单悬臂式标志牌结构设计计算书Word文档格式.docx

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见Dwg图纸

3荷载计算

3.1永久荷载

1）标志版重量计算

标志板重量：

Gb=A*ρ*g=24.50×

19.999998×

9.80=4802.00（N）

式中：

A----标志板面积

ρ----标志板单位面积重量

g----重力加速度，取9.80（m/s^2）

2）横梁重量计算

横梁数目2，总长度为8.28（m），使用材料：

奥氏体不锈钢无缝钢管，单位长度重量：

48.315（kg/m）

横梁总重量：

Gh=L*ρ*g*n=8.28×

48.315×

9.80×

2=7844.332（N）

L----横梁的总长度

ρ----横梁单位长度重量

3）立柱重量计算

立柱总长度为9.48（m），使用材料：

109.649（kg/m）

立柱重量：

Gp=L*ρ*g=9.48×

109.649×

9.80=10186.787（N）

L----立柱的总长度

ρ----立柱单位长度重量

4）上部结构总重量计算

由标志上部永久荷载计算系数1.10,则上部结构总重量:

G=K*（Gb+Gh+Gp）=1.10×

（4802.00+7844.332+10186.787）=25116.429（N）

3.2风荷载

1）标志板所受风荷载

标志板A所受风荷载:

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）

γ0----结构重要性系数，取1.0

γQ----可变荷载分项系数，取1.4

ρ----空气密度，一般取1.2258（N*S^2*m^-4）

C----标志板的风力系数，取值1.20

V----风速，此处风速为22.00（m/s^2）

2）横梁所迎风面所受风荷载:

Fwh=γ0*γQ*[（1/2*ρ*C*V^2）*W*H]=1.0×

0.80×

0.203×

0.811]=54.732（N）

C----立柱的风力系数，圆管型取值0.80

W----横梁迎风面宽度，即横梁的外径

H----横梁迎风面长度，应扣除被标志板遮挡部分

3）立柱迎风面所受风荷载:

Fwp=γ0*γQ*[（1/2*ρ*C*V^2）*W*H]=1.0×

0.377×

9.48]=1187.415（N）

C----立柱的风力系数，圆管型立柱取值0.80

W----立柱迎风面宽度，即立柱的外径

H----立柱迎风面高度

4横梁的设计计算

由于两根横梁材料、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。

单根横梁所受荷载为：

（标志牌重量）

竖直荷载:

G4=γ0*γG*Gb/n=1.0×

4802.00/2=2881.20（N）

γG----永久荷载（结构自重）分项系数，取1.2

n----横梁数目，这里为2

（横梁自重视为自己受到均布荷载）

均布荷载:

ω1=γ0*γG*Gh/（n*L）=1.0×

7844.332/（2×

8.28）=568.19（N）

（标志牌风荷载）

水平荷载：

Fwbh=Fwb/n=12209.851/2=6104.925（N）

4.1强度验算

横梁根部由重力引起的剪力为:

QG=G4+ω1*Lh=2881.20+568.19×

7.71=7262.794（N）

Lh----横梁端部到根部的距离,扣除与立柱连接部分的长度

由重力引起的弯矩:

MG=ΣGb*Lb+ω1*Lh^2/2

=2401.00×

4.311+568.19×

7.71^2/2

=27246.243（N*M）

Gb----每根横梁所承担的标志板重量

Lb----标志板形心到横梁根部的间距

横梁根部由风荷载引起的剪力:

Qw=Fwbh+Fwh=6104.925+54.732=6159.657（N）

Fwbh----单根横梁所承担的标志板所传来的风荷载

Fwh----单根横梁直接承受的风荷载

横梁根部由风荷载引起的弯矩:

Mw=ΣFwbi*Lwbi+ΣFwhi*Lwhi

=6104.925×

4.311+67.445×

0.312

=26343.593（N*M）

横梁规格为φ203×

10，截面面积A=6.063×

10^-3（m^2），截面惯性矩I=2.831×

10^-5（m^4），截面抗弯模量W=2.789×

10^-4（m^3）

横梁根部所受到的合成剪力为:

Qh=（QG^2+Qw^2）^1/2=（7262.794^2+6159.657^2）^1/2=9523.106（N）

合成弯矩:

Mh=（MG^2+Mw^2）^1/2=（27246.243^2+26343.593^2）^1/2=37899.111（N*M）

1）最大正应力验算

横梁根部的最大正应力为:

σmax=M/W=37899.111/（2.789×

10^-4）=135.894（MPa）<

[σd]=215（MPa），满足要求。

2）最大剪应力验算

横梁根部的最大剪应力为:

τmax=2*Q/A=2×

9523.106/（6.063×

10^-3）=3.141（MPa）<

[τd]=125（MPa），满足要求。

3）危险点应力验算

根据第四强度理论，σ、τ近似采用最大值即:

σ4=（σmax^2+3×

τmax^2）^1/2=（135.894^2+3×

3.141^2）^1/2=136.002（MPa）<

[σd]=215（MPa），满足要求。

4.2变形验算

横梁端部的垂直挠度：

fy=ΣGb*lb^2*（3*Lh-lb）/（γ0*γG*6*E*I）+ω1*Lh^4/（γ0*γG*8*E*I）

=2881.20×

4.311^2×

（3×

7.71-4.311）/（1.0×

6×

210.00×

10^9×

2.831×

10^-5）

+568.19×

7.71^4/（1.0×

8×

=58.764（mm）

Gb----标志板自重传递给单根横梁的荷载

lb----当前标志板形心到横梁根部的间距

水平挠度：

fx=ΣFwb*lb^2*（3Lh-lb）/（γ0*γG*6*E*I）+ω2*L2^3*（3Lh-l2）/（γ0*γG*6*E*I）

+67.445×

0.812^3×

7.71-0.812）/（1.0×

=49.928（mm）

合成挠度：

f=（fx^2+fy^2）^1/2=（49.928^2+58.764^2）^1/2=77.11（mm）

f/Lh=0.07711/7.71=0.01<

0.01，满足要求。

5立柱的设计计算

立柱根部受到两个方向的力和三个方向的力矩的作用，竖直方向的重力、水平方向的风荷载、横梁和标志板重力引起的弯矩、风荷载引起的弯矩、横梁和标志板风荷载引起的扭矩。

垂直荷载：

N=γ0*γG*G=1.00×

1.20×

25116.429=30139.715（N）

H=Fwb+Fwh+Fwp=12209.851+109.463+1187.415=13506.729（N）

立柱根部由永久荷载引起的弯矩：

MG=MGh*n=27246.243×

2=54492.487（N*M）

MGh----横梁由于重力而产生的弯矩

由风荷载引起的弯矩：

Mw=ΣFwb*Hb+ΣFwh*Hh+Fwp*Hp/2=90352.894+810.027+5628.349=96791.27（N*m）

合成弯矩

M=（MG^2+Mw^2）^1/2=（54492.487^2+96791.27^2）^1/2=111076.465（N*m）

由风荷载引起的扭矩：

Mt=n*Mwh=2×

26343.593=52687.185（N*m）

Mwh----横梁由于风荷载而产生的弯矩

立柱规格为φ377×

12，截面积为A=1.376×

10^-2（m^2），截面惯性矩为I=2.294×

10^-4（m^4），抗弯截面模量为W=1.217×

10^-3（m^3），截面回转半径i=0.129（m），极惯性矩为Ip=4.588×

10^-4（m^4）

立柱一端固定，另一端自由，长度因数μ=2。

作为受压直杆时，其柔度为：

λ=μ*Hp/i=2×

9.48/0.129=147，查表，得稳定系数φ=0.351

5.1强度验算

轴向荷载引起的压应力：

σc=N/A=30139.715/（1.376×

10^-2）（Pa）=2.19（MPa）

由弯矩引起的压应力：

σw=M/W=111076.465/（1.217×

10^-3）（Pa）=91.273（MPa）

组合应力:

σmax=σc+σw=2.19+91.273=93.464（MPa）

σc/（φ*σd）+σc/σd=2.19/（0.351×

215）+91.273/215=0.454<

1，满足要求。

水平荷载引起的剪力：

τHmax=2*H/A=2×

13506.729/（1.376×

10^-2）（Pa）=1.963（MPa）

由扭矩引起的剪力：

τtmax=Mt*D/（2*Ip）=52687.185×

0.377/（2×

4.588×

10^-4）（Pa）=21.647（MPa）

合成剪力：

τmax=τHmax+τtmax=1.963+21.647=23.61（MPa）<

[τd]=125.00（MPa），满足要求。

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=93.464（MPa）,τ=τmax=23.61（MPa）

根据第四强度理论:

σ4=（σ^2+3*τ^2）^1/2=（93.464^2+3×

23.61^2）^1/2=102.019（MPa）<

[σd]=215（MPa），满足要