交通标志结构计算书.docx

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交通标志结构计算书

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1设计资料

1.1板面数据

1）标志板A数据

板面形状：

矩形,宽度

W=3.3（m）,高度

h=2.2（m）,净空H=5.5（m）

标志板材料：

LF2-M铝.单位面积重量:

8.10（kg/mA2）

1.45（m）1.3立

91.874（kg/m）

2）附着板A数据

板面形状：

圆形,直径D=1.2（m）,净空H=6.0（m）

标志板材料：

LF2-M铝.单位面积重量：

8.10（kg/mA2）

1.2横梁数据

横梁的总长度：

5.48（m）,外径：

152（mm）,壁厚：

8（mm）,横梁数目：

2,间距:

柱数据

立柱的总高度：

8.2（m）,立柱外径：

377（mm）,立柱壁厚：

10（mm）2计算简图

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A重量：

G1=A*p*g=7.26X8.10X9.80=576.299（N）

附着板A重量：

G1=A*p*g=1.131X8.10X9.80=89.777（N）

式中：

A----标志板面积

p—标志板单位面积重量

g----重力加速度,取9.80（m/sA2）那么标志板总重量：

Gb=2Gi=666.075（N）

2）横梁重量计算

横梁数目2,总长度为5.48（m）,使用材料：

奥氏体不锈钢无缝钢管,单位长度重量:

28.839（kg/m）

横梁总重量：

Gh=L*p*g*n=5.48乂28.839乂9.80乂2=3096.698（N）

式中：

L----横梁的总长度

p----横梁单位长度重量

g----重力加速度,取9.80（m/sA2）

3）立柱重量计算

立柱总长度为8.20（m）,使用材料：

奥氏体不锈钢无缝钢管,单位长度重量：

立柱重量：

Gp=L*p*g=8.20X91.874X9.80=7382.995（N）

式中：

L----立柱的总长度

P—立柱单位长度重量

g----重力加速度,取9.80（m/sA2）

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,那么上部结构总重量：

G=K*（Gb+Gh+Gp）=1.10X（666.075+3096.698+7382.995）=12260.345（N）

3.2风荷载

1）标志板所受风荷载

标志板A:

Fwb1=丫0*丫Q*[（1/2*p*C*V八2）*A1]=1.0X1,4X[（0.5X1.2258X1.2X25.547八2）

X7,26]=4878.826（N）

附着板A:

Fwb2=丫0*丫Q*[（1/2*p*C*V八2）*A2]=1.0X1,4X[（0.5X1.2258X1,2X25.547八2）

X1,131]=760,031（N）

式中：

丫0----结构重要性系数,取1.0

YQ—可变何载分项系数,取1.4

P----空气密度,一般取1.2258（N*SA2*m'4）C-

—标志板的风力系数,取值1.20V—风速,止匕处风速为25.547（m/sA2）g----重力加速度,取9.80（m/s八2）2）横梁所迎风面所受风荷载：

Fwh=Y0*YQ**（1/2*P*C*VA2）*W*H+=1,0X1,4X*（0.5X1.2258X0.80X25.547八2）X0.152X1.711+=116,54

9（N）

式中：

C-一立柱的风力系数,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局部

3）立柱迎风面所受风荷载：

Fwp=Y0*YQ**（1/2*P*C*VA2）*W*H+=1.0X1,4X*（0.5X0,180.2258X25X.547八2）X0.377X7,00]=1182.29

8（N）

式中：

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,根据根本假设,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=丫0*丫G*Gb/n=1.0X1,2X576.299/2=345,779（N）

式中：

丫0----结构重要性系数,取1.0

Yg—永久荷载（结构自重）分项系数,取1.2n---

-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：

31=Y0*YG*Gh/（n*L）=1,0X1,2X3096.698/（2X5,48）=339,147（N）

式中：

L----横梁的总长度

（标志牌风荷载）

水平荷载：

Fwbh=Fwb/n=4878.826/2=2439.413（N）

4.1强度验算

横梁根部由重力引起的剪力为：

QG=G4+31*Lh=345.779+339.147X4.91=2022.502（N）

式中：

Lh----横梁端部到根部的距离,扣除与立柱连接局部的长度

由重力引起的弯矩：

MG=2Gb*Lb+31*LhA2/2

=5059.212（N*M）

式中：

Gb—每根横梁所承当的标志板重量

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=2439.413+116.549=2555.962（N）

式中：

Fwbh----单根横梁所承当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

=8299.824（N*M）

横梁规格为u152X8,截面面积A=3.619X10八-3g八2）,截面惯性矩1=9.41*10八-6g八4）,截面抗弯模量W=1.238*10八-4御八3）

横梁根部所受到的合成剪力为：

Qh=（QGA2+QwA2）A1/2=（2022.502A2+2555.962A2）A1/2=3252.55（N）

合成弯矩：

Mh=（MGA2+MwA2）A1/2=（5059.212A2+8299.824A2）A1/2=9720.221（N*M）

1）最大正应力验算

横梁根部的最大正应力为

（Tmax=M/W=9720.221/（1.238X10A-4）=78.508（MPa）<[°d]=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

rmax=2*Q/A=2X3252.55/（3.619X10A-3）=1.797（MPa）<[rd]=125（MPa）,满足

要求.

3）危险点应力验算

根据第四强度理论,r近似采用最大值即：

（t4=（（TmaxA2+3xrmaxA2）A1/2=（78.508A2+3x1.797A2）A1/2=78.57（MPa）<[o

d]=215（MPa）,满足要求.

4.2变形验算

横梁端部的垂直挠度：

fy=2Gb*lbA2*（3*Lh-lb）/（丫0*丫G*6*E*I）+3/（丫1*LhZ0*丫g*8*e*i）

=345.779乂3.362八2X（3X4.91-3.362）/（1.0X1.2x6X210.00乂10A9X9.41乂10八-6）

+339.147X4.91A4/（1.ox1.2X8X210.00X10A9X9.41x10A-6）

=13.527（mm）

式中：

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=2Fwb*lbA2*（3Lh-lb）/（丫0*丫G*6*E*I）+

=22.347（mm）

合成挠度:

£=伴2+£丫八2）八1/2=（22.347八2+13.527八2）八1/2=26.1223）

f/Lh=0.026122/4.91=0,0053<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=丫0*丫G*G=1.00X1.20X12260.345=14712.414（N）

水平荷载：

H=Fwb+Fwh+Fwp=5638.857+233.098+1182.298=7054.252（N）

立柱根部由永久荷载引起的弯矩：

MG=MGh*n=5059.212乂2=10118.424（N*M）

式中：

MGh----横梁由于重力而产生的弯矩

n----横梁数目,这里为2

由风荷载引起的弯矩：

Mw=2Fwb*Hb+2Fwh*Hh+Fwp*Hp/2=37216.454+1538.445+4847.421=

43602.32（N*m）合成弯矩

M=（MG八2+Mw八2）八1/2=（10118.424八2+43602.32八2）八1/2=44760.974（N*m）由风荷载引起的扭矩：

Mt=n*Mwh=2乂8299.824=16599.647（N*m）

式中：

Mwh——横梁由于风荷载而产生的弯矩

立柱规格为u377X10,截面积为A=1.153X10A-2（mA2）,截面惯性矩为1=1.943X

10A-4（mA4）,抗弯截面模量为W=1.031*10八-3g八3）,截面回转半径i=0.13（m）,极惯性矩为

Ip=3.885*10八-4旧八4）

立柱一端固定,另一端自由,长度因数以=2.作为受压直杆时,其柔度为：

X=^*Hp/i=2X8.20/0.13=126,查表,得稳定系数u=0.457

5.1强度验算

1）最大正应力验算轴向荷载引起的压应力：

（Tc=N/A=14712.414/（1.153xA10-2）（Pa）=1.276（MPa）由弯矩引起的压应力：

（Tw=M/W=44760.974/（1.031乂10A-3）（Pa）=43.434（MPa）

组合应力:

（Tmax=（rc+（Tw=1.276+43.434=44.71（MPa）

（Tc/（u*（rd）+（rc/（rd=1.276/（0.457X215）+43.434/215=0.215<1,满足要求.

2）最大剪应力验算水平荷载引起的剪力：

rHmax=2*H/A=2X7054./（1252.153x10A-2）（Pa）=1.224（MPa）由扭矩引起的剪力：

rtmax=Mt*D/（2*Ip）=16599.647/（2X0X.377.885乂-4）（Pa）=10A8.054（MPa）

合成剪力：

rmax=rHmax+rtmax=1.224+8.054=9.277（MPa）<[rd]=125.00（MPa）,满足要求.3）危险点应力验算

最大正应力位置点处,由扭矩产生的剪应力亦为最大,即

（T=（Tmax=44.71（MPa）,t-tmax=9.277（MPa）

根据第四强度理论：

（T4=（（TA2+3*〞2）八1/2=（44.71八2+3X9.277A2）A1/2=47.51（MPa）<[°d]=215（MPa）,满

足要求.

5.2变形验算

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）*h1A2*（3*h-h1）/（丫0*丫Q*6*E*I）+Fwp1*hA3/（丫0*丫Q*8*E*I）

（5638.857+233.098）X6.60八2X（3X8.20-6.60）/（1.00x1.40x6x210x10八9x1.943X10八-4）

+1182.298X8.20A3/（1.00x1.40X8X210x10八9x1.943x10八-4）=0.0149（m）fp/D=0.0149/8.20=0.002<0.01,满足要求.

立柱顶部由扭矩标准值产生的扭转角为：

e=Mt*h/（丫0*丫Q*G*Ip尸16599.647X8.20/（1.00X1.40）x79x10八9x-4=3.885X10A

0.0032（rad）式中：

G—一切变模量,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局部组成.该点总的水平位移为：

f=fx+fp+0*11=0.022+0.0149+0.0032X5.20=0.054（m）

该点距路面高度为7.70（m）

f/h=0.054/7.70=0.007<0.017,满足要求.

由结构自重而产生的转角为：

0=My*h1/（T0*TG*E*I）=10118.424x6.60/（1.00x1.20x210x叱9x-4）=1.943x10a

0.0014（rad）单根横梁由此引起的垂直位移为：

fy'=e1=*l0.0014X4.91=0.0067（m）

横梁的垂直总位移为：

fh=fy+fy'=0.014+0.0067=0.02（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12M14,查表,每个螺栓受拉承载力设计值[Nt]=17.59（KN）,受剪

承载力设计值[Nv]=25.06（KN）

螺栓群处所受的外力为：

合成剪力Q=3.253（KN）,合成弯矩M=9.72（KN*M）

每个螺栓所承受的剪力为：

Nv=Q/n=3.253/12=0.271（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：

5=atan（MG/Mw）=atan（5059.21/8299.82）=0.547（rad）=31.36°

那么各螺栓距旋转轴的距离分别为：

螺栓1:

y1=0.152/2+0.161

螺栓2:

y2=0.152/2+0.161

螺栓3:

y3=0.152/2+0.161

螺栓4:

y4=0.152/2+0.161

螺栓5:

y5=0.152/2+0.161

螺栓6:

y6=0.152/2+0.161

螺栓7:

y7=0.152/2+0.161

螺栓8:

y8=0.152/2+0.161

螺栓9:

y9=0.152/2+0.161

Xsin（0.547-1

X0.2618）=0.121（m）

Xsin（0.547+1X0.2618）=0.193（m）

Xsin（0.547+3X0.2618）=0.232（m）

Xsin（0.547+5

Xsin（0.547+7

Xsin（0.547+9

X0.2618）=0.23（m）

X0.2618）=0.187（m）

X0.2618）=0.114（m）

xsin（0.547+11x0.2618）=0.031（m）

Xsin（0.547+13X0.2618）=-0.041（m）

Xsin（0.547+15X0.2618）=-0.08（m）

螺栓10:

y10=0.152/2+0.161xsin（0.547+17x0.2618）=-0.078（m）

螺栓11:

y11=0.152/2+0.161xsin（0.547+19x0.2618）=-0.035（m）

螺栓12:

y12=0.152/2+0.161Xsin（0.547+21X0.2618）=0.038（m）

螺栓3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=N3*Byi八2/y3

其中：

2yiA2=0.2093（mA2）

2yi=1.1466（m）

受压区对旋转轴产生的力矩为：

Mc=/（Tc*（2*（RA2-rA2）A1/2）*（y-r）dy

式中：

°c----法兰受压区距中性轴y处压应力

R----法兰半径,这里为0.211（m）

r----横梁截面半径,这里为0.076（m）

压应力合力绝对值：

Nc=/（Tc*（2*（RA2-rA2）A1/2）dy又（Tc/（Tcmax=（y-r）/（R-r）

根据法兰的平衡条件：

Mb+Mc=M,Nc=2Ni,求解得：

N3=8.66（KN）

scmax=1.607（MPa）

6.1螺栓强度验算

（（Nv/[Nv]）A2+（Nmax/[Nt]）A2）A1/2=（（0.271/25.06）A2+（8.66/17.59）A2）A1/2=0.492<1,满足要求.

悬臂法兰盘的厚度是20mm,那么单个螺栓的承压承载力设计值：

Nc=0.014X0.02X400X10A3=112（KN）,Nv=0.271（KN）

6.2法兰盘确实定

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=（0.422-0.152）乂sin（PI/4）=0.191（m）

固定边长度：

b2=（0.422-0.152）/2=0.135（m）

b2/a2=0.135/0.191=0.707,查表,民=0.088,因此该区隔内最大弯矩为：

Mmax=a*（Tcmax*a2A2=0.088.607x10.191A2=5.139（KNM）法兰盘的厚度：

t=（6*Mmax/f）A1/2=[6x5138.842/（215x10A6）]A1/2=11.98（mm）

要求.

受拉侧法兰需要的厚度：

t={6*Nmax*Lai/[（D+2*Lai）*f]}A1/2={6X8660X0.085/[（0.02+210八6]}八x0.085）x215x1/2=10.4（mm）

Vi=aRi*lRi*.cmax=0.191X0.135乂1.607乂10A6（N）=41.428（KN）

螺栓拉力产生的剪力为：

V3=N3=8.66（KN）

加劲肋的高度和厚度分别为：

hRi=0.20（m）,tRi=0.02（m）,那么剪应力为：

rR=Vi/（hRi*tRi）=41428.4/（0.20乂0.02）=10.357（MPa）

设加劲肋与横梁的竖向连接焊缝的焊脚尺寸hf=0.01（m）,焊缝计算长度：

lw=0.20（m）,

那么角焊缝的抗剪强度：

rf=Vi/（2*0.7*he*lw）=41428.4/（2乂0.7乂0.01乂0.20）=14.449（MPa）<160（MPa）,

满足要求.

7柱脚强度验算

7.1受力情况

地脚受到的外部荷载：

铅垂力：

G=丫0*丫G*G=1.0X0.9X12260.345=11034.311（N）

水平力：

F=7054.252（N）

式中：

丫G----永久荷载分项系数,此处取0.9

合成弯矩：

M=44760.974（N*m）

扭矩：

Mt=16599.647（N*m）

7.2底板法兰受压区的长度Xn

偏心闻巨：

e=M/G=44760.974/11034.311=4.057（m）

法兰盘几何尺寸：

L=1.20（m）;B=1.00（m）;Lt=0.04（m）

地脚螺栓拟采用16M30规格,受拉侧地脚螺栓数目n=8,总的有效面积：

Ae=8X5.61=44.88（cm八2）

受压区的长度Xn根据下式试算求解：

Xn八3+3*（e-L/2）*Xn八2-6*n*Ae*（e+L/2-Lt）*（L-Lt-Xn）=0

XnA3+8.57*XnA2+0.995*Xn-1.154=0

求解该方程,得最正确值：

Xn=0.309（m）

7.3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：

（Tc=2*G*（e+L/2-Lt）/[B*Xn*（L-Lt-Xn/3）]

=2X11034.311X（4.057+21.-20/.04）/[1.00乂0.309乂（1.20-0.043）]（Pa）-0.309/

=0.312（MPa）

11.90（MPa）=23.501（MPa）,满足要求！

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）

=11034.311X（4.057-1.220/+0.309/3）/（1.20-0.04-0.309/3）（N）

=37.156（KN）

7.5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）=0.40x（11.034+37.156）=19.276（KN）>F=7.054（KN）

7.6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=0.313（m）,固定边长b2=0.22（m）

b2/a2=0.704,查表得：

民=0.087,因此,

M1=a*.c*（a2）A2=0.087X312125.075x0.313A2=2665.588（N*m/m）

对于相邻支承板：

自由边长a2=0.313（m）,固定边长b2=0.377（m）

b2/a2=1.207,查表得：

民=0.121,因此,

M2=a*.c*（a2）A2=0.121X312125.075x0.313A2=3698.299（N*m/m）

取Mmax=max（M1,M2）=max（2665.588,3698.299）=3698.299（N*m/m）

法兰盘的厚度：

t=（6*Mmax/fb1）A0.5=[6

x3698.299/（210x10A6）]A0.5（m）=10.3（mm）<20（mm）,

满足要求.

受拉侧法兰盘的厚度：

t={6*Na*Lai/[（D+Lai1+Lai）*fb1]}A0.5

={6X4644.452X0.783/[（0.03+0.583+0.783）X210X10八6]}八0.5g）=8.6（mm）<

20（mm）,满足要求.

7.7地脚螺栓支撑加劲肋

由混凝土的分布反力得到的剪力：

Vi=_ri*Lri*（rc=0.313X0.22X312125.075（N）=21.469（KN）>Ta/n=37.156/8=4.644（KN）,满足要求.

地脚螺栓支撑加劲肋的高度和厚度为：

高度Hri=0.40（m）,厚度Tri=0.02（m）

剪应力为：

r=Vi/（Hri*Tri）=21469.061/（0.40x0.02）=2.684（MPa）

加劲肋与标志立柱的竖向连接角焊缝尺寸Hf=0.013（mm）,焊缝长度Lw=0.32（mm）

角焊缝的抗剪强度：

r=Vi/（2*Hf*Lw）=21469.061/（2X0.013X0.32）