單懸臂式標(biāo)志牌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書

單懸臂式標(biāo)志牌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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=7.0(m)，高度h=3.5(m)，凈空H=5.65(m)標(biāo)志板材料：內(nèi)置照明。單位面積重量：19.999998(kg/m^2)1.2橫梁數(shù)據(jù)橫梁的總長度：8.28(m)，外徑：203(mm)，壁厚：10(mm)，橫梁數(shù)目：2，間距：2.5(m)1.3立柱數(shù)據(jù)立柱的總高度：9.48(m)，立柱外徑：377(mm)，立柱壁厚：12(mm)2計(jì)算簡圖見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*ρ*g=24.50×19.999998×9.80=4802.00(N)式中：A----標(biāo)志板面積ρ----標(biāo)志板單位面積重量g----重力加速度，取9.80(m/s^2)2)橫梁重量計(jì)算橫梁數(shù)目2，總長度為8.28(m)，使用材料：奧氏體不銹鋼無縫鋼管，單位長度重量：48.315(kg/m)橫梁總重量：Gh=L*ρ*g*n=8.28×48.315×9.80×2=7844.332(N)式中：L----橫梁的總長度ρ----橫梁單位長度重量g----重力加速度，取9.80(m/s^2)3)立柱重量計(jì)算立柱總長度為9.48(m)，使用材料：奧氏體不銹鋼無縫鋼管，單位長度重量：109.649(kg/m)立柱重量：Gp=L*ρ*g=9.48×109.649×9.80=10186.787(N)式中：L----立柱的總長度ρ----立柱單位長度重量g----重力加速度，取9.80(m/s^2)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×(4802.00+7844.332+10186.787)=25116.429(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=γ0*γQ*[(1/2*ρ*C*V^2)*A]=1.0×1.4×[(0.5×1.2258×1.2×22.00^2)×24.50]=12209.851(N)式中：γ0----結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0γQ----可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，取1.4ρ----空氣密度，一般取1.2258(N*S^2*m^-4)C----標(biāo)志板的風(fēng)力系數(shù)，取值1.20V----風(fēng)速，此處風(fēng)速為22.00(m/s^2)g----重力加速度，取9.80(m/s^2)2)橫梁所迎風(fēng)面所受風(fēng)荷載:Fwh=γ0*γQ*[(1/2*ρ*C*V^2)*W*H]=1.0×1.4×[(0.5×1.2258×0.80×22.00^2)×0.203×0.811]=54.732(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(biāo)志板遮擋部分3)立柱迎風(fēng)面所受風(fēng)荷載:Fwp=γ0*γQ*[(1/2*ρ*C*V^2)*W*H]=1.0×1.4×[(0.5×1.2258×0.80×22.00^2)×0.377×9.48]=1187.415(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)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=γ0*γG*Gb/n=1.0×1.2×4802.00/2=2881.20(N)式中：γ0----結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0γG----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:ω1=γ0*γG*Gh/(n*L)=1.0×1.2×7844.332/(2×8.28)=568.19(N)式中：L----橫梁的總長度(標(biāo)志牌風(fēng)荷載)水平荷載：Fwbh=Fwb/n=12209.851/2=6104.925(N)4.1強(qiáng)度驗(yàn)算橫梁根部由重力引起的剪力為:QG=G4+ω1*Lh=2881.20+568.19×7.71=7262.794(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=ΣGb*Lb+ω1*Lh^2/2=2401.00×4.311+568.19×7.71^2/2=27246.243(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=6104.925+54.732=6159.657(N)R----法蘭半徑，這里為0.211(m)r----橫梁截面半徑，這里為0.102(m)壓應(yīng)力合力絕對值：Nc=∫σc*(2*(R^2-r^2)^1/2)dy又σc/σcmax=(y-r)/(R-r)根據(jù)法蘭的平衡條件：Mb+Mc=M，Nc=ΣNi，求解得：N2=44.348(KN)σcmax=7.898(MPa)6.1螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算((Nv/[Nv])^2+(Nmax/[Nt])^2)^1/2=((1.19/122.24)^2+(44.348/85.83)^2)^1/2=0.517<1，滿足要求。懸臂法蘭盤的厚度是30mm，則單個螺栓的承壓承載力設(shè)計(jì)值：Nc=0.03×0.03×400×10^3=360(KN)，Nv=1.19(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=(0.422-0.203)×sin(PI/8)=0.084(m)固定邊長度：b2=(0.422-0.203)/2=0.109(m)b2/a2=0.109/0.084=1.307，查表，α=0.124，因此該區(qū)隔內(nèi)最大彎矩為：Mmax=α*σcmax*a2^2=0.124×7.898×0.084^2=6.886(KNM)法蘭盤的厚度：t=(6*Mmax/f)^1/2=[6×6886.391/(215×10^6)]^1/2=13.86(mm)<lt=30(mm)，滿足要求。受拉側(cè)法蘭需要的厚度：t={6*Nmax*Lai/[(D+2*Lai)*f]}^1/2={6×44348×0.059/[(0.03+2×0.059)×215×10^6]}^1/2=22.23(mm)<lt=30(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*σcmax=0.084×0.109×7.898×10^6(N)=72.484(KN)螺栓拉力產(chǎn)生的剪力為：V2=N2=44.348(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：τR=Vi/(hRi*tRi)=72483.8/(0.20×0.02)=18.121(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)算長度：lw=0.20(m)，則角焊縫的抗剪強(qiáng)度：τf=Vi/(2*0.7*he*lw)=72483.8/(2×0.7×0.01×0.20)=25.28(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=γ0*γG*G=1.0×0.9×25116.429=22604.786(N)水平力：F=13506.729(N)式中：γG----永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，此處取0.9合成彎矩：M=111076.465(N*m)扭矩：Mt=52687.185(N*m)7.2底板法蘭受壓區(qū)的長度Xn偏心距：e=M/G=111076.465/22604.786=4.914(m)法蘭盤幾何尺寸：L=1.20(m)；B=1.20(m)；Lt=0.05(m)地腳螺栓擬采用12M36規(guī)格，受拉側(cè)地腳螺栓數(shù)目n=1，總的有效面積：Ae=1×8.17=8.17(cm^2)受壓區(qū)的長度Xn根據(jù)下式試算求解：Xn^3+3*(e-L/2)*Xn^2-6*n*Ae*(e+L/2-Lt)*(L-Lt-Xn)=0Xn^3+11.142*Xn^2+0.022*Xn-0.026=0求解該方程，得最佳值：Xn=0.047(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：σc=2*G*(e+L/2-Lt)/[B*Xn*(L-Lt-Xn/3)]=2×22604.786×(4.914+1.20/2-0.05)/[1.20×0.047×(1.20-0.05-0.047/3)](Pa)=3.868(MPa)<βc*fcc=(1.80×1.80/1.20×1.20)^0.5×11.90(MPa)=17.85(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)=22604.786×(4.914-1.20/2+0.047/3)/(1.20-0.05-0.047/3)(N)=86.275(KN)<n*T0=1×160.70=160.70(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×(22.605+86.275)=43.552(KN)>F=13.507(KN)7.6柱腳法蘭盤厚度驗(yàn)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：α=0.087,因此，M1=α*σc*(a2)^2=0.087×3868385.49×0.313^2=33036.505(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：α=0.121,因此，M2=α*σc*(a2)^2=0.121×3868385.49×0.313^2=45835.62(N*m/m)取Mmax=max(M1,M2)=max(33036.505,45835.62)=45835.62(N*m/m)法蘭盤的厚度：t=(6*Mmax/fb1)^0.5=[6×45835.62/(210×10^6)]^0.5=36.2(mm)>30(mm),不滿足要求！受拉側(cè)法蘭盤的厚度：t={6*Na*Lai/[(D+Lai1+Lai)*fb1]}^0.5={6×86274.878×0.763/[(0.036+0.763+0.763)×210×10^6]}^0.5(m)=0.035(mm)>0.03(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=αri*Lri*σc=0.313×0.22×3868385.49(N)=266.081(KN)>Ta/n=86.275/1=86.275(KN),滿足要求。地腳螺栓支撐加勁肋的高度和厚度為：高度Hri=0.40(m),厚度Tri=0.02(m)剪應(yīng)力為：τ=Vi/(Hri*Tri)=266081.171/(0.40×0.02)=33.26(MPa)<fv=125.00(MPa),滿足要求。加勁肋與標(biāo)志立柱的豎向連接角焊縫尺寸Hf=0.013(mm),焊縫長度Lw=0.32(mm)角焊縫的抗剪強(qiáng)度：τ=Vi/(2*Hf*Lw)=266081.171/(2×0.013×0.32)=32.481(MPa)<160(MPa),滿足要求。8基礎(chǔ)驗(yàn)算上層基礎(chǔ)寬WF=1.80(m),高HF=2.40(m),長LF=1.80(m),下層基礎(chǔ)寬WF=2.20(m),高HF=0.30(m),長LF=2.20(m)基礎(chǔ)的砼單位重量24.0(KN/M^3),基底容許應(yīng)力290.0(KPa)8.1基底應(yīng)力驗(yàn)算基底所受的外荷載為：豎向荷載：N=Gf+G=221.472+25.116=246.588(KN)式中：Gf----基礎(chǔ)自重，Gf=24.0×9.228=221.472(KN)