交通標志結(jié)構(gòu)計算書

1、1.45(m)1.3 立91.874(kg/m)交通標志結(jié)構(gòu)計算書1設(shè)計資料1.1板面數(shù)據(jù)1) 標志板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)橫梁的總長度：5.48(m)，外徑：152(mm)，壁厚：8(mm)，橫梁數(shù)目：2，間距： 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計算簡

2、圖見Dwg圖紙3荷載計算3.1永久荷載1) 標志版重量計算標志板 A 重量:G1=A* p *g=7.26 X 8.10 X 9.80=576.299(N)附著板 A 重量：G1=A* p *g=1.131 X 8.10 X 9.80=89.777(N)式中：A-標志板面積p 標志板單位面積重量g-重力加速度，取9.80(m/sA2)則標志板總重量：Gb=藝Gi=666.075(N)2) 橫梁重量計算橫梁數(shù)目 2，總長度為 5.48(m)，使用材料：奧氏體不銹鋼無縫鋼管，單位長度重量:28.839(kg/m)橫梁總重量：Gh=L* p *g*n=5.48 X 28.839 X 9.80 X 2

3、=3096.698(N)式中：L-橫梁的總長度p -橫梁單位長度重量g-重力加速度，取9.80(m/sA2)3) 立柱重量計算立柱總長度為8.20(m)，使用材料：奧氏體不銹鋼無縫鋼管，單位長度重量：立柱重量：Gp=L* p *g=8.20 X 91.874 X 9.80=7382.995(N)式中：L-立柱的總長度p 立柱單位長度重量g-重力加速度，取9.80(m/sA2)4) 上部結(jié)構(gòu)總重量計算由標志上部永久荷載計算系數(shù)1.10,則上部結(jié)構(gòu)總重量：G=K*(Gb+Gh+Gp)=1.10 X (666.075+3096.698+7382.995)=12260.345(N) 3.2風荷載1)

4、標志板所受風荷載標志板 A: Fwb仁 y 0* y Q*(1/2* p *C*V八2)*A1=1.0 X 1.4 X (0.5 X 1.2258 X 1.2 X 25.547八2)X 7.26=4878.826(N)附著板 A: Fwb2= y 0* y Q*(1/2* p *C*VA2)*A2=1.0 X 1.4 X (0.5 X 1.2258 X 1.2 X 25.547八2)X 1.131=760.031(N)式中：y 0-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0y Q可變荷載分項系數(shù)，取1.4p -空氣密度，一般取 1.2258(N*SA2*mA-4)C- -標志板的風力系數(shù)，取值1.20V-風速，

5、此處風速為25.547(m/sA2)g-重力加速度，取 9.80(m/sA2)2)橫梁所迎風面所受風荷載Fwh= 丫 0*y Q*(1/2* p *C*VA2)*W*H+=1.0 X1.4X *(0.5X 1.2258 X 0.80 X 25.547八2) X 0.152 X 1.711+=116.549(N)式中：C-立柱的風力系數(shù)，圓管型取值 0.80W-橫梁迎風面寬度，即橫梁的外徑H-橫梁迎風面長度，應(yīng)扣除被標志板遮擋部分3) 立柱迎風面所受風荷載:Fwp= 丫 0*y Q*(1/2* p *C*VA2)*W*H+=1.0 X1.4X *(0.5X 0.180.2258 X 25 X .

6、547八2) X 0.377 X 7.00=1182.298(N)式中：C立柱的風力系數(shù)，圓管型立柱取值0.80W-立柱迎風面寬度，即立柱的外徑H-立柱迎風面高度4橫梁的設(shè)計計算由于兩根橫梁材料、規(guī)格相同，根據(jù)基本假設(shè)，可認為每根橫梁所受的荷載為總荷載的一半。單根橫梁所受荷載為：(標志牌重量)豎直荷載:G4= y 0* y G*Gb/n=1.0 X 1.2 X 576.299/2=345.779(N)式中：y o-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0y g-永久荷載(結(jié)構(gòu)自重)分項系數(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:3 1= y 0* y G*Gh/(n*L)=1

7、.0 X 1.2 X 3096.698/(2 X 5.48)=339.147(N)式中：L-橫梁的總長度(標志牌風荷載)水平荷載：Fwbh=Fwb/n=4878.826/2=2439.413(N)4.1強度驗算橫梁根部由重力引起的剪力為:QG=G4+ 3 1*Lh=345.779+339.147X 4.91=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度由重力引起的彎矩：MG=藝 Gb*Lb+ 3 1*LhA2/2=288.149X 3.362+339.147X /24.91A2=5059.212(N*M)式中：Gb-每根橫梁所承擔的標志板重量Lb-標志板形心

8、到橫梁根部的間距橫梁根部由風荷載引起的剪力：Qw=Fwbh+Fwh=2439.413+116.549=2555.962(N)式中：Fwbh-單根橫梁所承擔的標志板所傳來的風荷載Fwh-單根橫梁直接承受的風荷載橫梁根部由風荷載引起的彎矩Mw=藝 Fwbi*Lwbi+ 丫 Fwhi*Lwhi=2439.413 X 3.362+129.385X 0.761=8299.824(N*M)橫梁規(guī)格為 u 152 X 8,截面面積 A=3.619 X 10八-3(口八2)，截面慣性矩1=9.41 X 10八-6(口八4)，截面 抗彎模量 W=1.238 X 10A-4(mA3)橫梁根部所受到的合成剪力為:Q

9、h=(QGA2+QwA2)A1/2=(2011.502A2+2555.962A2)A1/2=3252.55(N)合成彎矩:Mh=(MGA2+MwA2)A1/2=(5059.212A2+8299.824A2)A1/2=9720.221(N*M)1)最大正應(yīng)力驗算橫梁根部的最大正應(yīng)力為:(T max=M/W=9720.221/(1.238X 10八-4)=78.508(MPa)v彷 d=215(MPa),滿足要求。2)最大剪應(yīng)力驗算橫梁根部的最大剪應(yīng)力為t max=2*Q/A=2 X 3252.55/(3.619 X 10八-3)=1.797(MPa)v t d=125(MPa)滿足要求。3)危險

10、點應(yīng)力驗算 根據(jù)第四強度理論，(T 4=(T maxA2+3 Xt maxA2F1/2=(78.508A2+3 X 1.797A2)A1/2=78.57(MPa)<CT、T近似采用最大值即(Td=215(MPa)，滿足要求。4.2變形驗算橫梁端部的垂直撓度：fy=藝 Gb*lbA2*(3*Lh-lb)/(Y 0* 丫 G*6*E*I)+3 /( Y 1*LhA40* Y G*8*E*I)=345.779 X 3.362A2X (3 X 4.913362)/(1.0X 1.2 X 6X 210.00X 10A9 X 9.41X 10A-6)+339.147X 4.91A4心.oX 1.2

11、X 8X 210.00X 10八9 X 9.41 X 10A-6)=13.527(mm)式中：Gb-標志板自重傳遞給單根橫梁的荷載 lb-當前標志板形心到橫梁根部的間距 水平撓度：fx=藝 Fwb*lbA2*(3Lh-lb)/(Y 0* 丫 G*6*E*I)+3 2*L2A3*(3Lh-l2)/( 丫 0* 丫 G*6*E*I)=2439.413 X 3.362A2+68.097 X 1.712A3X (3 X 4.91 -3.362)/(1.0X (3 X 4.91 -1.712)/(1.0X 1.2 X 6 X 210.00 X 10A9 X 9.41X 1.2 X 6 X 210.00

12、X 10A9 X 9.41X 10A-6)X 10A-6)=22.347(mm)合成撓度:f=(fxA2+fyA2)A1/2=(22.347A2+13.527A2F1/2=26.122(mm)f/Lh=0.026122/4.91=0.0053<0.01，滿足要求。5立柱的設(shè)計計算立柱根部受到兩個方向的力和三個方向的力矩的作用，豎直方向的重力、水平方向的風荷載、橫梁和標志板重力引起的彎矩、風荷載引起的彎矩、橫梁和標志板風荷載引起的扭矩。垂直荷載：N= y 0* y G*G=1.00 X 1.20 X 12260.345=14712.414(N)水平荷載：H=Fwb+Fwh+Fwp=5638

13、.857+233.098+1182.298=7054.252(N)立柱根部由永久荷載引起的彎矩：MG=MGh*n=5059.212X 2=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由風荷載引起的彎矩：Mw= 藝 Fwb*Hb+ 藝 Fwh*Hh+Fwp*Hp/2= 37216.454+1538.445+4847.42仁43602.32(N*m)合成彎矩M=(MGA2+MwA2)A1/2=(10118.424A2+43602.32A2)A1/2=44760.974(N*m)由風荷載引起的扭矩：Mt=n*Mwh=2X 8299.824=16599.6

14、47(N*m)式中：Mwh-橫梁由于風荷載而產(chǎn)生的彎矩立柱規(guī)格為u 377 X 10，截面積為A=1.153 X 10A-2(mA2)，截面慣性矩為1=1.943 X10A-4伸八4)，抗彎截面模量為W=1.031 X 10A-3伸八3)，截面回轉(zhuǎn)半徑i=0.13(m)，極慣性矩為Ip=3.885 X 10A-4(mA4)立柱一端固定，另一端自由，長度因數(shù)卩=2。作為受壓直桿時，其柔度為：入=卩 *Hp/i=2 X 8.20/0.13=126，查表，得穩(wěn)定系數(shù)u =0.4575.1強度驗算1) 最大正應(yīng)力驗算軸向荷載引起的壓應(yīng)力：(T c=N/A=14712.414/(1.153X A10-2

15、)(Pa)=1.276(MPa)由彎矩引起的壓應(yīng)力：(T w=M/W=44760.974/(1.031X 10A-3)(Pa)=43.434(MPa)組合應(yīng)力:(T max=(T c+(T w=1.276+43.434=44.71(MPa)(T c/( ud)+ (T c/ (T d=1.276/(0.457 X 215)+43.434/215=0.215<1 ，滿足要求。2) 最大剪應(yīng)力驗算水平荷載引起的剪力：t Hmax=2*H/A=2 X 7054./(1252.153 X 10A-2)(Pa)=1.224(MPa)由扭矩引起的剪力：t tmax=Mt*D/(2*lp)=16599

16、.647/(2 X 0 X .377.885 X -4)(Pa)=10A8.054(MPa)合成剪力：t max= t Hmax+ t tmax=1.224+8.054=9.277(MPa)< t d=125.00(MPa)，滿足要求。3) 危險點應(yīng)力驗算最大正應(yīng)力位置點處，由扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力亦為最大，即t t max=44.71(MPa),t = t max=9.277(MPa)根據(jù)第四強度理論：(T 4=( T A2+3* t A2)A1/2=(44.71A2+3 X 9.277A2)A1/2=47.51(MPa)< t d=215(MPa)，滿足要求。5.2變形驗算立柱頂部的

17、變形包括，風荷載引起的縱向撓度、標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。風荷載引起的縱向撓度：fp=(Fwb1+Fwh1)*h1八2*(3*h-h1)/(丫 0* 丫 Q*6*E*I)+Fwp1*hA3/( Y 0* 丫 Q*8*E*I)(5638.857+233.098) X 6.60八2 X (3 X 8.20-6.60)/(1.00x 1.40 x 6x 210 x 10八9 x 1.943X 10八-4)+ 1182.298x 8.20八3/(1.00 x 1.40 x 8 x 210 x 10八9 x 1.943 x 10A-4)=0.0149(m) fp/D=0

18、.0149/8.20=0.002<0.01 ，滿足要求。立柱頂部由扭矩標準值產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角為：e =Mt*h/( 丫 0* 丫 Q*G*Ip)=16599.647 x 8.20/(1.00 x 1.40) x 79 x 10八9 x -4=3.885 x 10八0.0032(rad)式中：G-切變模量，這里為 79(GPa)該標志結(jié)構(gòu)左上點處水平位移最大，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。該點總的水平位移為：f=fx+fp+ e *11=0.022+0.0149+0.0032x 5.20=0.054(m)該點距路面高度為7.70(m)f/h=0.0

19、54/7.70=0.007<0.017，滿足要求。由結(jié)構(gòu)自重而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角為：e =My*h1/( 丫 0* 丫 G*E*I)=10118.424 x 6.60/(1.00 x 1.20 x 210 x 10八9 x -4)=1.943 x 10八0.0014(rad)單根橫梁由此引起的垂直位移為:fy'= e 1=*l0.0014 x 4.91=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，每個螺栓受拉承載力設(shè)計值Nt=17.5

20、9(KN)，受剪承載力設(shè)計值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 =ata n(MG/Mw)=ata n(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 : y仁0.152/2+0.161螺栓 2 : y2=0.152/2+0.161螺栓 3 : y3=0.152/2+0.161螺栓 4 : y4=0.152/2+

21、0.161螺栓 5 : y5=0.152/2+0.161螺栓螺栓x si n(0.547-1x sin (0.547+1x sin (0.547+3x sin (0.547+5x sin (0.547+7螺栓螺栓6 : y6=0.152/2+0.1617 : y7=0.152/2+0.1618 : y8=0.152/2+0.1619 : y9=0.152/2+0.161x 0.2618)=0.121(m)x 0.2618)=0.193(m)x 0.2618)=0.232(m)x 0.2618)=0.23(m)x 0.2618)=0.187(m)x 0.2618)=0.114(m)x sin (

22、0.547+9x sin(0.547+11 x 0.2618)=0.031(m)x sin(0.547+13 x 0.2618)=-0.041(m)x sin(0.547+15 x 0.2618)=-0.08(m)螺栓 10 : y10=0.152/2+0.161 x sin(0.547+17 x 0.2618)=-0.078(m)螺栓 11 : y11=0.152/2+0.161 x sin(0.547+19 x 0.2618)=-0.035(m)螺栓 12 : y12=0.152/2+0.161 x sin(0.547+21 x 0.2618)=0.038(m)螺栓3對旋轉(zhuǎn)軸的距離最遠，各

23、螺栓拉力對旋轉(zhuǎn)軸的力矩之和為：Mb=N3* 藝 yiA2/y3其中：藝 yiA2=0.2093(mA2)藝 yi=1.1466(m)受壓區(qū)對旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的力矩為：Mc= /彷 c*(2*(RA2-rA2F1/2)*(y-r)dy式中：彷c-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)力合力絕對值：Nc= /彷 c*(2*(RA2-rA2F1/2)dy又彷 c/(T cmax=(y-r)/(R-r)根據(jù)法蘭的平衡條件：Mb+Mc=M , Nc=藝Ni,求解得：N3=8.66(KN)(T cmax=1.607(MPa)6.1螺栓強度驗

24、算(Nv/Nv)A2+(Nmax/Nt)A2)A1/2=(0.271/25.06)A2+(8.66/17.59)A2)A1/2=0.492<1，滿足要求。懸臂法蘭盤的厚度是20mm，則單個螺栓的承壓承載力設(shè)計值：Nc=0.014 x 0.02 x 400 x 10八3=112(心),Nv=0.271(KN)<Nc，滿足要求。6.2法蘭盤的確定受壓側(cè)受力最大的法蘭盤區(qū)隔為三邊支撐板：自由邊長度：a2=(0.422-0.152) x sin(Pl/4)=0.191(m)固定邊長度：b2=(0.422-0.152)/2=0.135(m)b2/a2=0.135/0.191=0.707 ，查

25、表，a =0.088，因此該區(qū)隔內(nèi)最大彎矩為：Mmax= a *(T cmax*a2A2=0.088.607 xi 0.191A2=5.139(KNM)法蘭盤的厚度：t=(6*Mmax/f)A1/2=6 x 5138.842/(215 x 10A6)F1/2=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=6 x 8660 x 0.085/(0.02+210八6八 x 0.085) x 215 x1/2=10.4(mm)<lt=20(mm)，滿足要求。6.3加勁肋的確定由受壓區(qū)法蘭盤的分布反力得到的剪

26、力：Vi=aRi*lRi*。cmax=0.191 x 0.135 x 1.607 x 10A6(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),tRi=0.02(m)，則剪應(yīng)力為：t R=Vi/(hRi*tRi)=41428.4/(0.20 x 0.02)=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)，焊縫計算長度：lw=0.20(m),則角焊縫的抗剪強度：t f=Vi/(2*0.7*he*lw)=41428.4/(2 x 0.7 x 0.01 x 0.20)=14.449(MPa

27、)<160(MPa)，滿足要求。7柱腳強度驗算7.1受力情況地腳受到的外部荷載：鉛垂力：G= y 0* y G*G=1.0 X 0.9 X 12260.345=11034.311(N)水平力：F=7054.252(N)式中：Y G-永久荷載分項系數(shù)，此處取0.9合成彎矩：M=44760.974(N*m)扭矩：Mt=16599.647(N*m)7.2底板法蘭受壓區(qū)的長度Xn偏心距：e=M/G=44760.974/11034.31 仁4.057(m)法蘭盤幾何尺寸：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

28、有效面積：Ae=8 X 5.61=44.88(cmA2)受壓區(qū)的長度 Xn根據(jù)下式試算求解：Xn A3+3*(e-L/2)*X 門八2-6*門 *Ae*(e+L/2-Lt)*(L-Lt-Xn )=0Xn A3+8.57*X nA2+0.995*X n-1.154=0求解該方程，得最佳值：Xn=0.309(m)7.3底板法蘭盤下的混凝土最大受壓應(yīng)力驗算混凝土最大受壓應(yīng)力：(T c=2*G*(e+L/2-Lt)/B*Xn*(L-Lt-Xn/3)=2 X 11034.311 X (4.057+21.-20/.04)/1.00x 0.309 x (l.20-0.043)(Pa)-0.309/=0.31

29、2(MPa)< B c*fcc=(1.80 X 2.60/1.00 X 1.20)八0.5 X11.90(MPa)=23.501(MPa)，滿足要求！7.4地腳螺栓強度驗算受拉側(cè)地腳螺栓的總拉力：Ta=G*(e-L/2+X n/3)/(L-Lt-Xn/3)=11034.311 X (4.057-1.220/+0.309/3”(1.20-0.04-0.309/3)(N)=37.156(KN)<n*T0=8 X 85.83=686.64(KN)，滿足要求。7.5對水平剪力的校核由法蘭盤和混凝土的摩擦所產(chǎn)生的水平抗剪承載力為：Vfb=k(G+Ta)=0.40X (11.034+37.15

30、6)=19.276(KN)>F=7.054(KN)7.6柱腳法蘭盤厚度驗算法蘭盤肋板數(shù)目為8對于三邊支承板：自由邊長a2=0.313(m)，固定邊長b2=0.22(m)b2/a2=0.704，查表得：a =0.087,因此，M1= a *(T c*(a2)A2=0.087X 312125.075 X 0.313A2=2665.588(N*m/m)對于相鄰支承板：自由邊長a2=0.313(m)，固定邊長b2=0.377(m)b2/a2=1.207，查表得：a =0.121,因此，M2= a *(T c*(a2)A2=0.121X 312125.075 X 0.313A2=3698.299(N*m/m)取 Mmax=max(M1,M2)=max(2665.588,3698.299)=3698.299(N*m/m)法蘭盤的厚度：t=(6*Mmax/fb1)八0.5=6X 3698.299/(210 x 10A6)A0.5(m)=10.3(mm)<20(mm),滿足要求。受拉側(cè)法蘭盤的厚度：t=6*Na*Lai/(D+Lai1+Lai)*fb1A0.5=6 X 4644.452 X 0.783/(0.03+0.583+0.783)X 210 X 10八6八0.5仲)=8.6(mm)<20(mm),滿足要求。7.7地腳螺栓支撐加勁肋由混凝土的分布