門架設(shè)計(優(yōu)化)

廣()()沿江高速公路大型可變情報板及標(biāo)志門架結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書2008年5月10日一、工程概況廣州至深圳沿江高速公路位于珠江三角洲經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)——廣州、100km/h的高速公路標(biāo)準(zhǔn)，雙向八車道，路幅寬41m，橋梁長度占路線總長度90%以上。項目所在地區(qū)屬南亞熱帶海洋季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖潮濕（年平均氣溫為22～22.5℃,相對濕度79～81%），雨量充沛（年平均降水量1700mm以上）；常受熱帶風(fēng)暴和臺風(fēng)襲擊（年平均2～3次，臺風(fēng)中心風(fēng)力可達(dá)11～12級），為本地區(qū)主要災(zāi)害性天氣。本設(shè)計即為上述廣州至深圳沿江高速公路大型可變情報板及標(biāo)志門架結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載為門架結(jié)構(gòu)的主要荷載之一，同時要特別注重門架結(jié)構(gòu)的防腐蝕設(shè)計及施工。二、結(jié)構(gòu)設(shè)計采用主要規(guī)范1．《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001；2．《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003；3．《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2001；4．《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002；5．《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205-2001；6．《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50105-2001；7.《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》JTG/TD60-01-2004;《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》GB5768-1999。三、結(jié)構(gòu)計算采用計算機(jī)軟件韓國邁達(dá)斯技術(shù)有限公司，Midas/civil7.2.0四、結(jié)構(gòu)計算基本參數(shù)1．結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限取為50年，結(jié)構(gòu)的安全等級取為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取為1.0；2．鋼材采用，并符合GB/T700-2006的規(guī)定；焊條采用E4303型，并符合GB/T5117-1995的規(guī)定；3．設(shè)計基本風(fēng)速根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范》JTG/TD60-01-2004采用深圳市百年一遇設(shè)計基本風(fēng)速即38.4m/s。410kN《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》GB5768-1999當(dāng)設(shè)計時速為120km/h按2m高、與路面等寬度計；5．大型可變情報板顯示12個（1m×）漢字，情報板自重20kN，迎風(fēng)面積一組按2m高、寬度不小于12m設(shè)計；60.80kN/m道活荷載1.00kN/m；7．抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計基本地震加速度值。五、計算簡圖門架為空間桁架結(jié)構(gòu)，設(shè)計時采用Midas/civil建立空間桿系模型進(jìn)行分析：1．34.0m寬標(biāo)志牌和情報板門架模型2．21.0m標(biāo)志牌和情報板門架模型六、荷載計算(一)風(fēng)荷載計算風(fēng)荷載基本風(fēng)壓W和設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)壓W計算如下：0d（a）設(shè)計基本風(fēng)速V=38.4m/s；l0（b）橋梁構(gòu)件基準(zhǔn)高度處（按30m考慮）的設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)速z0.1610V=KV=KV=V=45.78m/s1.0dl0l01Bl01（c）靜陣風(fēng)風(fēng)速V=GV=1.35×45.78＝61.8m/sgdV地表類別取為B類。（d）基本風(fēng)壓W和設(shè)計基準(zhǔn)風(fēng)壓Wd01W=＝0.5×1.25×38.4＝0.922kN/mV22202l012W=＝0.5×1.25×61.8＝2.387kN/mV222dg1．標(biāo)志牌34m桁架（HJ1）風(fēng)荷載計算桁架跨度34m前后弦桿軸線間距)1.2m間距離1.7m×。迎風(fēng)面積按2m2榀水平桁架承受，則每榀桁架每1節(jié)點風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：W=(2.387kN/m××1.7m×2.1)/2=8.53kN；2其中阻力系數(shù)C=2.1。H2．標(biāo)志牌21m桁架（HJ3）風(fēng)荷載計算桁架跨度，桁架高度(前后弦桿軸線間距)1.5m，節(jié)間距離1.5m×142m2榀水平桁架承受，則每榀桁架每1節(jié)點風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：W=(2.387×2×1.5×2.1)/2=7.52kN；3．情報板34m桁架（HJ2）風(fēng)荷載計算桁架跨度，桁架高度(前后弦桿軸線間距)1.5m，節(jié)間距離1.7m×20。每組情報板迎風(fēng)面積按高、寬考慮，并考慮安裝2組情報板，其風(fēng)荷載由1榀水平桁架（上側(cè)水平桁架）承受；同時考慮桁架自身產(chǎn)生的風(fēng)荷載。則桁架每1節(jié)點風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算如下：(1)對于情報板，由風(fēng)荷載產(chǎn)生的桁架節(jié)點水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.387×2×1.7×2.1=17.06kN；豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值為17.06×1.0/1.5=11.37kN；(2)對于桁架，由風(fēng)荷載產(chǎn)生的桁架節(jié)點水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算如下：桁架節(jié)間桿件面積A＝0.14×1.7×1.5＝0.581m2實面積比為0.581（1.7×1.5）；DV=0.14×61.8＝8.65>6m/s,C=1.2,C=0.9×1.2=1.082gHH桁架節(jié)點水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值為(1.08×2.387×0.581)/2＝0.75kN4．情報板21m桁架（HJ4）風(fēng)荷載計算桁架跨度，桁架高度(前后弦桿軸線間距)1.6m，節(jié)間距離1.5m×142m高、18.0m1榀水平桁架1節(jié)點風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算如下：（1）對于情報板，由風(fēng)荷載產(chǎn)生的桁架節(jié)點水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.387×2×1.5×2.1=15.04kN；豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值為15.04×1.0/1.5=10.03kN；(2)對于桁架，由風(fēng)荷載產(chǎn)生的桁架節(jié)點水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算如下：桁架節(jié)間桿件面積A＝0.152×1.5×1.6+0.089×＝0.763m2實面積比為0.763（1.6×1.6）；DV=0.152×61.89.39>6m/s,C=1.2,C=0.8×1.2=0.962gHH桁架節(jié)點水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值為(0.96×2.387×0.763)/2＝0.87kN5．桁架立柱（）風(fēng)荷載計算（1）、ZJ2桁架節(jié)間桿件面積A＝0.299×1.42+0.1022.05+0.102×＝0.781m2實面積比為0.781（1.4×1.5）；DV=0.299×61.818.48>6m/s,C=1.1,C=0.6×1.1=0.662gHH桁架節(jié)點水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值為(0.66×2.387×0.781)/2＝0.615kN（2）ZJ1-1、ZJ2-1桁架節(jié)間桿件面積A＝0.377×1.42+0.1022.05+0.102×＝1.418m2實面積比為1.418（1.4×1.5）；DV=0.377×61.823.3>6m/s,C=1.1,C=0.45×1.1=0.4952gHH桁架節(jié)點水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值為(0.495×2.387×1.481)/2＝0.875kN（3）~6桁架節(jié)間桿件面積A＝0.351×1.42+0.1022.05+0.102×＝1.345m2實面積比為1.345（1.4×1.5）；DV=0.351×61.821.69>6m/s,C=1.1,C=0.45×1.1=0.4952gHH桁架節(jié)點水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值為(0.495×2.387×1.345)/2＝0.795kN()()計算標(biāo)志自重，情報板自重，分別由1榀豎向桁架承受；安裝檢修走道及欄桿自重0.80kN/m，安裝檢修走道活荷載0.50kN/m，分別由2榀豎向桁架承受；結(jié)構(gòu)自重與地震作用由計算軟件自動計入?yún)⑴c組合。1.34m標(biāo)志牌桁架（HJ1）豎向荷載計算桁架跨度，桁架高度(上下弦桿軸線間距)1.5m，節(jié)間距離1.7m×20。則桁架每1節(jié)點豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：（1）恒荷載：G=10kN/20+(0.8kN/m1.7m)/2=1.18kN；（2）活荷載：Q=(1.0kN/m×1.7m)/2=0.85kN;2.標(biāo)志21mHJ3(上下弦桿軸線間距1.5m141節(jié)點豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：（1）恒荷載：G=10kN/14+(0.8kN/m1.5m)/2=1.315kN；（2）活荷載：Q=(1.0kN/m×1.5m)/2=0.75kN;3.情報板34m桁架（HJ2）豎向荷載計算桁架跨度，桁架高度(上下弦桿軸線間距)1.5m，節(jié)間距離1.7m×20。則桁架每1節(jié)點豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：（1）恒荷載：G=20kN/20+(0.8kN/m1.7m)/2=1.68kN；（2）活荷載：Q=(1.0kN/m×1.7m)/2=0.85kN;4.情報板21mHJ421m，桁架高度(上下弦桿軸線間距)1.2m141節(jié)點豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：（1）恒荷載：G=20kN/14+(0.8kN/m1.5m)/2=2.029kN；（2）活荷載：Q=(1.0kN/m×1.5m)/2=0.75kN;七、計算結(jié)果及效應(yīng)組合1.桁架計算結(jié)果分析荷載組合按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001進(jìn)行組合，計算結(jié)果如下：（一）標(biāo)志牌34mHJ1）計算結(jié)果由上表可知，各桿件的組合應(yīng)力比均小于1.0，滿足強(qiáng)度要求；且最不利荷載工況下桁架xyz（豎向）方向上最大位移分別為18.0mm、35.6mm和4.5mm，均小于L/400=42.5mm，滿足結(jié)構(gòu)容許變形值要求。（二）標(biāo)志牌21mHJ3）計算結(jié)果由上表可知，各桿件的組合應(yīng)力比均小于1.0，滿足強(qiáng)度要求；且最不利荷載工況下桁架xyz（豎向）方向上最大位移分別為25.0mm和11.1mm，均小于L/300=70mm，滿足結(jié)構(gòu)容許變形值要求。（三）情報板34mHJ2）計算結(jié)果由上表可知，各桿件的組合應(yīng)力比均小于1.0，滿足強(qiáng)度要求；且最不利荷載工況下桁架xyz（豎向）方向上最大位移分別為17.8mm31.6mm和12.6mmL/400=42.5mm，滿足結(jié)構(gòu)容許變形值要求。（四）情報板21mHJ4）計算結(jié)果由上表可知，各桿件的組合應(yīng)力比均小于1.0，滿足強(qiáng)度要求；且最不利荷載工況下桁架xyz（豎向）方向上最大位移分別為14.5mm44.1mm和17.3mmL/400=52.5mm，滿足結(jié)構(gòu)容許變形值要求。2．支架柱腳計算標(biāo)志牌桁架柱腳1.（1）底板厚度計算柱腳承受最大壓力N=1738kN128kN.mD797mm×40mm，底板面積A=498892mm；柱腳底板與基礎(chǔ)之間的最2大壓應(yīng)力設(shè)計值為：NM367973AW=6.06MPa柱腳底板按懸臂板計算時其最小厚度的驗算：（a）近似地柱腳底板承受的最大彎矩設(shè)計值近似的以最大應(yīng)力作為均布應(yīng)力值進(jìn)行區(qū)格（三邊支承）計算：=0.110×6.06×191=24318(N.mm/mm)Mqa22（b）柱腳底板按設(shè)置加勁肋計算時其最小厚度為6M=(6×24318/205)1/2=26.7(mm)tf柱腳底板厚度驗算滿足要求。（2）支架柱腳螺栓（錨栓）計算柱腳承受的最大拉力N=1625kN，對應(yīng)彎矩為127kN.m；0.906.06NMAW3679731柱腳設(shè)置8個M45的錨栓，每個錨栓承受的拉力為：N1=1625kN/12=135.4kN＜182.84kN。錨栓驗算滿足要求。標(biāo)志牌桁架柱腳2.（1）底板厚度計算柱腳承受最大壓力N=1001kN，對應(yīng)彎矩為50kN.m。柱腳底板規(guī)格D719mm×40mm，底板面積A=406020mm；柱腳底板與基礎(chǔ)之間的最2大壓應(yīng)力設(shè)計值為：NM10011063AW=3.84MPa7193柱腳底板按懸臂板計算時其最小厚度的驗算：（a