The reasons for hybrid light pole failures – an analytical study

Daniel Jastrzębski,

Beata Niesterowicz

Abstrakt

This paper presents the results of a durability analysis of a hybrid light pole. The developed model includes a supporting structure of a pole with photovoltaic panels, a wind turbine and a boom with a light case. Due to various operating conditions, these poles may be characterised by a different configuration of the mutual spatial distribution of individual components. This results in a large diversity in the analysis results, hence the fact that the research was performed for the selected configuration variant for which the most unfavourable operating conditions were forecasted. In order to reveal potential stress concentration areas, a series of structural analyses was applied using the finite element method. As part of the work, changes to the supporting structure of the pole were proposed and to confirm the possibility of improving the resistance of the structure, additional analyses were conducted.

Streszczenie
W pracy przedstawiono wyniki modelowych badań wytrzymałościowych hybrydowego słupa oświetleniowego. W opracowanym modelu uwzględniono konstrukcję nośną słupa wraz z panelami fotowoltaicznymi, turbiną wiatrową oraz oprawą oświetleniową. Ze względu na zróżnicowane warunki eksploatacyjne słupy te mogą charakteryzować się odmienną konfiguracją wzajemnego przestrzennego rozmieszczenia poszczególnych komponentów. Powoduje to duże zróżnicowanie wyników analiz, stąd badania przeprowadzono dla wytypowanego wariantu konfiguracji, dla którego prognozowano najbardziej niekorzystne warunki eksploatacji. W celu ujawnienia potencjalnych miejsc koncentracji naprężeń zastosowano szereg analiz konstrukcji metodą elementów skończonych. W ramach pracy zaproponowano zmiany w konstrukcji nośnej słupa oraz przeprowadzono analizę potwierdzającą możliwość poprawy odporności konstrukcji.
 

Słowa kluczowe: metoda elementów skończonych, hybrydowe słupy oświetleniowe, analiza modalna, analiza spektrum reakcji, finite element method, hybrid light pole, modal analysis, response spectrum analysis
References

[1] Barszczyńska E., Bedryj M., Biedroń I. i in., Wpływ zmian klimatu na środowisko, gospodarkę i społeczeństwo, t. 3, Klęski żywiołowe a bezpieczeństwo wewnętrzne kraju, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Państwowy Instytut  Badawczy, Warszawa 2012.

[2] Caracoglia L., Jones N., Analysis of light pole failures in Illinois. Final report, Civil Engineering Studies, Structural Research Series 2004, No. 635.

[3] Dudda W., Domański J., Analiza wytrzymałościowa quasi-autonomicznego słupa oświetleniowego z wykorzystaniem systemów CAD/CAE, Mechanik 2017, nr 7.

[4] EN 40-3-1:2000, Lighting columns – Part 3–1: Design and verification – Specification for characteristic loads.

[5] Gokhale N., Bedekar S., Deshpande A., Practical Finite Element Analysis, Finite To Infinite, India 2008.

[6] Kurowski P., Vibration analysis with Solidworks Simulation 2018, SDC Publications.

[7] Midas NFX User Manual, www.midasnfx.com (access: 1.08.2018).

[8] Priestley M. J. N., Seible F., Calvi G. M., Seismic Design and Retrofit of Bridges, John Wiley and Sons, New York 1996.

[9] Scruton C., Wind effects on structures, John Wiley and Sons, New York 1996.