1、交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)1 設(shè)計(jì)資料1.1 板面數(shù)據(jù)1)標(biāo)志板 A 數(shù)據(jù)板面形狀：矩形，寬度 W=3.3(m),高度 h=2.2(m),凈空 H=5.5(m)標(biāo)志板材料：LF2-M 鋁。單位面積重量：8.10(kg/mA2)2)附著板 A 數(shù)據(jù)板面形狀：圓形，直徑 D=1.2(m),凈空 H=6.0(m)標(biāo)志板材料：LF2-M 鋁。單位面積重量：8.10(kg/mA2)1.2 橫梁數(shù)據(jù)橫梁的總長(zhǎng)度：5.48(m),外徑：152(mm),壁厚：8(mm),橫梁數(shù)目：2,間距：1.45(m)1.3 立柱數(shù)據(jù)立柱的總高度：8.2(m),立柱外徑：377(mm),立柱壁厚：10(mm)2 計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn) Dwg

2、 圖紙3 荷載計(jì)算1永久荷載1)標(biāo)志版重量計(jì)算標(biāo)志板 A 重量：G1=A*p*g=7.26X8.10X9.80=576.299(N)附著板 A 重量：G1=A*p*g=1.131X8.10X9.80=89.777(N)式中：A標(biāo)志板面積p標(biāo)志板單位面積重量g-重力加速度，取 9.80(m/sA2)則標(biāo)志板總重量：Gb=SGi=666.075(N)2)橫梁重量計(jì)算橫梁數(shù)目 2,總長(zhǎng)度為 5.48(m),使用材料：奧氏體不銹鋼無(wú)縫鋼管，單位長(zhǎng)度重量：28.839(kg/m)橫梁總重量：Gh=L*p*g*n=5.48X28.839X9.80X2=3096.698(N)式中：L-橫梁的總長(zhǎng)度P-橫梁?jiǎn)?/p>

3、位長(zhǎng)度重量g-重力加速度，取 9.80(m/sA2)3)立柱重量計(jì)算立柱總長(zhǎng)度為 8.20(m),使用材料：奧氏體不銹鋼無(wú)縫鋼管，單位長(zhǎng)度重量：91.874(kg/m)立柱重量：Gp=L*p*g=8.20X91.874X9.80=7382.995(N)式中：L-立柱的總長(zhǎng)度p立柱單位長(zhǎng)度重量g-重力加速度，取 9.80(m/sA2)4)上部結(jié)構(gòu)總重量計(jì)算由標(biāo)志上部永久荷載計(jì)算系數(shù) 1.10，則上部結(jié)構(gòu)總重量：G=K*(Gb+Gh+Gp)=1.10X(666.075+3096.698+7382.995)=12260.345(N)1風(fēng)荷載1)標(biāo)志板所受風(fēng)荷載標(biāo)志板 A:Fwb1=Y0*丫 Q*(1

4、/2*p*C*W2)*A1=1.0X1.4X(0.5X1.2258X1.2X25.547 人 2)X7.26=4878.826(N)附著板 A:Fwb2=丫 0*丫 Q*(1/2*p*C*VA2)*A2=1.0X1.4X(0.5X1.2258X1.2X25.547 人 2)X1.131=760.031(N)式中：丫 0-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取 1.0丫 Q可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，取 1.4P-空氣密度，一般取 1.2258(N*SA2*mA-4)C-標(biāo)志板的風(fēng)力系數(shù)，取值1.20V-風(fēng)速，此處風(fēng)速為 25.547(m/sA2)g-重力加速度，取 9.80(m/sA2)2)橫梁所迎風(fēng)面所受風(fēng)荷載：Fwh=

5、T0*丫 Q*21p*C*VA2)*W*H+=1.0X1.4X*(0.5X1.2258X0.80X25.547 人 2)X0.152X1.711+=116.549(N)式中：C-立柱的風(fēng)力系數(shù)，圓管型取值 0.80W-橫梁迎風(fēng)面寬度，即橫梁的外徑H-橫梁迎風(fēng)面長(zhǎng)度，應(yīng)扣除被標(biāo)志板遮擋部分3)立柱迎風(fēng)面所受風(fēng)荷載：Fwp=T0*丫 Q*21p*C*VA2)*W*H+=1.0X1.4X*(0.5 冷.825 爾 5547A2)x0.377X7.00=1182.298(N)式中：C-立柱的風(fēng)力系數(shù)，圓管型立柱取值 0.80W-立柱迎風(fēng)面寬度，即立柱的外徑H-立柱迎風(fēng)面高度4 橫梁的設(shè)計(jì)計(jì)算由于兩根橫

6、梁材料、規(guī)格相同，根據(jù)基本假設(shè)，可認(rèn)為每根橫梁所受的荷載為總荷載的單根橫梁所受荷載為：(標(biāo)志牌重量)豎直荷載：G4=Y0*丫 G*Gb/n=1.0X1.2X576.299/2=345.779(N)式中：丫0-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取 1.0YG-永久荷載(結(jié)構(gòu)自重)分項(xiàng)系數(shù)，取 1.2n-橫梁數(shù)目，這里為 2(橫梁自重視為自己受到均布荷載)均布荷載：31=丫 0*丫 G*Gh/(n*L)=1.0X1.2X3096.698/(2X5.48)=339.147(N)式中：L-橫梁的總長(zhǎng)度(標(biāo)志牌風(fēng)荷載)水平荷載：Fwbh=Fwb/n=4878.826/2=2439.413(N)強(qiáng)度驗(yàn)算橫梁根部由重力引起的

7、剪力為：QG=G4+J1*Lh=345.779+339.147X4.91=2011.502(N)式中：Lh-橫梁端部到根部的距離，扣除與立柱連接部分的長(zhǎng)度由重力引起的彎矩：MG=SGb*Lb+CO1*LhA/2=288.149X3.362+339.147/24.91A2=5059.212(N*M)式中：Gb每根橫梁所承擔(dān)的標(biāo)志板重量Lb-標(biāo)志板形心到橫梁根部的間距橫梁根部由風(fēng)荷載引起的剪力：Qw=Fwbh+Fwh=2439.413+116.549=2555.962(N)式中：Fwbh-單根橫梁所承擔(dān)的標(biāo)志板所傳來(lái)的風(fēng)荷載Fwh-單根橫梁直接承受的風(fēng)荷載橫梁根部由風(fēng)荷載引起的彎矩：Mw=2Fwb

8、i*Lwbi+2Fwhi*Lwhi=2439.413X3.362+129.385X0.761=8299.824(N*M)橫梁規(guī)格為 U152X8,截面面積 A=3.619X10A-3(mA2),截面慣性矩 I=9.41X10 人-6g 人 4),截面抗彎模量 W=1.238X10A-4(mA3)橫梁根部所受到的合成剪力為：Qh=(QGA2+QwA2)A1/2=(2011.502 人 2+2555.962 人 2)人 1/2=3252.55(N)合成彎矩：Mh=(MGA2+MwA2)A1/2=(5059.212 人 2+8299.824 人 2)人 1/2=9720.221(N*M)1)最大正應(yīng)

9、力驗(yàn)算橫梁根部的最大正應(yīng)力為：dmax=M/W=9720.221/(1.238X10 人-4)=78.508(MPa)d=215(MPa),滿足要求。2)最大剪應(yīng)力驗(yàn)算橫梁根部的最大剪應(yīng)力為：Tmax=2*Q/A=2X3252.5 打(3.619X10 人-3)=1.797(MPa)Td=125(MPa),滿足要求。3)危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力驗(yàn)算根據(jù)第四強(qiáng)度理論，b、T 近似采用最大值即：b4=(bmaxA2+3XmaxA2)A1/2=(78.508 人 2+3X1.797 人 2)人 1/2=78.57(MPa)1.712 人 3X(3X4.91-1.712)/(1.0X1.2X6X210.00X10

10、人 9X9.41X10 人-6)=22.347(mm)合成撓度：f=(fxA2+fyA2)A1/2=(22.347A2+13.527 人 2)人 1/2=26.122(mm)f/Lh=0.026122/4.91=0.00530.01,滿足要求。5 立柱的設(shè)計(jì)計(jì)算立柱根部受到兩個(gè)方向的力和三個(gè)方向的力矩的作用，豎直方向的重力、水平方向的風(fēng)荷載、橫梁和標(biāo)志板重力引起的彎矩、風(fēng)荷載引起的彎矩、橫梁和標(biāo)志板風(fēng)荷載引起的扭矩。垂直荷載：N=丫 0*YG*G=1.00X1.20X12260.345=14712.414(N)水平荷載：H=Fwb+Fwh+Fwp=5638.857+233.098+1182.2

11、98=7054.252(N)立柱根部由永久荷載引起的彎矩：MG=MGh*n=5059.212X2=10118.424(N*M)式中：MGh-橫梁由于重力而產(chǎn)生的彎矩n-橫梁數(shù)目，這里為 2 由風(fēng)荷載引起的彎矩：Mw=2Fwb*Hb+2Fwh*Hh+Fwp*Hp=37216.454+1538.445+4847.421=43602.32(N*m)合成彎矩M=(MGA2+MwA2)A1/2=(10118.424A2+43602.32A2)A1/2=44760.974(N*m)由風(fēng)荷載引起的扭矩：Mt=n*Mwh=2X8299.824=16599.647(N*m)式中：Mwh-橫梁由于風(fēng)荷載而產(chǎn)生的彎

12、矩立柱規(guī)格為 u377X10,截面積為 A=1.153X10A-2(mA2),截面慣性矩為 1=1.943X10 人-4g 人 4),抗彎截面模量為 W=1.031x10A-3(mA3),截面回轉(zhuǎn)半徑 i=0.13(m),極慣性矩為 Ip=3.885X10 人-4 時(shí)人 4)立柱一端固定，另一端自由，長(zhǎng)度因數(shù)科=2。作為受壓直桿時(shí)，其柔度為：入*Hp/i=2X8.20/0.13=126,查表,得穩(wěn)定系數(shù) u=0.4575.1 強(qiáng)度驗(yàn)算1)最大正應(yīng)力驗(yàn)算軸向荷載引起的壓應(yīng)力：dc=N/A=14712.41/(1.153XA-2)(Pa)=1.276(MPa)由彎矩引起的壓應(yīng)力：dw=M/W=44

13、760.974(1.031X1-0A(Pa)=43.434(MPa)組合應(yīng)力：dmax=bc+bw=1.276+43.434=44.71(MPa)bc/(u*bd)+bc/bd=1.276/(0.457X215)+43.434/215=0.2151,滿足要求。2)最大剪應(yīng)力驗(yàn)算水平荷載引起的剪力：THmax=!*H/A=2X7054./(1253X10A-2)(Pa)=1.224(MPa)由扭矩引起的剪力：Ttmax=Mt*D/(2*Ip)=16599.647/(2 猿 3 芯 85X-40Pa)=8.054(MPa)合成剪力：Tmax=THmax+Ttmax=1.224+8.054=9.27

14、7(MPa)Td=125.00(MPa),滿足要求。3)危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力驗(yàn)算最大正應(yīng)力位置點(diǎn)處，由扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力亦為最大，即(T=(Tmax=44.71(MPa),T=Tmax=9.277(MPa)根據(jù)第四強(qiáng)度理論：b4=(bA2+3*TA2)A1/2=(44.71A2+3x9.277 人 2)人 1/2=47.51(MPa)d=215(MPa),滿足要求。變形驗(yàn)算立柱頂部的變形包括，風(fēng)荷載引起的縱向撓度、標(biāo)志牌和橫梁自重引起的橫向撓度、扭矩引起的轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的位移。風(fēng)荷載引起的縱向撓度：fp=(Fwb1+Fwh1)*h1A2*(3*h-h1)/(丫 0*丫 Q*6*E*I)+Fwp1*甲 30*丫

15、Q*8*E*I)(5638.857+233.098)X6.60 人 2X(3X8.20-6.60)/(1.00X1.40X6X210X10 人 9X1.943X10 人-4)+1182.298X8.20A300X1.40X8X210X10 人 9X1.943X10 人-4)=0.0149(m)fp/D=0.0149/8.20=0.0020.01,滿足要求。立柱頂部由扭矩標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角為：0=Mt*h/(丫 0*丫 Q*G*Ip)=16599.647X8.20/(1.00X1.40)X79X10A9-4=3.885X10A0.0032(rad)式中： G-切變模量，這里為 79(GPa)該標(biāo)

16、志結(jié)構(gòu)左上點(diǎn)處水平位移最大，由橫梁水平位移、立柱水平位移及由于立柱扭轉(zhuǎn)而使橫梁產(chǎn)生的水平位移三部分組成。該點(diǎn)總的水平位移為：f=fx+fp+0*11=0.022+0.0149+0.0032X5.20=0.054(m)該點(diǎn)距路面高度為 7.70(m)f/h=0.054/7.70=0.0074)=943X10A0.0014(rad)單根橫梁由此引起的垂直位移為：fy=01=0.0014X4.91=0.0067(m)橫梁的垂直總位移為：fh=fy+fy=0.014+0.0067=0.02(m)該撓度可以作為設(shè)置橫梁預(yù)拱度的依據(jù)。6 立柱和橫梁的連接連接螺栓采用六角螺栓 12M14,查表，每個(gè)螺栓受拉

17、承載力設(shè)計(jì)值Nt=17.59(KN),受剪承載力設(shè)計(jì)值Nv=25.06(KN)螺栓群處所受的外力為：合成剪力 Q=3.253(KN),合成彎矩 M=9.72(KN*M)每個(gè)螺栓所承受的剪力為：Nv=Q/n=3.253/12=0.271(KN)以橫梁外壁與 M 方向平行的切線為旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸與豎直方向的夾角：a=atan(MG/Mw)=atan(5059.21/8299.82)=0.547(rad)=31.36則各螺栓距旋轉(zhuǎn)軸的距離分別為：螺栓 1:y1=0.152/2+0.161Xsin(0.547-1X0.2618)=0.121(m)螺栓 2:y2=0.152/2+0.161Xsin(0.5

18、47+1X0.2618)=0.193(m)螺栓 3:y3=0.152/2+0.161Xsin(0.547+3X0.2618)=0.232(m)螺栓 4：y4=0.152/2+0.161Xsin(0.547+5X0.2618)=0.23(m)螺栓 5:y5=0.152/2+0.161Xsin(0.547+7X0.2618)=0.187(m)螺栓 6:y6=0.152/2+0.161Xsin(0.547+9X0.2618)=0.114(m)螺栓 7:y7=0.152/2+0.161Xsin(0.547+11X0.2618)=0.031(m)螺栓 8:y8=0.152/2+0.161Xsin(0.5

19、47+13X0.2618)=-0.041(m)螺栓 9:y9=0.152/2+0.161Xsin(0.547+15X0.2618)=-0.08(m)螺栓 10:y10=0.152/2+0.161Xsin(0.547+17X0.2618)=-0.078(m)螺栓 11:y11=0.152/2+0.161Xsin(0.547+19X0.2618)=-0.035(m)螺栓 12:y12=0.152/2+0.161Xsin(0.547+21X0.2618)=0.038(m)螺栓 3 對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的距離最遠(yuǎn)，各螺栓拉力對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的力矩之和為：Mb=N3*NyiA2y3 其中：NyiA2=0.2093(mA2)

20、2yi=1.1466(m)受壓區(qū)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的力矩為：Mc=/dc*(2*(RA2-rA2)A1/2)*(y-r)dy式中：bc-法蘭受壓區(qū)距中性軸 y 處壓應(yīng)力R-法蘭半徑，這里為 0.211(m)r-橫梁截面半徑，這里為 0.076(m)壓應(yīng)力合力絕對(duì)值：Nc=/dc*(2*(RA2-rA2)A1/2)dy又6cI6cmax=(y-r)/(R-r)根據(jù)法蘭的平衡條件：Mb+Mc=M,Nc=NNi,求解得：N3=8.66(KN)bcmax=1.607(MPa)螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算(Nv/Nv)A2+(Nmax/Nt)A2)A1/2=(0.271/25.06)人 2+(8.66/17.59)人 2)A

21、1/2=0.4921，滿足要求。懸臂法蘭盤(pán)的厚度是 20mm,則單個(gè)螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值：Nc=0.014X0.02X400X10 人 3=112(KN),Nv=0.271(KN)Nc,滿足要求。法蘭盤(pán)的確定受壓側(cè)受力最大的法蘭盤(pán)區(qū)隔為三邊支撐板：自由邊長(zhǎng)度：a2=(0.422-0.152)xsin(PI/4)=0.191(m)固定邊長(zhǎng)度：b2=(0.422-0.152)/2=0.135(m)b2/a2=0.135/0.191=0.707,查表，a=0.088,因此該區(qū)隔內(nèi)最大彎矩為：Mmax=a*bcmax*a2A2=0.088.607 伙 0.191 人 2=5.139(KNM)法蘭盤(pán)的

22、厚度：t=(6*Mmax/f)A1/2=6X5138.842/(215x10A6)人 1/2=11.98(mm)lt=20(mm),滿足要求。受拉側(cè)法蘭需要的厚度：t=6*Nmax*Lai/(D+2*Lai)*fA1/2=6X8660 x0.085/(0.02+2X0.085)X215X10A6人1/2=10.4(mm)lt=20(mm),滿足要求。加勁肋的確定由受壓區(qū)法蘭盤(pán)的分布反力得到的剪力：Vi=aRi*lRi*cmax=0.191x0.135x1.607x10A6(N)=41.428(KN)螺栓拉力產(chǎn)生的剪力為：V3=N3=8.66(KN)加勁肋的高度和厚度分別為：hRi=0.20(m

23、),tRi=0.02(m),則剪應(yīng)力為：TR=Vi/(hRi*tRi)=41428./(0.20X0.02)=10.357(MPa)設(shè)加勁肋與橫梁的豎向連接焊縫的焊腳尺寸 hf=0.01(m),焊縫計(jì)算長(zhǎng)度：lw=0.20(m),則角焊縫的抗剪強(qiáng)度：Tf=Vi/(2*0.7*he*lw)=41428.4/(2X0.7X0.01X0.20)=14.449(MPa)160(MPa),滿足要求。7 柱腳強(qiáng)度驗(yàn)算受力情況地腳受到的外部荷載：鉛垂力：G=丫 0*丫 G*G=1.0X0.9X12260.345=11034.311(N)水平力：F=7054.252(N)式中：TG-永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，此處取

24、0.9合成彎矩：M=44760.974(N*m)扭矩：Mt=16599.647(N*m)底板法蘭受壓區(qū)的長(zhǎng)度 Xn偏心、品巨：e=M/G=44760.974/11034.311=4.057(m)法蘭盤(pán)幾何尺寸：L=1.20(m);B=1.00(m);Lt=0.04(m)地腳螺栓擬采用 16M30 規(guī)格，受拉側(cè)地腳螺栓數(shù)目 n=8,總的有效面積:Ae=8X5.61=44.88(cmA2)受壓區(qū)的長(zhǎng)度 Xn 根據(jù)下式試算求解：XnA3+3*(e-L/2)*XnA2-6*n*Ae*(e+L/2-Lt)*(L-Lt-Xn)=0XnA3+8.57*XnA2+0.995*Xn-1.154=0求解該方程，得

25、最佳值：Xn=0.309(m)底板法蘭盤(pán)下的混凝土最大受壓應(yīng)力驗(yàn)算混凝土最大受壓應(yīng)力：dc=2*G*(e+L/-Lt)/B*Xn*(L-Lt-Xn/3)=2X11034.311X(4.057+2.2004)/1.00X0.309X(1.20-0.04)(分 09/=0.312(MPa)3c*fcc=(1.80 x2.60/1.00 x1.20)A0.5X11.90(MPa)=23.501(MPa),滿足要求！地腳螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算受拉側(cè)地腳螺栓的總拉力：Ta=G*(e-L2+Xn/3)/(L-Lt-Xn/3)=11034.311X(4.057-1Z+/0.309/3)/(1.20-0.04-0.30

26、9/3)(N)=37.156(KN)F=7.054(KN)柱腳法蘭盤(pán)厚度驗(yàn)算法蘭盤(pán)肋板數(shù)目為 8對(duì)于三邊支承板：自由邊長(zhǎng) a2=0.313(m),固定邊長(zhǎng) b2=0.22(m)b2/a2=0.704,查表得：a=0.087,因此，M1=a*bc*(a2)A2=0.087X312125.075X0.313 人 2=2665.588(N*m/m)對(duì)于相鄰支承板：自由邊長(zhǎng) a2=0.313(m),固定邊長(zhǎng) b2=0.377(m)b2/a2=1.207,查表得：a=0.121,因此，M2=6*6c*(a2)A2=0.121X312125.075X0.313 人 2=3698.299(N*m/m)取Mmax=max(M1,M2)=max(2665.588,3698.299)=3698.299(N*m/m)法蘭盤(pán)的厚度：t=(6*Mmax/fb1)A0.5=6x3698.299/(210 x10A6)A0.5(m)=10.3(mm)20(mm),滿足要求。受拉側(cè)法蘭盤(pán)的厚度：t=6*