门架设计优化.docx

1、门架设计优化广(州)深(圳)沿江高速公路大型可变情报板及标志门架结构设计计算书2008 年5 月10 日一、工程概况广州至深圳沿江高速公路位于珠江三角洲经济发达地区广州、东莞、深圳，沿狮子洋、伶仃洋东岸，本项目采用设计时速为100km/h 的高速公路标准，双向八车道，路幅宽41m ，桥梁长度占路线总长度90%以上。项目所在地区属南亚热带海洋季风气候区，气候温暖潮湿（年平均气温为2222.5,相对湿度7981%），雨量充沛（年平均降水量1700mm 以上）；常受热带风暴和台风袭击（年平均23 次，台风中心风力可达1112 级），为本地区主要灾害性天气。本设计即为上述广州至深圳沿江高速公路大型可变

2、情报板及标志门架结构，风荷载为门架结构的主要荷载之一，同时要特别注重门架结构的防腐蚀设计及施工。二、结构设计采用主要规范1建筑结构荷载规范GB 50009-2001；2钢结构设计规范GB 50017-2003；3建筑抗震设计规范GB 50011-2001；4建筑钢结构焊接技术规程JGJ 81-2002；5钢结构工程施工质量验收规范GB 50205-2001；6建筑结构制图标准GB/T 50105-2001；7.公路桥梁抗风设计规范JTG/T D60-01-2004; 8.道路交通标志和标线GB5768-1999。三、结构计算采用计算机软件韩国迈达斯技术有限公司，Midas/civil 7.2.

3、0四、结构计算基本参数1结构的设计使用年限取为50 年，结构的安全等级取为二级，结构重要性系数取为1.0；2钢材采用Q235-B，并符合GB/T 700-2006 的规定；焊条采用E4303 型，并符合GB/T 5117-1995 的规定；3设计基本风速根据公路桥梁抗风设计规范JTG/T D60-01-2004采用深圳市百年一遇设计基本风速即38.4m/s。4标志自重10kN，迎风面积根据道路交通标志和标线GB5768-1999当设计时速为100120km/h时，指示标志的最小高度为1.4m，设计时按2m高、与路面等宽度计；5大型可变情报板显示12 个（1m1m）汉字，情报板自重20kN，迎风

4、面积一组按2m高、宽度不小于12m设计 ； 6其他附属设施荷载：安装检修走道及栏杆自重0.80kN/m；安装检修走道活荷载1.00kN/m；7抗震设防烈度7 度，设计基本地震加速度值0.10g。五、计算简图门架为空间桁架结构，设计时采用Midas/civil建立空间杆系模型进行分析：134.0m宽标志牌和情报板门架模型221.0m标志牌和情报板门架模型六、荷载计算(一)风荷载计算风荷载基本风压W0和设计基准风压Wd计算如下： （a）设计基本风速Vl0=38.4m/s； （b）桥梁构件基准高度处（按30m考虑）的设计基准风速 Vd=K1Vl0= K1BVl0=Vl0=45.78m/s （c）静阵

5、风风速 Vg=GVVd=1.3545.7861.8m/s地表类别取为B 类。 （d）基本风压W0和设计基准风压Wd W0=0.51.2538.420.922kN/m2 Wd=0.51.2561.822.387kN/m21标志牌34m桁架（HJ1）风荷载计算桁架跨度34m，桁架高度(前后弦杆轴线间距)1.2m，节间距离1.7m20。迎风面积按2m 高、与路面等宽度计，风荷载由2 榀水平桁架承受，则每榀桁架每1 节点风荷载标准值为：W=(2.387kN/m22m1.7m2.1)/2=8.53kN；其中阻力系数CH=2.1。2标志牌21m 桁架（HJ3）风荷载计算桁架跨度21m，桁架高度(前后弦杆轴

6、线间距)1.5m，节间距离1.5m14。迎风面积按2m 高、与路面等宽度计，风荷载由2 榀水平桁架承受，则每榀桁架每1 节点风荷载标准值为：W=(2.38721.52.1)/2=7.52kN； 3情报板34m 桁架（HJ2 ）风荷载计算桁架跨度34m，桁架高度(前后弦杆轴线间距)1.5m，节间距离1.7m20。每组情报板迎风面积按2m高、13.6m宽考虑 ，并考虑安装2 组情报板，其风荷载由1 榀水平桁架（上侧水平桁架）承受；同时考虑桁架自身产生的风荷载。则桁架每1 节点风荷载标准值计算如下：(1)对于情报板，由风荷载产生的桁架节点水平荷载标准值为2.38721.72.1=17.06kN；竖向

7、荷载标准值为17.061.0/1.5=11.37kN；(2)对于桁架，由风荷载产生的桁架节点水平荷载标准值计算如下：桁架节间杆件面积A0.141.72+0.071.50.581m2实面积比为0.581/（1.71.5）=0.22kN；DVg=0.1461.88.656 m2/s,CH=1.2, CH=0.91.2=1.08桁架节点水平荷载标准值为(1.082.3870.581)/20.75kN 4情报板21m 桁架（HJ4 ）风荷载计算 桁架跨度21m，桁架高度(前后弦杆轴线间距)1.6m，节间距离1.5m14。情报板迎风面积按2m高、18.0m宽考虑，其风荷载由1 榀水平桁架（上侧水平桁架）

8、承受；同时考虑桁架自身产生的风荷载。则桁架每1 节点风荷载标准值计算如下：（1）对于情报板，由风荷载产生的桁架节点水平荷载标准值为2.38721.52.1=15.04kN；竖向荷载标准值为15.041.0/1.5=10.03kN；(2)对于桁架，由风荷载产生的桁架节点水平荷载标准值计算如下：桁架节间杆件面积A0.1521.52+0.071.6+0.0892.190.763m2实面积比为0.763/（1.61.6）=0.30；DVg=0.15261.89.396 m2/s,CH=1.2, CH=0.81.2=0.96桁架节点水平荷载标准值为(0.962.3870.763)/20.87kN5桁架立

9、柱（ZJ1）风荷载计算（1）ZJ1、ZJ2桁架节间杆件面积A0.2991.42+0.1022.05+0.1021.50.781m2实面积比为0.781/（1.41.5）=0.372；DVg=0.29961.818.486 m2/s,CH=1.1, CH=0.61.1=0.66桁架节点水平荷载标准值为(0.662.3870.781)/20.615kN（2）ZJ1-1、ZJ2-1桁架节间杆件面积A0.3771.42+0.1022.05+0.1021.51.418m2实面积比为1.418/（1.41.5）=0.675；DVg=0.37761.823.36 m2/s,CH=1.1, CH=0.451.

10、1=0.495桁架节点水平荷载标准值为(0.4952.3871.481)/20.875kN（3）ZJ36桁架节间杆件面积A0.3511.42+0.1022.05+0.1021.51.345m2实面积比为1.345/（1.41.5）=0.640；DVg=0.35161.821.696 m2/s,CH=1.1, CH=0.451.1=0.495桁架节点水平荷载标准值为(0.4952.3871.345)/20.795kN(二)竖向荷载(作用)计算标志自重10kN，情报板自重20kN，分别由1 榀竖向桁架承受；安装检修走道及栏杆自重0.80kN/m，安装检修走道活荷载0.50kN/m，分别由2 榀竖向

11、桁架承受；结构自重与地震作用由计算软件自动计入参与组合。 1.34m标志牌桁架（HJ1）竖向荷载计算 桁架跨度34m，桁架高度(上下弦杆轴线间距)1.5m，节间距离1.7m20。则桁架每1 节点竖向荷载标准值为：（1）恒荷载：G=10kN/20+(0.8kN/m1.7m)/2=1.18kN；（2）活荷载：Q=(1.0kN/m1.7m)/2=0.85kN; 2.标志21m 桁架（HJ3）竖向荷载计算桁架跨度21m，桁架高度(上下弦杆轴线间距)1.5m，节间距离1.5m14。则桁架每1 节点竖向荷载标准值为：（1）恒荷载：G=10kN/14+(0.8kN/m1.5m)/2=1.315kN；（2）活

12、荷载：Q=(1.0kN/m1.5m)/2=0.75kN; 3.情报板34m 桁架（HJ2）竖向荷载计算桁架跨度34m，桁架高度(上下弦杆轴线间距)1.5m，节间距离1.7m20。则桁架每1 节点竖向荷载标准值为：（1）恒荷载：G=20kN/20+(0.8kN/m1.7m)/2=1.68kN；（2）活荷载：Q=(1.0kN/m1.7m)/2=0.85kN; 4.情报板21m 桁架（HJ4）竖向荷载计算桁架跨度21m，桁架高度(上下弦杆轴线间距)1.2m，节间距离1.5m14。则桁架每1 节点竖向荷载标准值为：（1）恒荷载：G=20kN/14+(0.8kN/m1.5m)/2=2.029kN；（2）

13、活荷载：Q=(1.0kN/m1.5m)/2=0.75kN; 七、计算结果及效应组合1.桁架计算结果分析 荷载组合按建筑结构荷载规范GB 50009-2001进行组合，计算结果如下：（一）标志牌34m 桁架（HJ1）计算结果由上表可知，各杆件的组合应力比均小于1.0，满足强度要求；且最不利荷载工况下桁架x、y、z（竖向）方向上最大位移分别为18.0mm、35.6mm和4.5mm，均小于L/400=42.5mm，满足结构容许变形值要求。（二）标志牌21m 桁架（HJ3）计算结果由上表可知，各杆件的组合应力比均小于1.0，满足强度要求；且最不利荷载工况下桁架x、y、z（竖向）方向上最大位移分别为25

14、.0mm、65.0mm和11.1mm，均小于L/300=70mm，满足结构容许变形值要求。（三）情报板34m 桁架（HJ2）计算结果由上表可知，各杆件的组合应力比均小于1.0，满足强度要求；且最不利荷载工况下桁架x、y、z（竖向）方向上最大位移分别为17.8mm、31.6mm和12.6mm，均小于L/400=42.5mm，满足结构容许变形值要求。（四）情报板21m 桁架（HJ4）计算结果由上表可知，各杆件的组合应力比均小于1.0，满足强度要求；且最不利荷载工况下桁架x、y、z（竖向）方向上最大位移分别为14.5mm、44.1mm和17.3mm，均小于L/400=52.5mm，满足结构容许变形值

15、要求。2支架柱脚计算1. 标志牌桁架34m柱脚（1）底板厚度计算柱脚承受最大压力N=1738kN，对应弯矩为128kN.m。柱脚底板规格D797mm40mm，底板面积A=498892mm2 ；柱脚底板与基础之间的最大压应力设计值为：s= 6.06MPa 柱脚底板按悬臂板计算时其最小厚度的验算： （a）近似地柱脚底板承受的最大弯矩设计值近似的以最大应力作为均布应力值进行区格（三边支承）计算： =0.1106.061912=24318(N.mm/mm) （b）柱脚底板按设置加劲肋计算时其最小厚度为=(624318/205)1/2=26.7(mm) 柱脚底板厚度验算满足要求。 （2）支架柱脚螺栓（锚

16、栓）计算柱脚承受的最大拉力N=1625kN，对应弯矩为127kN.m；可见在最不利工况下所有螺栓都处于受拉状态，每1柱脚设置8 个M45 的锚栓，每个锚栓承受的拉力为：N1=1625kN/12=135.4kN182.84kN 。锚栓验算满足要求。2. 标志牌桁架21m柱脚（1）底板厚度计算柱脚承受最大压力N=1001kN，对应弯矩为50kN.m。柱脚底板规格D719mm40mm，底板面积A=406020mm2 ；柱脚底板与基础之间的最大压应力设计值为：s= 3.84MPa 柱脚底板按悬臂板计算时其最小厚度的验算： （a）近似地柱脚底板承受的最大弯矩设计值近似的以最大应力作为均布应力值进行区格（

17、三边支承）计算： =0.0853.842512=20540(N.mm/mm) （b）柱脚底板按设置加劲肋计算时其最小厚度为=(620540/205)1/2=24.5(mm) 柱脚底板厚度验算满足要求。 （2）支架柱脚螺栓（锚栓）计算柱脚承受的最大拉力N=933kN，对应弯矩为50kN.m；可见在最不利工况下所有螺栓都处于受拉状态，每1柱脚设置8 个M45 的锚栓，每个锚栓承受的拉力为：N1=933kN/8=116.6kN182.84kN 。锚栓验算满足要求。3. 情报板桁架34m柱脚（1）底板厚度计算柱脚承受最大压力N=1929kN，对应弯矩为127kN.m。柱脚底板规格D797mm40mm，

18、底板面积A=498892mm2 ；柱脚底板与基础之间的最大压应力设计值为：s= 6.42MPa 柱脚底板按悬臂板计算时其最小厚度的验算： （a）近似地柱脚底板承受的最大弯矩设计值近似的以最大应力作为均布应力值进行区格（三边支承）计算： =0.1106.421912=25763(N.mm/mm) （b）柱脚底板按设置加劲肋计算时其最小厚度为=(625763/205)1/2=27.5(mm) 柱脚底板厚度验算满足要求。 （2）支架柱脚螺栓（锚栓）计算柱脚承受的最大拉力N=1790kN，对应弯矩为126kN.m；可见在最不利工况下所有螺栓都处于受拉状态，每1柱脚设置8 个M45 的锚栓，每个锚栓承受

19、的拉力为：N1=1790kN/12=149.2kN182.84kN 。锚栓验算满足要求。2. 情报板桁架21m柱脚（1）底板厚度计算柱脚承受最大压力N=1330kN，对应弯矩为74kN.m。柱脚底板规格D771mm40mm，底板面积A=466873mm2 ；柱脚底板与基础之间的最大压应力设计值为：s= 4.49MPa 柱脚底板按悬臂板计算时其最小厚度的验算： （a）近似地柱脚底板承受的最大弯矩设计值近似的以最大应力作为均布应力值进行区格（三边支承）计算： =0.0854.492722=28236(N.mm/mm) （b）柱脚底板按设置加劲肋计算时其最小厚度为=(628236/205)1/2=2

20、8.7(mm) 柱脚底板厚度验算满足要求。 （2）支架柱脚螺栓（锚栓）计算柱脚承受的最大拉力N=1240kN，对应弯矩为73kN.m；可见在最不利工况下所有螺栓都处于受拉状态，每1柱脚设置8 个M45 的锚栓，每个锚栓承受的拉力为：N1=1240kN/8=155.0kN182.84kN 。锚栓验算满足要求。3立柱与桁架连接计算（仅计算标志牌34m宽桁架）桁架传递于支架顶面每1 处的水平荷载（风荷载）设计值为：Pw=189.2kN；桁架传递于支架顶面每1 处的竖向荷载设计值为：Pv=202.2N。支架顶面的（焊缝）连接计算如下：（1）支架顶板与桁架底板之间连接焊缝的计算：焊缝有效长度Lw=(749mm+160mm) 2=1818mm ，焊脚尺寸hf=10mm，焊缝的有效面积S=1818mm（10mm0.7）0.9=11453.4mm2。连接焊缝的验算为：21Mpa160Mpa（2）支架顶板与支架立柱之间连接焊缝的计算：焊缝有效长度Lw=377mm3.14=1183mm，焊脚尺寸hf=8mm，焊缝的有效面积S=1183mm（8mm0.7）=6625mm2。连接焊缝的验算为：38Mpa160Mpa八、结论从计算结果得知，门架结构安全可靠、满足使用功能要求。