交通標志結構計算書

1、.交通標志結構計算書1 設計資料 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 w=3.3(m)，高度 h=2.2(m)，凈空 h=5.5(m) 標志板材料：lf2-m鋁。單位面積重量：8.10(kg/m2) 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) 橫梁的總長度：5.48(m)，外徑：152(mm)，壁厚：8(mm)，橫梁數(shù)目：2，間距：1.45(m) 1.3 立柱數(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 計算簡圖

2、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：g1=a*g=7.268.109.80=576.299(n) 附著板a重量：g1=a*g=1.1318.109.80=89.777(n) 式中：a-標志板面積 -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=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*g*n=5.4828.8399.802=3096.698(n) 式中：l-橫梁的總長度 -橫梁單位長度

3、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*g=8.2091.8749.80=7382.995(n) 式中：l-立柱的總長度 -立柱單位長度重量 g-重力加速度，取9.80(m/s2) 4)上部結構總重量計算 由標志上部永久荷載計算系數(shù)1.10,則上部結構總重量: g=k*(gb+gh+gp)=1.10(666.075+3096.698+7382.995)=12260.345(n)精品. 3.2 風荷載 1)標志板所受風荷載 標志板a：fwb1=0*q*(

4、1/2*c*v2)*a1=1.01.4(0.51.22581.225.5472)7.26=4878.826(n) 附著板a：fwb2=0*q*(1/2*c*v2)*a2=1.01.4(0.51.22581.225.5472)1.131=760.031(n) 式中：0-結構重要性系數(shù)，取1.0 q-可變荷載分項系數(shù)，取1.4 -空氣密度，一般取1.2258(n*s2*m-4) c-標志板的風力系數(shù)，取值1.20 v-風速，此處風速為25.547(m/s2) g-重力加速度，取9.80(m/s2) 2)橫梁所迎風面所受風荷載: fwh=0*q*(1/2*c*v2)*w*h=1.01.4(0.51.

5、22580.8025.5472)0.1521.711=116.549(n) 式中：c-立柱的風力系數(shù)，圓管型取值0.80 w-橫梁迎風面寬度，即橫梁的外徑 h-橫梁迎風面長度，應扣除被標志板遮擋部分 3)立柱迎風面所受風荷載: fwp=0*q*(1/2*c*v2)*w*h=1.01.4(0.51.22580.8025.5472)0.3777.00=1182.298(n) 式中：c-立柱的風力系數(shù)，圓管型立柱取值0.80 w-立柱迎風面寬度，即立柱的外徑 h-立柱迎風面高度4 橫梁的設計計算 由于兩根橫梁材料、規(guī)格相同，根據(jù)基本假設，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：

6、 (標志牌重量) 豎直荷載:g4=0*g*gb/n=1.01.2576.299/2=345.779(n) 式中：0-結構重要性系數(shù)，取1.0 g-永久荷載(結構自重)分項系數(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)=1.01.23096.698/(25.48)=339.147(n) 式中：l-橫梁的總長度 (標志牌風荷載) 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+1*lh = 345.779 + 339.1474.91 = 201

7、1.502(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精品. 由重力引起的彎矩: mg=gb*lb+1*lh2/2 = 288.1493.362 + 339.1474.912/2 = 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-單根橫梁所承擔的標志板所傳來的風荷載 fwh-單根橫梁直接承受的風荷載 橫梁根部由風荷載引起的彎矩: mw= fwbi*lwbi + fwhi*lwhi = 2

8、439.4133.362 + 129.3850.761 = 8299.824(n*m) 橫梁規(guī)格為1528，截面面積a=3.61910-3(m2)，截面慣性矩i=9.4110-6(m4)，截面抗彎模量w=1.23810-4(m3) 橫梁根部所受到的合成剪力為:qh= (qg2+qw2)1/2= (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)最大正應力驗算 橫梁根部的最大正應力為: max= m/w= 9720.221/(1.23810-4

9、)= 78.508(mpa) d = 215(mpa)，滿足要求。 2)最大剪應力驗算 橫梁根部的最大剪應力為: max= 2*q/a= 23252.55/(3.61910-3)= 1.797(mpa) d = 125(mpa)，滿足要求。 3)危險點應力驗算 根據(jù)第四強度理論，、近似采用最大值即: 4= (max2 + 3max2)1/2= (78.5082 + 31.7972)1/2= 78.57(mpa) d= 215(mpa)，滿足要求。 4.2 變形驗算 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)

10、= 345.7793.3622(34.91-3.362)/(1.01.26210.001099.4110-6) + 339.1474.914/(1.01.28210.001099.4110-6) = 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： fx = fwb*lb2*(3lh-lb)/(0*g*6*e*i) + 2*l23*(3lh-l2)/(0*g*6*e*i) = 2439.4133.3622(34.91-3.362)/(1.01.26210.001099.4110-6)精品. + 68.0971.7123(34.9

11、1-1.712)/(1.01.26210.001099.4110-6) = 22.347(mm) 合成撓度： f= (fx2 + fy2)1/2= (22.3472 + 13.5272)1/2= 26.122(mm) f/lh = 0.026122/4.91= 0.0053 0.01，滿足要求。5 立柱的設計計算 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、水平方向的風荷載、橫梁和標志板重力引起的彎矩、風荷載引起的彎矩、橫梁和標志板風荷載引起的扭矩。 垂直荷載：n= 0*g*g= 1.001.2012260.345= 14712.414(n) 水平荷載：h= fwb+fwh

12、+fwp= 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= 5059.2122= 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 由風荷載引起的彎矩： mw= fwb*hb+fwh*hh+fwp*hp/2= 37216.454 + 1538.445 + 4847.421= 43602.32(n*m) 合成彎矩 m= (mg2+mw2)1/2= (10118.4242+43602.322)1/2=44760.974(n*m) 由風荷載引起的扭矩： mt= n*mwh=

13、 28299.824= 16599.647(n*m) 式中：mwh-橫梁由于風荷載而產(chǎn)生的彎矩 立柱規(guī)格為37710，截面積為a=1.15310-2(m2)，截面慣性矩為i=1.94310-4(m4)，抗彎截面模量為w=1.03110-3(m3)，截面回轉(zhuǎn)半徑i=0.13(m)，極慣性矩為ip=3.88510-4(m4) 立柱一端固定，另一端自由，長度因數(shù)=2。作為受壓直桿時，其柔度為： =*hp/i= 28.20/0.13= 126，查表，得穩(wěn)定系數(shù)=0.457 5.1 強度驗算 1)最大正應力驗算 軸向荷載引起的壓應力： c= n/a= 14712.414/(1.15310-2)(pa)=

14、 1.276(mpa) 由彎矩引起的壓應力： w= m/w= 44760.974/(1.03110-3)(pa)= 43.434(mpa) 組合應力:max= c+w= 1.276+43.434= 44.71(mpa) c/(*d)+c/d= 1.276/(0.457215)+43.434/215= 0.215 1，滿足要求。 2)最大剪應力驗算 水平荷載引起的剪力： hmax= 2*h/a= 27054.252/(1.15310-2)(pa)= 1.224(mpa) 由扭矩引起的剪力： tmax= mt*d/(2*ip)= 16599.6470.377/(23.88510-4)(pa)= 8

15、.054(mpa)精品. 合成剪力：max=hmax+tmax= 1.224+8.054= 9.277(mpa) d= 125.00(mpa)，滿足要求。 3)危險點應力驗算 最大正應力位置點處，由扭矩產(chǎn)生的剪應力亦為最大，即 =max= 44.71(mpa), =max= 9.277(mpa) 根據(jù)第四強度理論: 4= (2+3*2)1/2= (44.712+39.2772)1/2= 47.51(mpa) d= 215(mpa)，滿足要求。 5.2 變形驗算 立柱頂部的變形包括，風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。 風荷載引起的縱向撓度： fp=

16、(fwb1+fwh1)*h12*(3*h-h1)/(0*q*6*e*i) + fwp1*h3/(0*q*8*e*i) = (5638.857+233.098)6.602(38.20-6.60)/(1.001.4062101091.94310-4) + 1182.2988.203/(1.001.4082101091.94310-4) = 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： =mt*h/(0*q*g*ip)= 16599.6478.20/(1.001.40)791093.88510-4= 0.0032(r

17、ad) 式中：g-切變模量，這里為79(gpa) 該標志結構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： f= fx+fp+*l1= 0.022+0.0149+0.00325.20= 0.054(m) 該點距路面高度為7.70(m) f/h= 0.054/7.70= 0.007 0.017，滿足要求。 由結構自重而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角為： =my*h1/(0*g*e*i)= 10118.4246.60/(1.001.202101091.94310-4)= 0.0014(rad) 單根橫梁由此引起的垂直位移為: fy=*l1= 0.

18、00144.91= 0.0067(m) 橫梁的垂直總位移為: fh=fy+fy= 0.014+0.0067= 0.02(m) 該撓度可以作為設置橫梁預拱度的依據(jù)。6 立柱和橫梁的連接 連接螺栓采用六角螺栓12m14，查表，每個螺栓受拉承載力設計值nt=17.59(kn)，受剪承載力設計值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： =atan(mg/mw)= atan(5059.21/

19、8299.82)= 0.547(rad)= 31.36精品. 則各螺栓距旋轉(zhuǎn)軸的距離分別為： 螺栓1：y1= 0.152/2 + 0.161sin(0.547- 10.2618)= 0.121(m) 螺栓2：y2= 0.152/2 + 0.161sin(0.547+ 10.2618)= 0.193(m) 螺栓3：y3= 0.152/2 + 0.161sin(0.547+ 30.2618)= 0.232(m) 螺栓4：y4= 0.152/2 + 0.161sin(0.547+ 50.2618)= 0.23(m) 螺栓5：y5= 0.152/2 + 0.161sin(0.547+ 70.2618)

20、= 0.187(m) 螺栓6：y6= 0.152/2 + 0.161sin(0.547+ 90.2618)= 0.114(m) 螺栓7：y7= 0.152/2 + 0.161sin(0.547+ 110.2618)= 0.031(m) 螺栓8：y8= 0.152/2 + 0.161sin(0.547+ 130.2618)= -0.041(m) 螺栓9：y9= 0.152/2 + 0.161sin(0.547+ 150.2618)= -0.08(m) 螺栓10：y10= 0.152/2 + 0.161sin(0.547+ 170.2618)= -0.078(m) 螺栓11：y11= 0.152/

21、2 + 0.161sin(0.547+ 190.2618)= -0.035(m) 螺栓12：y12= 0.152/2 + 0.161sin(0.547+ 210.2618)= 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*yi2/y3 其中：yi2= 0.2093(m2) yi= 1.1466(m) 受壓區(qū)對旋轉(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) 壓應力合力絕對值： nc=c*(2*(r2-r2

22、)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=8.66(kn) cmax=1.607(mpa) 6.1 螺栓強度驗算 (nv/nv)2 + (nmax/nt)2)1/2= (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計值： nc= 0.0140.02400103= 112(kn)， nv=0.271(kn) nc，滿足要求。 6.2 法蘭盤的確定 受壓側受力最大的法蘭盤區(qū)隔為三邊支撐板： 自由邊長度：a2=(

23、0.422-0.152)sin(pi/4)= 0.191(m) 固定邊長度：b2=(0.422-0.152)/2= 0.135(m) b2/a2= 0.135/0.191= 0.707，查表，=0.088，因此該區(qū)隔內(nèi)最大彎矩為： mmax = *cmax*a22= 0.0881.6070.1912= 5.139(knm) 法蘭盤的厚度： t= (6*mmax/f)1/2= 65138.842/(215106)1/2= 11.98(mm) lt= 20(mm)，滿足要求。 受拉側法蘭需要的厚度： t= 6*nmax*lai/(d+2*lai)*f1/2= 686600.085/(0.02+20

24、.085)精品.2151061/2 = 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*cmax= 0.1910.1351.607106(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)，則剪應力為： r= vi/(hri*tri)= 41428.4/(0.200.02)= 10.357(mpa) 設加勁肋與橫梁的豎向連接焊縫的焊腳尺寸 hf=0.01(m)，焊縫計算長度：lw=0.20(m)，

25、則角焊縫的抗剪強度： f= vi/(2*0.7*he*lw)= 41428.4/(20.70.010.20)= 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= 0*g*g=1.00.912260.345 = 11034.311(n) 水平力：f=7054.252(n) 式中：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= m/g= 44760.974/11034.311= 4.057(m) 法蘭盤

26、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，受拉側地腳螺栓數(shù)目n=8，總的有效面積： ae = 85.61 = 44.88(cm2) 受壓區(qū)的長度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 + 8.57*xn2 + 0.995*xn - 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力驗算 混凝土最大受壓應力： c= 2 * g * (e + l/2 - lt) / b * xn

27、* (l - lt - xn/3) = 211034.311(4.057 + 1.20/2 -0.04) / 1.000.309(1.20 - 0.04 - 0.309/3)(pa) = 0.312(mpa) c*fcc = (1.802.60 / 1.001.20)0.511.90(mpa)=23.501(mpa)，滿足要求！ 7.4 地腳螺栓強度驗算 受拉側地腳螺栓的總拉力： ta = g*(e - l/2 + xn/3) / (l - lt - xn/3) = 11034.311(4.057 - 1.20/2 + 0.309/3) / (1.20 - 0.04 - 0.309/3)(n)

28、 = 37.156(kn) f = 7.054(kn) 7.6 柱腳法蘭盤厚度驗算精品. 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： = 0.087, 因此， m1 = *c*(a2)2 = 0.087312125.0750.3132 = 2665.588(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： = 0.121, 因此， m2 = *c*(a2)2 = 0.121312125.0750.3132 = 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)0.5 = 63698.299/(210106)0.5 (m) = 10.3(mm) 20(mm), 滿足要求。 受拉側法蘭盤的厚度： t = 6 * na * lai / (d + lai1 + lai) * fb1 0.5 = 64644.4520.78