交通標志結(jié)構(gòu)計算書

1、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 標志板材料：LF2-M鋁。2) 附著板A數(shù)據(jù) 板面形狀：圓形，直徑 標志板材料：1.2橫梁數(shù)據(jù) 橫梁的總長度：1.3立柱數(shù)據(jù) 立柱的總高度：2計算簡圖見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： 附著板A重量：W=3.3(m)，高度 單位面積重量：h=2.2(m)，凈空 H=5.5(m)8.10(kg/m2)LF2-M 鋁。D=1.2(m),凈空 單位面積重量：H=6.0(m)8.10(kg/m2)5.48(m)，外徑：152(mm)，壁厚：8(mm)，橫梁數(shù)目：2,間距：1.45(

2、m)8.2(m)，立柱外徑：377(mm)，立柱壁厚：10(mm)G1=A* p *g=7.26 X 8.10 X 9.80=576.299(N)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/s2)則標志板總重量：Gb=2 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=3096.698(N

3、)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/s2)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：91.874(kg/m)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/s2)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(fēng)荷載1

4、) 標志板所受風(fēng)荷載標志板 A: Fwb仁丫 0* 丫 Q*(1/2* p *C*VA2)*A1=1.0 X 1.4 X (0.5 X 1.2258 X 1.2 X 25.5472) X 7.26=4878.826(N)附著板 A: Fwb2= Y 0* Y Q*(1/2* p *C*V2)*A2=1.0 X 1.4 X (0.5 X 1.2258 X 1.2 X 25.5472) X 1.131=760.031(N)式中：丫 0-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0Y Q-可變荷載分項系數(shù)，取1.4p -空氣密度，一般取 1.2258(N*S2*m-4)C標志板的風(fēng)力系數(shù)，取值1.20V-風(fēng)速，此處風(fēng)速

5、為 25.547(m/s2)g-重力加速度，取 9.80(m/s2)2) 橫梁所迎風(fēng)面所受風(fēng)荷載：Fwh=Y 0* Y p *C*V2)*W*H=1.0 X 1.4 X (0.5 X 1.2258 X 0.80 X 25.5472) X 0.152 X 1.711=116.54 9(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)面長度，應(yīng)扣除被標志板遮擋部分3) 立柱迎風(fēng)面所受風(fēng)荷載：Fwp=Y 0* Y p *C*V2)*W*H=1.0 X 1.4 X (0.5 X).8C22X8?5>5472) X 0.377 X 7.00=1182.2

6、9 8(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 1.2X 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)=1.0 X 1.2 X 3096.698/(2 X 5.

7、48)=339.147(N)式中：L-橫梁的總長度(標志牌風(fēng)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+w 1*Lh = 345.779 + 339.147 X 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=£ Gb*Lb+ w 1*Lh唸=288.149 X 3.362 + 339.147X 4.91人2=5059.212(N*M)式中：Gb-每根橫梁所承擔的標志板重量Lb-標志板形心到橫梁根部的間距橫梁根部由風(fēng)荷載引

8、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(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=藝 Fwbi*Lwbi + 藝 Fwhi*Lwhi=2439.413 X 3.362 + 129.385 X 0.761=8299.824(N*M)橫梁規(guī)格為 0 152 X 8,截面面積 A=3.619X 10-3(m2),截面慣性矩 1=9.41 X 10-6(m4), 截面抗彎模量 W=1.238 X 10-4(m3)橫梁根部所受到的合成剪力為:Qh= (QG2+Qw2)1 /2

9、= (2011.5022+2555.9622)1 /2=3252.55(N)合成彎矩:Mh= (MG2+Mw2)1 /2= (5059.2122+8299.8242)1 /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：d max= M/W= 9720.221 /(1.238 X 10人-4)= 78.508(MPa) < d 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心3)= 1.797(MPa) < t d = 125(MPa),滿足要求。

10、3)危險點應(yīng)力驗算 根據(jù)第四強度理論， d、 T近似采用最大值即：d 4= (d max2 + 3 X t max2)1 /2= (78.5082 + 3 X 1.7972)1/2= 78.57(M Pa) < dd= 215(MPa)，滿足要求。4.2變形驗算橫梁端部的垂直撓度：fy =2 Gb*lb2*(3*-lb)/( 丫 0* 丫 G*6*E*I) +3 Y*D*4 G*8*E*I)=345.779 X 3.3622 X (3 X 4.91-3.362)/(1.0 X 1.2 X 6 X 210.00 X 10人9 X 9.41 X 10人-6) + 339.147 X 4.91

11、10 X 1.2 X 8 X 210.00 X 10人9 X 9.41 X 10-6)=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：2 Fwb2*(3Lh- lb)/(=2439.413 X 3.3622+ 68.097 X 1.7123=22.347(mm)合成撓度：f=(枚人2 + 孫2)人1 /2= (22.3472 + 13.5272)1 /2= 26.122(mm)Y 0* Y G*6*E*I) +X (3 X 4.91-3.362)/(1.0X (3 X 4.91-1.712)/(1.03 2*L223*(3LY 0*

12、 Y G*6*E*I)X 1.2 X 6 X 210.00 X 10人9 X 9.41 X 10-6)X 1.2 X 6 X 210.00 X 10人9 X 9.41 X 10人-6)fx =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(fēng) 荷載、橫梁和標志板重力引起的彎矩、風(fēng)荷載引起的彎矩、橫梁和標志板風(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

13、+Fw p= 5638.857+233.098+1182.298= 7054.252(N)立柱根部由永久荷載引起的彎矩：MG= MGh*n= 5059.212 X 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*H0= 37216.454+1538.445+ 4847.421 =43602.32(N*m)合成彎矩M= (MG2+Mw2)1 /2= (10118.424人2+43602.32人2)人1 /2=44760.974(N*m)由風(fēng)荷載引起的扭矩：Mt= n*Mwh=

14、 2 X 8299.824= 16599.647(N*m)A=1.153 X 10心2口人2)，截面慣性矩為1=1.943 X10人-3口人3)，截面回轉(zhuǎn)半徑i=0.13(m)，極慣性矩為式中：Mwh-橫梁由于風(fēng)荷載而產(chǎn)生的彎矩 立柱規(guī)格為 0 377 X 10 ,截面積為10-4(m4)，抗彎截面模量為 W=1.031 XIp=3.885 X 10A-4(mM)卩=2。作為受壓直桿時，其柔度為:立柱一端固定，另一端自由，長度因數(shù)入=卩 *Hp/i= 2 X 8.20/0.13= 126，查表，得穩(wěn)定系數(shù) 0 =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：b c= N/A

15、= 14712.41/(1.153 XA-2)(Pa)= 1.276(MPa)由彎矩引起的壓應(yīng)力：b w= M/W= 44760.974(1.031 X 13興Pa)= 43.434(MPa)組合應(yīng)力：b max= b c+b w= 1.276+43.434= 44.71(MPa)b c/( 0 * b d)+ b c/ b 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=!*H/A= 2 X 7054.25053 X 10人-2)(Pa)= 1.224(MPa)由扭矩引起的剪力：T

16、 tmax= Mt*D/(2*lp)= 16599.647/(X 0.377885 X-40Pa)= 8.054(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b = b max= 44.71(MPa), t = t max= 9.277(MPa)根據(jù)第四強度理論：b 4= ( b 人2+3* T 人2)人1/2= (44.712+3 X 9.2772)1 /2= 47.51(MPa) <215(

17、 MPa),滿足要求。5.2變形驗算立柱頂部的變形包括，風(fēng)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(fēng)荷載引起的縱向撓度：h1)/( Y 0* Y Q*6*E*I) + Fwp 1*扯* 0* Y Q*8*E*I)fp= (Fwb1+Fwh1)*h12*(3*h-(5638.857+233.098) X 6.602 X (3 X+ 1182.298 X 8.201300 =0.0149(m)fp/D= 0.0149/ 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：0 =Mt*h/( Y 0* Y Q*G*lp)=

18、16599.647 X 8.20/(1.000.0032(rad)式中：G-切變模量，這里為79(G Pa)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：8.20-6.60)/(1.00 X 1.40X 1.40 X 8 X 210 X 10人9 XX 6 X 210 X 10人9 X 1.943 X 10人-4)1.943 X 10心4)X 1.40) X 79 X 10人9 乂=3.885 X 10人X 5.20= 0.054(m)f= fx+fp+ 0 *l1= 0.022+0.0149+0.0032該點

19、距路面高度為 7.70(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( Y 0* Y G*E*I)=10118.424 X 6.60/(1.00 X 1.20 X 210 X 10人9 X41=943 X 10人0.0014(rad)單根橫梁由此引起的垂直位移為：fy'= 01= 0.0014 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

20、，每個螺栓受拉承載力設(shè)計值Nt=17.59(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：螺栓2：螺栓3：螺栓4：螺栓5：螺栓6：螺栓7：螺栓8:螺栓9：y1= 0.152/2 + 0.161 X sin

21、(0.547- 1 X 0.2618)= 0.121(m)y2= 0.152/2 + 0.161 X sin(0.547+ 1 X 0.2618)= 0.193(m)y3= 0.152/2 + 0.161 X sin(0.547+ 3X 0.2618)= 0.232(m)y4= 0.152/2 + 0.161 X sin(0.547+ 5X 0.2618)= 0.23(m)y5= 0.152/2 + 0.161 X sin(0.547+ 7X 0.2618)= 0.187(m)y6= 0.152/2 + 0.161 X sin(0.547+ 9X 0.2618)= 0.114(m)y7= 0.

22、152/2 + 0.161 X sin(0.547+ 11 X 0.2618)= 0.031(m)y8= 0.152/2 + 0.161 X sin(0.547+ 13 X 0.2618)= -0.041(m)y9= 0.152/2 + 0.161 X sin(0.547+ 15 X 0.2618)= -0.08(m)螺栓10：y10= 0.152/2+ 0.161 X sin(0.547+17X0.2618)= -0.078(m)螺栓11 ：y11= 0.152/2+ 0.161 X sin(0.547+19 X0.2618)= -0.035(m)螺栓12：y12= 0.152/2+ 0.1

23、61 X sin(0.547+21 X0.2618)= 0.038(m)螺栓3對旋轉(zhuǎn)軸的距離最遠，各螺栓拉力對旋轉(zhuǎn)軸的力矩之和為：Mb=N3*2 yiA2y3其中：2 yi2= 0.2093(m2)2 yi= 1.1466(m)受壓區(qū)對旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的力矩為：Mc= / d c*(2*(RA2-rA2)A1 /2)*(y-r)dy式中：d 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=/ d c*(2*(R2-r2)1 /2)dy又 d c/ d cmax = (y-r)/(R-r)根據(jù)法蘭的平衡條件：Mb+M

24、c=M , Nc=2 Ni，求解得：N3=8.66(KN)d cmax=1.607(MPa)6.1螺栓強度驗算(Nv/Nv)A2 + (Nmax/Nt)A2)A1 /2= (0.271/25.06)2 + (8.66/17.59)2)1/2= 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= 0.014X 0.02 X 400 X 10人3= 112(KN),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(P 1/4)=

25、0.191(m)固定邊長度：b2=(0.422-0.152)/2= 0.135(m)b2Za2= 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 * d cmax*a22= 0.088.60X 1 0.1912= 5.139(KNM)法蘭盤的厚度：t= (6*Mmax/f)1 /2= 6X 5138.842/(215 X 10人6)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= 6 X 8660 X 0.085/(0.02+2

26、 X 0.085) X 215 X 10人6人1 /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力：Vi= aRi*lRi* d cmax= 0.191 X 0.135 X 1.607 X 106(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./(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

27、(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) < 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= 丫 0* 丫 G*G=1.0X 0.9X 12260.345 = 11034.311(N)水平力：F=7054.252(N)式中：丫 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=

28、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)地腳螺栓數(shù)目n=8,總的有效面積：Ae = 8 X 5.61 = 44.88(cm2)受壓區(qū)的長度Xn根據(jù)下式試算求解：XnA3 + 3*(e-L/2)*X門人2 - 6*n*Ae*(e+L/ 2-Lt)*(L-Lt-Xn) = 0XnA3 + 8.57*X 門人2 + 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

29、受壓應(yīng)力：d c= 2 * G * (e + L/ - Lt) / B * Xn * (L - Lt - Xn/3)=2 X 11034.311 X (4.057 + 2.2II04)/ 1.00 X 0.309 X (1.20 - 0.04»<l0a(309/=0.312(MPa) <3 c*fcc =(1.80 X 2.60/1.00 X 1.20)人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 - L2 + Xn /3) / (L - Lt - Xn/3)=11034.311 X

30、 (4.057 - 12 +/0.309/3) / (1.20 - 0.04 - 0.309/ 3)(N)=37.156(KN) < n*T0 = 8X 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)= 0.40 X (11.034+37.156)= 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：b2 = 0.22(m)=0.087,因此，X 312125.075 X 0.313人2 = 2665.588(N*m/m)

31、自由邊長 a2 = 0.313(m)，固定邊長 b2 / a2 = 0.704,查表得：aM1 = a * d c*(a2)A2 = 0.087對于相鄰支承板：b2 = 0.377(m)=0.121,因此，X 312125.075 X 0.3132 = 3698.299(N*m/m)自由邊長 a2 = 0.313(m)，固定邊長b2 / a2 = 1.207，查表得：aM2= a * d c*(a2)A2 = 0.121取 Mmax = max(M1, M2) = max(2665.588, 3698.299) = 3698.299(N*m/m)法蘭盤的厚度：t = (6*MmaXfb1)A0.5 = 6 x 3698.299/(210 x 10人6)人0.5 (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 + Lail + Lai) * fb1人 0.5=6 x 4644.452 x 0.783(0.03+0.583+0.783) x 210 x 1060.5(m) = 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反力得到的剪力：Vi = a ri * Lri * d c = 0.313 x 0.22 x 312125.07