单悬臂式标志牌结构设计方案计算书docWord文件下载.docx
《单悬臂式标志牌结构设计方案计算书docWord文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单悬臂式标志牌结构设计方案计算书docWord文件下载.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
3）立柱重量计算
立柱总长度为（m），使用材料：
立柱重量：
Gp=L*ρ*g=×
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,则上部结构总重量:
G=K*（Gb+Gh+Gp）=×
++=（N）
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]=×
[×
^2）×
]=（N）
γ0----结构重要性系数，取
γQ----可变荷载分项系数，取
ρ----空气密度，一般取（N*S^2*m^-4）
C----标志板的风力系数，取值
V----风速，此处风速为（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]=×
]=（N）
C----立柱的风力系数，圆管型取值
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]=×
C----立柱的风力系数，圆管型立柱取值
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=×
γG----永久荷载（结构自重）分项系数，取
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）=×
（2×
=（N）
（标志牌风荷载）
水平荷载：
Fwbh=Fwb/n=2=（N）
强度验算
横梁根部由重力引起的剪力为:
QG=G4+ω1*Lh=+×
=（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
=×
+×
^2/2
=（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=+=（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
=×
=（N*M）
横梁规格为φ203×
10，截面面积A=×
10^-3（m^2），截面惯性矩I=×
10^-5（m^4），截面
抗弯模量W=×
10^-4（m^3）
横梁根部所受到的合成剪力为:
Qh=（QG^2+Qw^2）^1/2=^2+^2）^1/2=（N）
合成弯矩:
Mh=（MG^2+Mw^2）^1/2=^2+^2）^1/2=（N*M）
1）最大正应力验算
横梁根部的最大正应力为:
σmax=M/W=×
10^-4）=（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×
10^-3）=（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=^2+3×
^2）^1/2=（MPa）<
[σd]=215（MPa），
满足要求。
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）
^2×
（3×
^4/×
8×
10^9×
10^-5）
=（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）
^3×
=（mm）
合成挠度：
f=（fx^2+fy^2）^1/2=^2+^2）^1/2=（mm）
f/Lh==<
，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=×
H=Fwb+Fwh+Fwp=++=（N）
立柱根部由永久荷载引起的弯矩：
MG=MGh*n=×
2=（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=++=（N*m）
合成弯矩
M=（MG^2+Mw^2）^1/2=^2+^2）^1/2=（N*m）
由风荷载引起的扭矩：
Mt=n*Mwh=2×
=（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=×
10^-2（m^2），截面惯性矩为I=×
10^-4（m^4），抗弯截面模量为W=×
10^-3（m^3），截面回转半径i=（m），极惯性矩为Ip=×
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×
=147，查表，得稳定系数φ=
1）最大正应力验算
轴向荷载引起的压应力：
σc=N/A=×
10^-2）（Pa）=（MPa）
由弯矩引起的压应力：
σw=M/W=×
10^-3）（Pa）=（MPa）
组合应力:
σmax=σc+σw=+=（MPa）
σc/（φ*σd）+σc/σd=×
215）+215=<
1，满足要求。
水平荷载引起的剪力：
τHmax=2*H/A=2×
10^-2）（Pa）=（MPa）
由扭矩引起的剪力：
τtmax=Mt*D/（2*Ip）=×
（2×
10^-4）（Pa）=（MPa）
合成剪力：
τmax=τHmax+τtmax=+=（MPa）<
[τd]=（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=（MPa）,τ=τmax=（MPa）
根据第四强度理论:
σ4=（σ^2+3*τ^2）^1/2=^2+3×
^2）^1/2=（MPa）<
[σd]=215（MPa），满足要
求。
立柱顶部的变形包括，风荷载引起的纵向挠度、标志牌和横梁自重引起的横向挠度、扭矩引起的转角产生的位移。
风荷载引起的纵向挠度：
fp=（Fwb1+Fwh1）*h1^2*（3*h-h1）/（γ0*γQ*6*E*I）+
Fwp1*h^3/（γ0*γQ*8*E*I）
=+×
^3/×
210×
10^9×
10^-4）
=（m）
fp/D==<
立柱顶部由扭矩标准值产生的扭转角为：
θ=Mt*h/（γ0*γQ*G*Ip）=×
79×
10^-4=（rad）
G----切变模量，这里为79（GPa）
该标志结构左上点处水平位移最大，由横梁水平位移、立柱水平位移及由于立柱扭转而使横梁产生的水平位移三部分组成。
该点总的水平位移为：
f=fx+fp+θ*l1=++×
该点距路面高度为（m）
f/h==>
，不满足要求！
由结构自重而产生的转角为：
θ=My*h1/（γ0*γG*E*I）=×
210×
10^-4）=（rad）
单根横梁由此引起的垂直位移为:
fy'
=θ*l1=×
横梁的垂直总位移为:
fh=fy+fy'
=+=（m）
该挠度可以作为设置横梁预拱度的依据。
6立柱和横梁的连接
连接螺栓采用六角螺栓
8M30，查表，每个螺栓受拉承载力设计值[Nt]=（KN）
，受剪承载
力设计值[Nv]=（KN）
螺栓群处所受的外力为：
合成剪力
Q=（KN），合成弯矩M=（KN*M）
每个螺栓所承受的剪力为：
Nv=Q/n=8=（KN）
以横梁外壁与M方向平行的切线为旋转轴，旋转轴与竖直方向的夹角：
α=atan（MG/Mw）=atan=（rad）=°
则各螺栓距旋转轴的距离分别为：
螺栓1：
y1=2+
sin1×
螺栓2：
y2=2+
sin+1
=（m）
螺栓3：
y3=2+
sin+3
螺栓4：
y4=2+
sin+5
螺栓5：
y5=2+
sin+7
螺栓6：
y6=2+
sin+9
螺栓7：
y7=2+
sin+11
螺栓8：
y8=2+
sin+13
螺栓2对旋转轴的距离最远，各螺栓拉力对旋转轴的力矩之和为：
Mb=N2*Σyi^2/y2
其中：
Σyi^2=（m^2）
Σyi=（m）
受压区对旋转轴产生的力矩为：
Mc=∫σc*（2*（R^2-r^2）^1/2）*（y-r）dy
σc----法兰受压区距中性轴y处压应力
R----法兰半径，这里为（m）
r----横梁截面半径，这里为（m）
压应力合力绝对值：
Nc=∫σc*（2*（R^2-r^2）^1/2）dy
又σc/σcmax=（y-r）/（R-r）
根据法兰的平衡条件：
Mb+Mc=M，Nc=ΣNi，求解得：
N2=（KN）
σcmax=（MPa）
螺栓强度验算
（（Nv/[Nv]）^2+（Nmax/[Nt]）^2）^1/2=（^2+^2）^1/2=<
悬臂法兰盘的厚度是30mm，则单个螺栓的承压承载力设计值：
Nc=×
400×
10^3=360（KN），Nv=（KN）<
Nc，满足要求。
法兰盘的确定
受压侧受力最大的法兰盘区隔为三边支撑板：
自由边长度：
a2=（m）
固定边长度：
b2=（m）
b2/a2==，查表，α=，因此该区隔内最大弯矩为：
Mmax=α*σcmax*a2^2=×
^2=（KNM）
法兰盘的厚度：
t=（6*Mmax/f）^1/2=[6×
（215×
10^6）]^1/2=（mm）<
lt=30（mm），满足要求。
受拉侧法兰需要的厚度：
t={6*Nmax*Lai/[（D+2*Lai）*f]}^1/2={6×
44348×
[+2×
215×
10^6]}^1/2=
（mm）<
加劲肋的确定
由受压区法兰盘的分布反力得到的剪力：
Vi=aRi*lRi*σcmax=×
10^6（N）=（KN）
螺栓拉力产生的剪力为：
V2=N2=（KN）
加劲肋的高度和厚度分别为：
hRi=（m）,tRi=（m），则剪应力为：
τR=Vi/（hRi*tRi）=×
=（MPa）
设加劲肋与横梁的竖向连接焊缝的焊脚尺寸hf=（m），焊缝计算长度：
lw=（m），则角焊缝
的抗剪强度：
τf=Vi/（2**he*lw）=（2×
=（MPa）<
160（MPa），满足要求。
7柱脚强度验算受力情况
地脚受到的外部荷载：
铅垂力：
G=γ0*γG*G=×
水平力：
F=（N）
γG----永久荷载分项系数，此处取合成弯矩：
M=（N*m）
扭矩：
Mt=（N*m）
底板法兰受压区的长度Xn
偏心距：
e=M/G==（m）
法兰盘几何尺寸：
L=（m）；
B=（m）；
Lt=（m）
地脚螺栓拟采用12M36规格，受拉侧地脚螺栓数目n=1，总的有效面积：
Ae=1×
=（cm^2）
受压区的长度Xn根据下式试算求解：
Xn^3+3*（e-L/2）*Xn^2-6*n*Ae*（e+L/2-Lt）*（L-Lt-Xn）=0Xn^3+*Xn^2+*Xn-=0
求解该方程，得最佳值：
Xn=（m）
底板法兰盘下的混凝土最大受压应力验算
混凝土最大受压应力：
σc=2*G*（e+L/2-Lt）/[B*Xn*（L-Lt-Xn/3）]
=2×
+2/[×
--3）]（Pa）
=（MPa）<
βc*fcc=×
/×
^×
（MPa）=（MPa），满足要求！
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）
-2+3）/--3）（N）
=（KN）<
n*T0=1×
=（KN），满足要求。
对水平剪力的校核
由法兰盘和混凝土的摩擦所产生的水平抗剪承载力为：
Vfb=k（G+Ta）=×
+=（KN）>
F=（KN）
柱脚法兰盘厚度验算
法兰盘肋板数目为8
对于三边支承板：
自由边长a2=（m），固定边长b2=（m）
b2/a2=，查表得：
α=,因此，
M1=α*σc*（a2）^2=×
^2=（N*m/m）
对于相邻支承板：
M2=α*σc*（a2）^2=×
取Mmax=max（M1,M2）=max,=（N*m/m）
t=（6*Mmax/fb1）^=[6×
（210×
10^6）]^=（mm）>
30（mm）,不满足要求！
受拉侧法兰盘的厚度：
t={6*Na*Lai/[（D+Lai1+Lai）*fb1]}^
={6×
/[++×
10^6]}^（m）=（mm）>
（mm）,不满足要求！
地脚螺栓支撑加劲肋
由混凝土的分布反力得到的剪力：
Vi=αri*Lri*σc=×
（N）=（KN）>
Ta/n=1=（KN）,满足要求。
地脚螺栓支撑加劲肋的高度和厚度为：
高度Hri=（m）,厚度Tri=（m）
剪应力为：
τ=Vi/（Hri*Tri）=×
fv=（MPa）,满足要求。
加劲肋与标志立柱的竖向连接角焊缝尺寸Hf=（mm）,焊缝长度Lw=（mm）
角焊缝的抗剪强度：
τ=Vi/（2*Hf*Lw）=（2×
160（MPa）,满足要求。
8基础验算
上层基础宽WF=（m）,高HF=（m）,长LF=（m）,下层基础宽WF=（m）,高HF=（m）,
长LF=（m）
基础的砼单位重量（KN/M^3）,基底容许应力（KPa）
基底应力验算
基底所受的外荷载为：
竖向荷载：
N=Gf+G=+=（KN）
Gf----基础自重，Gf=×
=（KN）
G----上部结构自重
H=（KN）
弯矩：
M=∑Fwbi（Hbi+Hf）+∑Fwpi（Hpi+Hf）=（KN*m）
1）则基底应力的最大值为：
σmax=N/A+M/W=+=（kPa）<
[σf]=（kPa）,满足要求。
W----基底截面的抗弯模量，W=b*H^2/6
2）基底应力的最小值为：
σmin=N/A-M/W==（KPa）<
0
基底出现了负应力，负应力的分布宽度为：
Lx=|σmin|*Lf/（|σmin|+σmax）=×
+=（m）<
Lf/4=4=（m），满足要求。
基础抗倾覆稳定性验算
K0=Lf/（2*e）=（2×
=>
满足要求。
e----基底偏心距,e=M/N==（m）
基础滑动稳定性验算
基础滑动稳定性系数：
Kc=η*N/F=×
升级会员 