van de seismische krachten en de lokale geologie, en niet op basis van standaardwaarden uit catalogi. Een grotere fundering zorgt voor een grotere contactoppervlakte met de grond, waardoor de stabiliteit en het weerstand tegen opheffing van de paal verbeteren. Een grotere diepte van de fundering leidt tot contact met grondlagen die minder worden beïnvloed door trillingen aan de oppervlakte.

Fundamentvormulier: Pilaarfundamenten en raftfundamenten zijn de standaardoplossingen wanneer de grondomstandigheden dit vereisen. Pilaarfundamenten omzeilen het zwakke oppervlaksgroen en dragen de belasting naar stevigere lagen; raftfundamenten verspreiden de belasting over een grotere oppervlakte wanneer een individueel fundament onpraktisch is. De keuze wordt bepaald door de soort grond, de grondwaterstand en de lokale seismische activiteit.

Verbinding tussen paal en fundament: De lengte van de ankering, de kwaliteit van de bouten en de combinatie van las en bout worden samen vastgesteld en daarna op regelmatige basis gecontroleerd. Na een ernstige aardbeving worden de verbindingen als eerste onderzocht, voordat de rest van de constructie wordt gecontroleerd.

Wat deze pagina niet behandelt:

Deze pagina gaat over de ontwerpmaatregelen die een producent toepast op palen die bestemd zijn voor seismische gebieden. De pagina vervangt echter niet de eigenlijke seismische berekeningen; de vereisten met betrekking tot de behoeften, de grondklasse en de regelgeving worden door de projectengineer voor elke locatie vastgesteld. Evenmin wordt de fotometrie van lichtarmaturen of de elektrische zelfvoorzieningsmogelijkheden behandeld. Voor de controle van de weerstand tegen laterale belastingen op de palen en de lichtarmaturen kun je onze windbelastingsrekenaar gebruiken. Complexe lichtarmatuursets, waarbij de paal en de lichtarmatuur op elkaar zijn afgestemd, vind je in onze all-in-one-zonnige straatlantaarnen-lijn.