交通标志牌结构验算.docx

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交通标志牌结构验算

悬臂式标志牌结构设计计算书

1设计资料

1.1板面数据

板面高度：

H=2.00（m）

板面宽度：

W=8.00（m）

板面单位重量：

W1=13.26（kg/m^2）

1.2横梁数据

边长:

0.18（m）

横梁长度：

L=7.8（m）

横梁壁厚：

T=0.008（m）

横梁间距：

D1=1.0（m）

横梁单位重量：

W1=45.22（kg/m）

1.3立柱数据

边长:

0.35（m）

立柱高度：

L=7.40（m）

立柱壁厚：

T=0.014（m）

立柱单位重量：

W1=153.86（kg/m）

2荷载计算

2.1永久荷载

各计算式中系数1.1系考虑有关连接件及加劲肋等的重量而添加。

2.1.1板面重量计算

标志版单位重量为13.26（kg/m2）

标志版重量：

G1=13.26×16×9.8×1.1（N）=2.2871（KN）

2.1.2横梁重量计算

G2=2×45.22×7.8×9.8×1.1（N）=7.6046（KN）

2.1.3立柱重量计算

G3=153.86×7.8×9.8×1.1（N）=12.9372（KN）

2.1.4计算上部总重量

G=G1+G2+G3=22.8289（KN）

3风荷载计算

3.1标志版风力

F1=βz×μs×μz×ω0×（W×H）

=12.944（KN）

3.2立柱风力

F2=βz×μs×μz×ω0×（W×H）

=2.096（KN）

4横梁设计计算

说明：

由于单根横梁材料、规格相同，根据基本假设，可认为每根横梁所受的荷载为总荷载的一半。

对单根横梁所受荷载计算如下：

4.1荷载计算

竖直荷载G4=γ0×γG×G1/2=1.372（KN）

均布荷载ω1=γ0×γG×G2/（2×H）=0.585（KN/m）

水平荷载Fwb=F1/2=6.472（KN）

4.2强度验算

计算横梁跟部由重力引起的剪力

Qy1=G4+ω1×H=5.935（KN）

计算由重力引起的弯矩

My1=G4×（l2+l3）+ω1×l12/2=45.393（KN*m）

计算横梁跟部由风力引起的剪力

Qx1=F1=6.472（KN）

计算由风力引起的弯矩

Mx1=F1×（l2+l3）=30.0948（KN*m）

4.3横梁截面信息

横梁截面积A=5.504×10-3（m2）

横梁截面惯性矩I=2.72×10-5（m4）

横梁截面模量W=3.02×10-4（m3）

4.4计算横梁跟部所受的合成剪力和弯矩

合成剪力：

Q=（Qx12+Qy12）0.5=8.781（KN）

合成弯矩：

M=（Mx12+My12）0.5=54.463（KN*m）

4.5最大正应力验算

横梁根部的最大正应力为：

σ=M/W=170.939（MPa）<[σ]=215.000（MPa）,满足设计要求

横梁根部的最大剪应力为：

τ=2×Q/A=3.846（MPa）<[τ]=125.000（MPa）,满足设计要求

4.5变形验算

计算垂直绕度

fy=G4/（γ0×γG）×（l2+l3）2×（3×l1-l2-l3）/（6×E×I）+ω1/（γ0×γG）×l14/（8×E×I）

=0.0518（m）

计算水平绕度

fx=Fwb/（γ0×γQ）×（l3+l2）2×（3×l1-l2-l3）/（6×E×I）+ω2/（γ0×γQ）×l23/（6×E×I）

=0.0707（m）

计算合成绕度

f=（fx2+fy2）0.5=0.0877（m）

f/l1=0.0117>1/100,不满足设计要求。

5立柱设计计算

对立柱所受荷载计算如下：

5.1荷载计算

垂直荷载：

N=γ0×γG×G=18.729（KN）

水平荷载：

H=F1+F2+F3=17.148（KN）

水平弯矩：

MX=（F1+F2）×（L-H/2）+F3×L/2=123.722（KN*m）

立柱根部由永久荷载引起的弯矩为：

MY=2×My1=42.054（KN*m）

合成弯矩：

M=（MX2+MY2）0.5=130.674（KN*m）

风载引起的合成扭矩：

Mt=2×Mx1=68.964（KN*m）

5.2强度验算

立柱截面信息

立柱截面积：

A=9.269×10-3（m2）

立柱截面惯性矩：

I=9.594×10-5（m4）

立柱截面模量：

W=6.617×10-4（m3）

立柱截面回转半径模量：

R=（I/A）0.5=0.102（m）

立柱截面惯性矩模量：

Ip=2×I=1.92×10-4（m4）

最大正应力验算

轴向荷载引起的正应力：

σc=N/A=2.021（MPa）

弯矩引起的正应力：

σw=M/W=197.496（MPa）

组合应力：

σMax=σc+σw=199.516（MPa）

立柱根部的最大正应力为：

σ=M/W=197.496（MPa）<[σ]=215.000（MPa）,满足设计要求

最大剪应力验算

水平荷载引起的剪应力：

τHmax=2×H/A=3.70（MPa）

扭矩引起的剪应力：

τtMax=Mt×φ/（2×Ip）=56.428（MPa）

组合应力：

τMax=τHmax+τtmax=60.128（MPa）<[τ]=125.000（MPa）,满足设计要，

危险点处应力验算

最大正应力位置点处，由扭矩产生的剪应力亦为最大，即

σ=σMax=199.516（MPa），τ=τtMax=56.428（MPa）

根据第四强度理论的组合应力为：

σ4==（σ2+3×τ2）0.5=207.432（MPa）<[σ]=215.000（MPa）,满足设计要求

变形验算

由风荷载标准值引起的立柱顶部的水平位移：

fp=（F1+F2）×（L-H/2）2×（3×L-H）/（γ0×γQ×6×E×I）+F3×L3/（γ0×γQ×8×E×I）=0.1012（m）

立柱端部的相对水平位移为：

fp/L=0.0127>1/100,不满足设计要求

立柱顶部扭转角：

θ=Mt×h/（γ0×γQ×GIp）=2.79×10-2（rad）

标志结构最大总水平水平位移：

f=fx+fp+θ×l1=0.382（m）

标志结构最大相对水平位移为：

fp/L=0.0477>1/60,不满足设计要求

6立柱与横梁的连接计算

6.1螺栓强度验算

连接螺栓拟采用高强螺栓6M20,查表得：

单个螺栓受拉承载力设计值Ntb=124KN,受剪（单剪）承载力设计值Nvb=55.8KN：

合成剪力Q=9.438KN,合成弯距=40.388KN*m：

螺栓孔数目6：

每个螺栓所受的剪力Nv=1.573KN,

螺栓1:

y1=0.190（m）

螺栓2:

y2=0.190（m）

螺栓3:

y3=0.00（m）

螺栓4:

y4=0.00（m）

螺栓5:

y5=-0.190（m）

螺栓6:

y6=-0.190（m）

由各y值可见，y1距旋转轴的距离最远，其拉力Nmax＝Mb×y1/（∑yi2）=53.289KN

0.9nfμ（nP-1.25∑Nti）=0.9×1×0.4（6×155-1.25×53.289×2+1.25×53.289×2）=338.4KN>Q=9.438KN,满足设计要求

7柱脚强度验算

7.1受力情况

铅垂力G=γ0×γG×G=1.00×0.90×15.608=14.047（kN）

水平力F=17.148（kN）

合成弯距M=130.674（kN）

扭距M=68.964（kN）

7.2底板法兰盘受压区的长度Xn

偏心距e=M/G=130.674/14.047=9.303（m）

法兰盘几何尺寸：

L=0.800（m）;B=0.800（m）;Lt=0.120（m）

基础采用C25砼，n=Es/Ec=210000.00×106/28000.00×106=7.5

地脚螺栓拟采用8M30高强螺栓

受拉地脚螺栓的总面积：

Ae=3×5.606×e-4=16.818×10-4（m2）

受压区的长度Xn根据下式试算求解：

Xn3+3×（e-L/2）×Xn2–6×n×Ae×（e+L/2-Lt）×（L-Lt-Xn）=0

式中：

e=3.13（m）

L=0.80（m）

B=0.80（m）

n=7.5

Ae=16.82×10-4（m2）

Lt=0.12（m）

求解该方程，得Xn=0.1227（m）

7.3底板法兰盘下的混凝土最大受压应力

σc=2×G×（e+L/2-Lt）/（B×Xn×（L-Lt-Xn/3））

=5.351（MPa）<β×fcc=10.02（MPa）,满足设计要求。

7.4地脚螺栓强度验算

受拉侧地脚螺栓的总拉力

Ta=G×（e-L/2+Xn/3）/（L-Lt-Xn/3）

=248.562（KN）<3×124（KN）=372（KN）,满足设计要求。

7.5对水平剪力的校核

由法兰盘和混凝土的摩擦力产生的水平抗翦承载力为：

Vfb=0.4×（G+Ta）

=105.04（KN）>17.148（KN）,满足设计要求。

8基础验算

8.1基底数据

宽WF1=1.60m,高HF1=2.10m,长LF1=2.60m,

设基础的砼单位重量24.00（KN/M3）,基底容许应力290.00（KPa）

8.2基底荷载计算

基底所受的荷载为：

竖向总荷载：

N=G+γV=232.493（KN）

水平荷载H=15.04（KN）

风荷载引起的弯矩：

Mx=F1×（h1+Hf1）+F2×（h/2+Hf1）=123.475（KN.m）

永久荷载引起的弯矩My=45.393（KN.m）

8.3基底应力验算

基底应力的最大值为

σmax=N/A+Mx/Wx+My/Wy=165.303（kPa）<[δ]=290.00（kPa）,满足设计要求。

基底应力的最小值为

σmin=N/A-Mx/Wx-My/Wy=-71.733（kPa）<0,不满足设计要求。

8.4基底合力偏心距验算

e0/ρ=1-σmin/（N/A）=2.947>1,不满足设计要求。

8.5基础倾覆稳定性验算

ex=Mx/N=0.893

ey=My/N=0.238

e0=（ex2+ey2）0.5=0.924

抗倾覆稳定系数K0=y/e0=1.3>1.2,满足设计要求。

8.6基础滑动稳定性验算

Kc=260.78×0.30/4.70=3.09>1.2,满足设计要求。