單懸臂式標(biāo)志結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)(共8頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 單懸臂式標(biāo)志結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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=5.0(m)，高度 h=3.0(m)，凈空 H=5.1(m) 標(biāo)志板材料：LF2-M鋁。單位面積重量：8.10(kg/m2) 1.2 橫梁數(shù)據(jù) 橫梁的總長(zhǎng)度：5.98(m)，外徑：168(mm)，壁厚：5(mm)，橫梁數(shù)目：2，間距：1.74(m) 1.3 立柱數(shù)據(jù) 立柱的總高度：7.85(m)，立柱外徑：325(mm)，立柱壁厚：10(mm)2 計(jì)算簡(jiǎn)圖 見(jiàn)Dwg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)志板重量：Gb=A*g=15.00×

2、;8.10×9.80=1190.70(N) 式中：A-標(biāo)志板面積 -標(biāo)志板單位面積重量 g-重力加速度，取9.80(m/s2) 2)橫梁重量計(jì)算 橫梁數(shù)目2，總長(zhǎng)度為5.98(m)，使用材料：奧氏體不銹鋼無(wú)縫鋼管，單位長(zhǎng)度重量：20.403(kg/m) 橫梁總重量：Gh=L*g*n=5.98×20.403×9.80×2=2390.795(N) 式中：L-橫梁的總長(zhǎng)度 -橫梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度重量 g-重力加速度，取9.80(m/s2) 3)立柱重量計(jì)算 立柱總長(zhǎng)度為7.85(m)，使用材料：奧氏體不銹鋼無(wú)縫鋼管，單位長(zhǎng)度重量：78.857(kg/m) 立柱重量：G

3、p=L*g=7.85×78.857×9.80=6066.532(N) 式中：L-立柱的總長(zhǎng)度 -立柱單位長(zhǎng)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(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)=1.10×(1190.70+2390.795+6066.532)=10612.83(N) 3.2 風(fēng)荷載 1)標(biāo)志板所受風(fēng)荷載 標(biāo)志板A所受風(fēng)荷載: Fwb=0*Q*(1/2*C*V2)*A=1.0×1.4×(0.5×1.2258×1.2×25.5472)

4、×15.00=10079.983(N) 式中：0-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0 Q-可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，取1.4 -空氣密度，一般取1.2258(N*S2*m-4) C-標(biāo)志板的風(fēng)力系數(shù)，取值1.20 V-風(fēng)速，此處風(fēng)速為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=0*Q*(1/2*C*V2)*W*H=1.0×1.4×(0.5×1.2258×0.90×25.5472)×0.168×0.625=52.878(N) 式中：C-立柱的風(fēng)力系數(shù)，圓管型取值0.90 W-

5、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)立柱所迎風(fēng)面所受風(fēng)荷載: Fwp=0*Q*(1/2*C*V2)*W*H=1.0×1.4×(0.5×1.2258×0.90×25.5472)×0.325×7.85=1285.844(N) 式中：C-立柱的風(fēng)力系數(shù)，圓管型立柱取值0.90 W-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)基本假設(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=0*G

6、*Gb/n=1.0×1.2×1190.70/2=714.42(N) 式中：0-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0 G-永久荷載(結(jié)構(gòu)自重)分項(xiàng)系數(shù)，取1.2 n-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:1=0*G*Gh/(n*L)=1.0×1.2×2390.795/(2×5.98)=239.939(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=10079.983/2=5039.991(N) 4.1 強(qiáng)度驗(yàn)算 橫梁根部由重力引起的剪力為: QG=G4+1*Lh = 714.42 + 239.939&

7、#215;5.52 = 2039.965(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=Gb*Lb+1*Lh2/2 = 1190.70×3.124 + 239.939×5.522/2 = 7381.828(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= 5039.991+52.878=5092.869(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= Fw

8、bi*Lwbi + Fwhi*Lwhi = 5039.991×3.124 + 66.637×0.231 = 15763.964(N*M) 橫梁規(guī)格為168×5，截面面積A=2.56×10-3(m2)，截面慣性矩I=8.511×10-6(m4)，截面抗彎模量I=1.013×10-4(m3) 橫梁根部所受到的合成剪力為:Qh= (QG2+Qw2)1/2= (2039.9652+5092.8692)1/2= 5486.234(N) 合成彎矩:Mh= (MG2+Mw2)1/2= (7381.8282+15763.9642)1/2= 17406

9、.721(N*M) 1)最大正應(yīng)力驗(yàn)算 橫梁根部的最大正應(yīng)力為: max= M/W= 17406.721/(1.013×10-4)= 171.789(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: max= 2*Q/A= 2×5486.234/(2.56×10-3)= 4.285(MPa) < d = 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，、近似采用最大值即: 4= (max2 + 3×max2)1/2= (171.7892 + 3×4.2852)1/2

10、= 171.949(MPa) < d= 215(MPa)，滿足要求。 4.2 變形驗(yàn)算 橫梁端部的垂直撓度： fy = Gb*lb2*(3*Lh-lb)/(0*G*6*E*I) + 1*Lh4/(0*G*8*E*I) = 714.42×3.1242×(3×5.52-3.124)/(1.0×1.2×6×210.00×109×8.511×10-6) + 239.939×5.524/(1.0×1.2×8×210.00×109×8.511×

11、;10-6) = 20.314(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： fx = Fwb*lb2*(3Lh-lb)/(0*G*6*E*I) + 2*L23*(3Lh-l2)/(0*G*6*E*I) = 5039.991×3.1242×(3×5.52-3.124)/(1.0×1.2×6×210.00×109×8.511×10-6) + 84.672×0.6253×(3×5.52-0.625)/(1.0×1.

12、2×6×210.00×109×8.511×10-6) = 51.445(mm) 合成撓度： f= (fx2 + fy2)1/2= (51.4452 + 20.3142)1/2= 55.31(mm) f/Lh = 0.05531/5.52= 0.01 > 0.01，不滿足要求！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= 0*G*G= 1.00×1.20×10612.83=

13、 12735.396(N) 水平荷載：H= Fwb+Fwh+Fwp= 10079.983+105.755+1285.844= 11471.582(N) 立柱根部由永久荷載引起的彎矩： MG= MGh*n= 7381.828×2= 14763.655(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= Fwb*Hb+Fwh*Hh+Fwp*Hp/2= 66528.893 + 697.995 + 5047.003= 72273.89(N*m) 合成彎矩 M= (MG2+Mw2)1/2= (14763.6552+72273.892)1/2=

14、73766.392(N*m) 由風(fēng)荷載引起的扭矩： Mt= n*Mwh= 2×15763.964= 31527.927(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325×10，截面積為A=9.896×10-3(m2)，截面慣性矩為I=1.229×10-4(m4)，抗彎截面模量為W=7.561×10-4(m3)，截面回轉(zhuǎn)半徑i=0.111(m)，極慣性矩為Ip=2.457×10-4(m4) 立柱一端固定，另一端自由，長(zhǎng)度因數(shù)=2。作為受壓直桿時(shí)，其柔度為： =*Hp/i= 2×7.85/0.111= 141

15、，查表，得穩(wěn)定系數(shù)=0.378 5.1 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： c= N/A= 12735.396/(9.896×10-3)(Pa)= 1.287(MPa) 由彎矩引起的壓應(yīng)力： w= M/W= 73766.392/(7.561×10-4)(Pa)= 97.562(MPa) 組合應(yīng)力:max= c+w= 1.287+97.562= 98.849(MPa) c/(*d)+c/d= 1.287/(0.378×215)+97.562/215= 0.47 < 1，滿足要求。 2)最大剪應(yīng)力驗(yàn)算 水平荷載引起的剪力： Hmax= 2*H/

16、A= 2×11471.582/(9.896×10-3)(Pa)= 2.318(MPa) 由扭矩引起的剪力： tmax= Mt*D/(2*Ip)= 31527.927×0.325/(2×2.457×10-4)(Pa)= 20.849(MPa) 合成剪力：max=Hmax+tmax= 2.318+20.849= 23.168(MPa) < 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 =max= 98.849(MPa), =max= 23.168(MPa) 根據(jù)第四強(qiáng)度理論:

17、 4= (2+3*2)1/2= (98.8492+3×23.1682)1/2= 106.684(MPa) < d= 215(MPa)，滿足要求。 5.2 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)*h12*(3*h-h1)/(0*Q*6*E*I) + Fwp1*h3/(0*Q*8*E*I) = (10079.983+105.755)×6.602×(3×7.85-6.60)/(1.00×1.40×6×

18、;210×109×1.229×10-4) + 1285.844×7.853/(1.00×1.40×8×210×109×1.229×10-4) = 0.0369(m) fp/D= 0.0369/7.85= 0.005 < 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： =Mt*h/(0*Q*G*Ip)= 31527.927×7.85/(1.00×1.40)×79×109×2.457×10-4= 0.0091(rad) 式

19、中：G-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)生的水平位移三部分組成。該點(diǎn)總的水平位移為： f= fx+fp+*l1= 0.051+0.0369+0.0091×5.787= 0.141(m) 該點(diǎn)距路面高度為8.10(m) f/h= 0.141/8.10= 0.017 > 1/60，不滿足要求！ 由結(jié)構(gòu)自重而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角為： =My*h1/(0*G*E*I)= 14763.655×6.60/(1.00×1.20×210×109×1.229×10

20、-4)= 0.0031(rad) 單根橫梁由此引起的垂直位移為: fy'=*l1= 0.0031×5.52= 0.0174(m) 橫梁的垂直總位移為: fh=fy+fy'= 0.02+0.0174= 0.038(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8M18，查表，每個(gè)螺栓受拉承載力設(shè)計(jì)值Nt=29.38(KN)，受剪承載力設(shè)計(jì)值Nv=41.84(KN) 螺栓群處所受的外力為：合成剪力Q=5.486(KN)，合成彎矩M=17.407(KN*M) 每個(gè)螺栓所承受的剪力為：Nv=Q/n= 5.486/8= 0.686(KN)

21、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： =atan(MG/Mw)= atan(7381.83/15763.96)= 0.438(rad)= 25.09° 則各螺栓距旋轉(zhuǎn)軸的距離分別為： 螺栓1：y1= 0.168/2 + 0.14×sin(0.438- 1×0.3927)= 0.09(m) 螺栓2：y2= 0.168/2 + 0.14×sin(0.438+ 1×0.3927)= 0.187(m) 螺栓3：y3= 0.168/2 + 0.14×sin(0.438+ 3×0.3927)= 0.224(m)

22、 螺栓4：y4= 0.168/2 + 0.14×sin(0.438+ 5×0.3927)= 0.178(m) 螺栓5：y5= 0.168/2 + 0.14×sin(0.438+ 7×0.3927)= 0.078(m) 螺栓6：y6= 0.168/2 + 0.14×sin(0.438+ 9×0.3927)= -0.019(m) 螺栓7：y7= 0.168/2 + 0.14×sin(0.438+ 11×0.3927)= -0.056(m) 螺栓8：y8= 0.168/2 + 0.14×sin(0.438+ 1

23、3×0.3927)= -0.01(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*yi2/y3 其中：yi2= 0.1312(m2) yi= 0.7576(m) 受壓區(qū)對(duì)旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的力矩為： Mc=c*(2*(R2-r2)1/2)*(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0.18(m) r-橫梁截面半徑，這里為0.084(m) 壓應(yīng)力合力絕對(duì)值： Nc=c*(2*(R2-r2)1/2)dy 又c/cmax = (y-r)/(R-r) 根據(jù)法蘭的平衡條件：Mb+Mc=M， Nc=Ni，求解得： N3=25.06(KN)

24、cmax=5.55(MPa) 6.1 螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算 (Nv/Nv)2 + (Nmax/Nt)2)1/2= (0.686/41.84)2 + (25.06/29.38)2)1/2= 0.853 < 1，滿足要求。 懸臂法蘭盤(pán)的厚度是18mm，則單個(gè)螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值： Nc= 0.018×0.018×400×103= 129.6(KN)， Nv=0.686(KN) < Nc，滿足要求。 6.2 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=(0.36-0.168)×sin(PI/4)= 0.136(m) 固定邊長(zhǎng)

25、度：b2=(0.36-0.168)/2= 0.096(m) b2/a2= 0.096/0.136= 0.707，查表，=0.088，因此該區(qū)隔內(nèi)最大彎矩為： Mmax = *cmax*a22= 0.088×5.55×0.1362= 8.972(KNM) 法蘭盤(pán)的厚度： t= (6*Mmax/f)1/2= 6×8972.209/(215×106)1/2= 15.82(mm) < lt= 18(mm)，滿足要求。 受拉側(cè)法蘭需要的厚度： t= 6*Nmax*Lai/(D+2*Lai)*f1/2= 6×25060×0.056/(0.0

26、18+2×0.056)×215×1061/2 = 17.36(mm) < lt= 18(mm)，滿足要求。 6.3 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= 0.136×0.096×5.55×106(N)= 72.332(KN) 螺栓拉力產(chǎn)生的剪力為：V3=N3= 25.06(KN) 加勁肋的高度和厚度分別為：hRi= 0.12(m), tRi= 0.012(m)，則剪應(yīng)力為： R= Vi/(hRi*tRi)= 72332.2/(0.12×0.012)= 50.231(MP

27、a) 設(shè)加勁肋與橫梁的豎向連接焊縫的焊腳尺寸 hf=0.006(m)，焊縫計(jì)算長(zhǎng)度：lw=0.12(m)，則角焊縫的抗剪強(qiáng)度： f= Vi/(2*0.7*he*lw)= 72332.2/(2×0.7×0.006×0.12)= 25.227(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= 0*G*G=1.0×0.9×10612.83 = 9551.547(N) 水平力：F=11471.582(N) 式中：G-永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，此處取0.9 合成彎矩：M=73766.392(N

28、*m) 扭矩：Mt= 31527.927(N*m) 7.2 底板法蘭受壓區(qū)的長(zhǎng)度Xn 偏心距：e= M/G= 73766.392/9551.547= 7.723(m) 法蘭盤(pán)幾何尺寸：L=0.60(m)；B=0.60(m)；Lt=0.04(m) 地腳螺栓擬采用8M30規(guī)格，受拉側(cè)地腳螺栓數(shù)目n=4，總的有效面積： Ae = 4×5.61 = 22.44(cm2) 受壓區(qū)的長(zhǎng)度Xn根據(jù)下式試算求解： Xn3 + 3*(e-L/2)*Xn2 - 6*n*Ae*(e+L/2-Lt)*(L-Lt-Xn) = 0 Xn3 + 21.369*Xn2 + 0.717*Xn - 0.401 = 0

29、求解該方程，得最佳值：Xn = 0.121(m) 7.3 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： c= 2 * G * (e + L/2 - Lt) / B * Xn * (L - Lt - Xn/3) = 2×9551.547×(7.723 + 0.60/2 -0.04) / 0.60×0.121×(0.60 - 0.04 - 0.121/3)(Pa) = 4.042(MPa) < c*fcc = (1.70×1.70 / 0.60×0.60)0.5×11.90(MPa)=33.717(MPa)，

30、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) = 9551.547×(7.723 - 0.60/2 + 0.121/3) / (0.60 - 0.04 - 0.121/3)(N) = 137.176(KN) < n*T0 = 4×85.83 = 343.32(KN)，滿足要求。 7.5 對(duì)水平剪力的校核 由法蘭盤(pán)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×(9.552+137.176)= 58.691(KN) > F

31、 = 11.472(KN) 7.6 柱腳法蘭盤(pán)厚度驗(yàn)算 法蘭盤(pán)勒板數(shù)目為8 對(duì)于三邊支承板： 自由邊長(zhǎng) a2 = 0.224(m)，固定邊長(zhǎng) b2 = 0.13(m) b2 / a2 = 0.581，查表得： = 0.072, 因此， M1 = *c*(a2)2 = 0.072×.282×0.2242 = 14647.309(N*m/m) 對(duì)于相鄰支承板： 自由邊長(zhǎng) a2 = 0.224(m)，固定邊長(zhǎng) b2 = 0.27(m) b2 / a2 = 1.207，查表得： = 0.121, 因此， M2 = *c*(a2)2 = 0.121×.282×0.

32、2242 = 24557.604(N*m/m) 取Mmax = max(M1, M2) = max(14647.309, 24557.604) = 24557.604(N*m/m) 法蘭盤(pán)的厚度： t = (6*Mmax/fb1)0.5 = 6×24557.604/(210×106)0.5 = 26.5(mm) > 20(mm), 不滿足要求！ 受拉側(cè)法蘭盤(pán)的厚度： t = 6 * Na * Lai / (D + Lai1 + Lai) * fb1 0.5 = 6×34293.914×0.235 / (0.03+0.235+0.235)×210×106 0.5(m) = 0.021(mm) > 0.02(mm), 不滿足要求！ 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 = ri * Lri * c = 0.224×0.13×.282(N) = 117.648(KN) > Ta/n= 137.176/4= 34.294(KN), 滿足要求。 地腳螺栓支撐加勁肋的高度和厚度為： 高度 Hri = 0.26(m), 厚度 Tri = 0.02(m) 剪應(yīng)力為：= V