Seismisk design av solcellslampstolpar: Vad som verkligen spelar roll

Hur lampstolpar faktiskt faller vid en jordbävning

Tre skademönster omfattar nästan allt vi har observerat från jordbävingsområden:

Kollaps. Horisontell markacceleration orsakar stort böjmoment i basen av lampstolpen. När detta moment överstiger styrkegränsen hos stålbågen eller förmågan hos grunden, bryts lampstolpen vid grunden – eller grunden lossnar, vilket leder till att hela konstruktionen faller. Detta är det skademönster som har konsekvenser för allmän säkerhet, och det är det som först bör tas i beaktande vid designen.

Deformation: Seismiska vågor orsakar komplexa vibrationer i stolpen, vilket kan leda till att stolpen förändras lokalt eller permanent. Strukturen kan fortfarande stå kvar, men dess stabilitet samt syftet med belysningsarmaturen är påverkade.

Skador på anslutningarna: Förenningarna mellan stolpen och grundvalen, samt mellan stolpen och lamphuvudet, utsätts för ojämna belastningar under skakningar. Vanliga följderna är lossna bultar och spruckna svärmar – skador som överlever jordbävningen men som kan orsaka problem vid nästa vindstorm.

Varför blir stolpar sårbara för skador:

• Stolpen är designad utan hänsyn till seismiska belastningar: Obehövligt val av material, otillräcklig materialstyrka, eller väggtyck som aldrig har testats med avseende på möjliga belastningar.
• Grundvalen är otillräckligt stark: Stolpen har en liten plats på marken, är begrävd på liten djup, och anslutningarna är inte tillräckligt robusta för att hantera de krävande belastningarna.
• Marken har inte undersökts noggrant: Mjuk mark förstärker skakningarna, och sandlösning (när marken tillfälligt förlorar sin styrka och beter sig som vätska under skakningar) kan underminera även en grundval som teoretiskt sett är tillräcklig.

Vad vi ändrar i stolpens specifikationer för seismiska zoner

Tvärsnitt. Vid jämförelse av cirkulära och polygonala tvärsnitt visar det sig att en åttciklig eller cirkulärt avtjocknad stolp har bättre böjningsegenskaper för denna användning, samt förbättrad motståndskraft mot vridning och böjning under skakningar. Tvärsnittet bör också fördela spänning jämnt längs stolpen istället för att koncentrera den vid en enda punkt.

Väggtjocklek. Basen av stolpen utsätts för den största seismiska belastningen, därför blir den nedre delen av stolpen tjockare – materialet fördelas så att det anpassar sig till belastningsförhållandena. Detta är inte en enhetlig förbättring: en stolp som är lika tjock överallt slösar bort stål där det inte behövs.

Anslutningsdetaljer. Här lägger vi den mest ingående tekniska fokuseringen. Ankorbolter får längre fästning, högstyrkabolter med låsnötter, samt en kombination av svetsning och bolter vid basen för att anslutningen inte ska lossna under skakningar. Den vanligaste feltypen hos återförda anordningar är inte en böjd stolp, utan en basplatta som har lossnat från sina ankar.

Flexibla anslutningar. Där projektingenjören anger ett specifikt lösningssätt används en sfärisk ledarstöd vid gränsytan mellan stolpen och grundaren, vilket gör att stolpen kan svänga inom vissa gränser och därmed dämpa energin som annars skulle överföras till skivan. Detta minskar också spänningssammanfokuseringen vid stolpen. Denna beslutsgång bör betraktas som en viktig del av projektet – inte som en tillägg som kan införas enbart efter eget val: den förändrar hur belastningen fördelas, och hela monteringen måste därför beräknas om.

Vad grundaren måste göra

Storlek och djup. Dimenserna på grundaren samt dess begravningsdjup bestäms utifrån beräkningarna av seismiska krafter och den lokala geologin, inte en standardval från någon katalog. En större grundare ökar kontaktytan med marken och förbättrar både stabiliteten och motståndskraften mot markförskjutning. Att gräva djupare innebär att man når marklagrar som mindre påverkas av ytanvibrationer.

Grundform: Stolpargrunder och plattgrunder är de vanliga lösningarna när markförhållandena kräver det. Stolpar kör förbi det svaga ytmaterialet och fördelar belastningen till mer stabila lager; en platta fördelar belastningen över ett större område där en enskild grundplatta inte är praktiskt. Marktypen, grundvattennivån och den lokala seismisk aktiviteten avgör vilken typ av grund som ska användas.

Anslutning mellan stolpe och grund: Längden på ankärningarna, kvaliteten på bultarna samt kombinationen av svets och bultar specificeras i förväg, och därefter kontrolleras enligt schemat. Efter en betydande jordbävning är anslutningarna de första delarna som kontrolleras, innan resten av grundkonstruktionen.

Vad denna sida inte täcker:

Denna sida behandlar de designåtgärder som en tillverkare vidtar för stolpar som är avsedda för seismiska zoner. Den utför inte själva de seismiska beräkningarna – kraven på stolpar, markklass och regler fastställs av projektingenjören för varje plats. Den behandlar heller inte fotometri eller elektrisk autonomi hos belysningsenheterna. För kontroller av sidolaster på stolpar och belysningsenheterna finns vår vindlastkalkylator tillgänglig för att hantera dessa aspekter. Kompletta lösningar, där stolpar och belysningsenheterna är anpassade till varandra, finns i vår serie all-in-one solbelysningar.