交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)計(jì)算書

1、交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)計(jì)算書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)1.45(m)1.3 立91.874(kg/m)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: 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Dw

2、g圖紙3荷載計(jì)算3.1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=7.26 X8.10 X9.80=576.299(N)附著板 A 重量：G1=A* p *g=1.131 X8.10 X9.80=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) 那么標(biāo)志板總重量：Gb= 2 Gi=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=5.48 乂 28.839 乂 9.80 乂 2=3096.69

3、8(N)式中：L-橫梁的總長(zhǎng)度p -橫梁?jiǎn)挝婚L(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：奧氏體不銹鋼無縫鋼管,單位長(zhǎng)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(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,那么上部結(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(fēng)荷載1)標(biāo)志板所受風(fēng)荷載標(biāo)

4、志板 A: Fwb1= 丫 0* 丫 Q*(1/2* p *C*V八2)*A1=1.0 X 1,4 X (0.5 X 1.2258 X 1.2 X25.547八2)X 7,26=4878.826(N)附著板 A: Fwb2= 丫 0* 丫 Q*(1/2* p *C*V八2)*A2=1.0 X 1,4 X (0.5 X 1.2258 X 1,2 X25.547八2)X 1,131=760,031(N)式中：丫 0-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù),取 1.0Y Q可變何載分項(xiàng)系數(shù),取 1.4P -空氣密度,一般取 1.2258(N*SA2*m'4)C-標(biāo)志板的風(fēng)力系數(shù),取值 1.20V 風(fēng)速,止匕 處風(fēng)速

5、為25.547(m/sA2)g-重力加速度,取 9.80(m/s八2) 2)橫梁所迎風(fēng)面所受風(fēng)荷載：Fwh= Y 0*Y Q*(1/2* P *C*VA2)*W*H+=1,0 X 1,4 X *(0.5X 1.2258 X 0.80 X 25.547八2) X 0.152 X 1.711+=116,549(N)式中：C-一立柱的風(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)志板遮擋局部3)立柱迎風(fēng)面所受風(fēng)荷載：Fwp= Y 0*Y Q*(1/2* P *C*VA2)*W*H+=1.0 X 1,4 X *(0.5X 0,180.2258 X25X .5

6、47八2) X 0.377 X 7,00=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)算由于兩根橫梁材料、規(guī)格相同,根據(jù)根本假設(shè),可認(rèn)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(biāo)志牌重量)豎直荷載:G4= 丫 0* 丫 G*Gb/n=1.0 X 1,2 X 576.299/2=345,779(N)式中：丫 0-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(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：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(zhǎng)度(標(biāo)志牌風(fēng)荷載)水平荷載：Fwbh=Fwb/n=4878.826/2=2439.413(N)4.1 強(qiáng)度驗(yàn)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=2022.502(N)式中：Lh-橫梁端部到根部的距離,扣除與立柱連接局部的長(zhǎng)度由重力引起的彎矩 ：MG= 2Gb*Lb+ 3 1*LhA2/2=288.149X 3.362+339.147X/24.91A2=5059.212(N*M)式中：Gb每根橫梁所承當(dāng)?shù)臉?biāo)志板重量Lb-標(biāo)志板形心

8、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-單根橫梁所承當(dāng)?shù)臉?biāo)志板所傳來的風(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= 2 Fwbi*Lwbi+2 Fwhi*Lwhi=2439.413X 3.362+129.385X 0.761=8299.824(N*M)橫梁規(guī)格為 u 152X8,截面面積 A=3.619 X 10八-3g八2),截面慣性矩1=9.41 *10八-6g八4),截面 抗彎模量W=1.238 *10八-4御八3)橫梁根部所受到的合成剪力為：Qh=(QGA2+

9、QwA2)A1/2=(2022.502A2+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(yàn)算橫梁根部的最大正應(yīng)力為(T max=M/W=9720.221/(1.238 X 10A-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r max=2*Q/A=2 X 3252.55/(3.619 X 10A-3)=1.797(MPa)< r d=125(MPa),滿足

10、要求.3)危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力驗(yàn)算根據(jù)第四強(qiáng)度理論,r近似采用最大值即：(t4=(T maxA2+3 x r maxA2)A1/2=(78.508A2+3 x 1.797A2)A1/2=78.57(MPa)< od=215(MPa),滿足要求.4.2 變形驗(yàn)算橫梁端部的垂直撓度：fy= 2 Gb*lbA2*(3*Lh-lb)/( 丫 0* 丫 G*6*E*I)+3/( 丫 1*LhZ0* 丫 g*8*e*i)=345.779 乂3.362八2 X (3X4.91-3.362)/(1.0X 1.2 x 6X 210.00 乂 10A9 X 9.41 乂 10八-6)+339.147X4.91A4/(

11、1.ox 1.2 X8X210.00 X10A9X9.41 x 10A-6)=13.527(mm)式中：Gb-標(biāo)志板自重傳遞給單根橫梁的荷載 lb-當(dāng)前標(biāo)志板形心到橫梁根部的間距水平撓度： 2*L2A3*(3Lh-l2)/( 丫 0* 丫 G*6*E*I)fx= 2 Fwb*lbA2*(3Lh-lb)/( 丫 0* 丫 G*6*E*I)+=2439.413 乂3.362八2+68.097 X1.712A3X (3X4.91-3.362)/(1.0X (3X4.91-1.712)/(1.0X1.2 X6X210.00 ><10八9 X 9.41X1.2X6X210.00 X10A9X

12、9.41X 10A-6)X 10A-6)=22.347(mm)合成撓度:£=伴2+£丫八2)八1/2=(22.347八2+13.527八2)八1/2=26.1223)f/Lh=0.026122/4.91=0,0053<0.01,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* 丫 G*G=1.00 X 1.20 X 12260.345=14712.414(N)水平荷載：H=Fwb+Fwh+Fwp=5638.85

13、7+233.098+1182.298=7054.252(N)立柱根部由永久荷載引起的彎矩：MG=MGh*n=5059.212 乂 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(fēng)荷載引起的彎矩：Mw= 2 Fwb*Hb+ 2 Fwh*Hh+Fwp*Hp/2= 37216.454+1538.445+ 4847.421 =43602.32(N*m) 合成彎矩M=(MG八2+Mw八2)八1/2=(10118.424八2+43602.32八2)八1/2=44760.974(N*m) 由風(fēng)荷載引起的扭矩：Mt=n*Mwh=2 乂 8299.824=1659

14、9.647(N*m)式中：Mwh橫梁由于風(fēng)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 X10A-2(mA2),截面慣性矩為 1=1.943 X10A-4(mA4),抗彎截面模量為W=1.031 *10八-3g八3),截面回轉(zhuǎn)半徑 i=0.13(m),極慣性矩為Ip=3.885 *10八-4舊八4)立柱一端固定,另一端自由,長(zhǎng)度因數(shù)以=2.作為受壓直桿時(shí),其柔度為：X = *Hp/i=2 X 8.20/0.13=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：(T c=N/A=14712.414/(1.153 x A

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

16、=16599.647/(2 X 0 X .377.885 乂 -4)(Pa)=10A8.054(MPa)合成剪力：r max= r Hmax+ r tmax=1.224+8.054=9.277(MPa)< r d=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 =(T max=44.71(MPa),t-t max=9.277(MPa)根據(jù)第四強(qiáng)度理論：(T 4=( (T A2+3* 2)八1/2=(44.71八2+3 X 9.277A2)A1/2=47.51(MPa)<° d=215(MPa),滿足要求.5.2

17、 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*hA3/( 丫 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 6 x 210 x 10八9 x 1.943X 10八-4)+ 1182.298 X 8.20A3/(1.00 x 1.40 X8X 210 x 10八9 x 1.943 x 10八-4) =0.014

18、9(m) fp/D=0.0149/8.20=0.002<0.01,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：e =Mt*h/( 丫 0* 丫 Q*G*Ip尸16599.647 X 8.20/(1.00 X 1.40) x 79 x 10八9 x -4=3.885 X 10A0.0032(rad) 式中：G一切變模量,這里為 79(GPa)該標(biāo)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)生的水平位移三局部組成.該點(diǎn)總的水平位移為：f=fx+fp+ 0 *11=0.022+0.0149+0.0032X 5.20=0.054(m)該點(diǎn)距路面高度為7.7

19、0(m)f/h=0.054/7.70=0.007<0.017,滿足要求.由結(jié)構(gòu)自重而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角為：0 =My*h1/( T 0* T G*E*I)=10118.424 x 6.60/(1.00 x 1.20 x 210 x 叱9 x-4)=1.943 x 10a0.0014(rad) 單根橫梁由此引起的垂直位移為：fy'= e 1=*l0.0014 X4.91=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)螺栓受拉承載力設(shè)計(jì)

20、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：5 =atan(MG/Mw)=atan(5059.21/8299.82)=0.547(rad)=31.36°那么各螺栓距旋轉(zhuǎn)軸的距離分別為：螺栓 1 : y1=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=0.1

21、52/2+0.161螺栓 5: y5=0.152/2+0.161螺栓 6: y6=0.152/2+0.161螺栓 7: y7=0.152/2+0.161螺栓 8: y8=0.152/2+0.161螺栓 9: y9=0.152/2+0.161Xsin(0.547-1X0.2618)=0.121(m)Xsin(0.547+1 X 0.2618)=0.193(m)Xsin(0.547+3 X 0.2618)=0.232(m)Xsin(0.547+5Xsin(0.547+7Xsin(0.547+9X0.2618)=0.23(m)X0.2618)=0.187(m)X0.2618)=0.114(m)x s

22、in(0.547+11 x 0.2618)=0.031(m)X sin(0.547+13 X 0.2618)=-0.041(m)Xsin(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(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

23、：Mb=N3* Byi八2/y3其中：2 yiA2=0.2093(mA2)2yi=1.1466(m)受壓區(qū)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的力矩為：Mc= /(T c*(2*(RA2-rA2)A1/2)*(y-r)dy式中：° 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(duì)值：Nc= /(T c*(2*(RA2-rA2)A1/2)dy 又(T c/(T cmax=(y-r)/(R-r)根據(jù)法蘭的平衡條件：Mb+Mc=M , Nc=2Ni,求解得：N3=8.66(KN)s cmax=1.607(MPa)6.1 螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算(Nv

24、/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 ,那么單個(gè)螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值：Nc=0.014 X 0.02 X 400 X10A3=112(KN) , Nv=0.271(KN)<Nc ,滿足要求.6.2 法蘭盤確實(shí)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(zhǎng)度：a2=(0.422-0.152) 乂 sin(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

25、,查表,民=0.088 ,因此該區(qū)隔內(nèi)最大彎矩為：Mmax= a *(T cmax*a2A2=0.088.607 x 10.191A2=5.139(KNM) 法蘭盤的厚度：t=(6*Mmax/f)A1/2=6 x 5138.842/(215 x 10A6)A1/2=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 x 1/2=10.4(mm)<lt=20(mm),滿足要求. 6.3加勁肋確實(shí)定 由受壓區(qū)法蘭盤的分布

26、反力得到的剪力：Vi=aRi*lRi* .cmax=0.191 X 0.135 乂 1.607 乂 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),那么剪應(yīng)力為：r R=Vi/(hRi*tRi)=41428.4/(0.20 乂 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(jì)算長(zhǎng)度：lw=0.20(m),那么角焊縫的抗剪強(qiáng)度：r f=Vi/(2*0.7*he*lw)=41428.4/(2 乂 0.7 乂 0.01 乂 0.20)=1

27、4.449(MPa)<160(MPa),滿足要求.7柱腳強(qiáng)度驗(yàn)算7.1 受力情況地腳受到的外部荷載：鉛垂力：G= 丫0* 丫 G*G=1.0 X 0.9X12260.345=11034.311(N)水平力：F=7054.252(N)式中：丫 G-永久荷載分項(xiàng)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(zhǎng)度Xn偏心聞巨：e=M/G=44760.974/11034.311=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

28、螺栓數(shù)目n=8,總的有效面積：Ae=8 X 5.61=44.88(cm八2)受壓區(qū)的長(zhǎng)度 Xn根據(jù)下式試算求解：Xn八3+3*(e-L/2)*Xn八2-6*n*Ae*(e+L/2-Lt)*(L-Lt-Xn)=0XnA3+8.57*XnA2+0.995*Xn-1.154=0求解該方程,得最正確值：Xn=0.309(m)7.3 底板法蘭盤下的混凝土最大受壓應(yīng)力驗(yàn)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)/1.00乂 0.309 乂 (1.20-0.043)(Pa)-0.309/

29、=0.312(MPa)< Bc*fcc=(1.80 x 2.60/1.00 *1.20)八0.5 x11.90(MPa)=23.501(MPa),滿足要求！7.4 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-L/2+Xn/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(duì)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)=0.40 x (11.034

30、+37.156)=19.276(KN)>F=7.054(KN)7.6 柱腳法蘭盤厚度驗(yàn)算法蘭盤肋板數(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：民=0.087,因此,M1= a *.c*(a2)A2=0.087X 312125.075 x 0.313A2=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：民=0.121,因此,M2= a *.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)A0.5=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 10八6八0.5g)=8.6(mm)<20(mm),滿足要求.7.7 地腳螺栓支撐加