交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)計算書

1、交通標(biāo)志結(jié)構(gòu)計算書1 設(shè)計資料 1.1 板面數(shù)據(jù) 1)標(biāo)志板A數(shù)據(jù) 板面形狀：矩形，寬度 W=3.3(m)，高度 h=2.2(m)，凈空 H=5.5(m) 標(biāo)志板材料：LF2-M鋁。單位面積重量：8.10(kg/m2) 2)附著板A數(shù)據(jù) 板面形狀：圓形，直徑 D=1.2(m)，凈空 H=6.0(m) 標(biāo)志板材料：LF2-M鋁。單位面積重量：8.10(kg/m2) 1.2 橫梁數(shù)據(jù) 橫梁的總長度：5.48(m)，外徑：152(mm)，壁厚：8(mm)，橫梁數(shù)目：2，間距：1.45(m) 1.3 立柱數(shù)據(jù) 立柱的總高度：8.2(m)，立柱外徑：377(mm)，立柱壁厚：10(mm)2 計算簡圖 見

2、Dwg圖紙3 荷載計算 3.1 永久荷載 1)標(biāo)志版重量計算 標(biāo)志板A重量：G1=A*g=7.26×8.10×9.80=576.299(N) 附著板A重量：G1=A*g=1.131×8.10×9.80=89.777(N) 式中：A-標(biāo)志板面積 -標(biāo)志板單位面積重量 g-重力加速度，取9.80(m/s2) 則標(biāo)志板總重量：Gb=Gi=666.075(N) 2)橫梁重量計算 橫梁數(shù)目2，總長度為5.48(m)，使用材料：奧氏體不銹鋼無縫鋼管，單位長度重量：28.839(kg/m) 橫梁總重量：Gh=L*g*n=5.48×28.839×9.

3、80×2=3096.698(N) 式中：L-橫梁的總長度 -橫梁單位長度重量 g-重力加速度，取9.80(m/s2) 3)立柱重量計算 立柱總長度為8.20(m)，使用材料：奧氏體不銹鋼無縫鋼管，單位長度重量：91.874(kg/m) 立柱重量：Gp=L*g=8.20×91.874×9.80=7382.995(N) 式中：L-立柱的總長度 -立柱單位長度重量 g-重力加速度，取9.80(m/s2) 4)上部結(jié)構(gòu)總重量計算 由標(biāo)志上部永久荷載計算系數(shù)1.10,則上部結(jié)構(gòu)總重量: G=K*(Gb+Gh+Gp)=1.10×(666.075+3096.698+7

4、382.995)=12260.345(N) 3.2 風(fēng)荷載 1)標(biāo)志板所受風(fēng)荷載 標(biāo)志板A：Fwb1=0*Q*(1/2*C*V2)*A1=1.0×1.4×(0.5×1.2258×1.2×25.5472)×7.26=4878.826(N) 附著板A：Fwb2=0*Q*(1/2*C*V2)*A2=1.0×1.4×(0.5×1.2258×1.2×25.5472)×1.131=760.031(N) 式中：0-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0 Q-可變荷載分項系數(shù)，取1.4 -空氣密度，一般取

5、1.2258(N*S2*m-4) C-標(biāo)志板的風(fēng)力系數(shù)，取值1.20 V-風(fēng)速，此處風(fēng)速為25.547(m/s2) g-重力加速度，取9.80(m/s2) 2)橫梁所迎風(fēng)面所受風(fēng)荷載: Fwh=0*Q*(1/2*C*V2)*W*H=1.0×1.4×(0.5×1.2258×0.80×25.5472)×0.152×1.711=116.549(N) 式中：C-立柱的風(fēng)力系數(shù)，圓管型取值0.80 W-橫梁迎風(fēng)面寬度，即橫梁的外徑 H-橫梁迎風(fēng)面長度，應(yīng)扣除被標(biāo)志板遮擋部分 3)立柱迎風(fēng)面所受風(fēng)荷載: Fwp=0*Q*(1/2*C*V

6、2)*W*H=1.0×1.4×(0.5×1.2258×0.80×25.5472)×0.377×7.00=1182.298(N) 式中：C-立柱的風(fēng)力系數(shù)，圓管型立柱取值0.80 W-立柱迎風(fēng)面寬度，即立柱的外徑 H-立柱迎風(fēng)面高度4 橫梁的設(shè)計計算 由于兩根橫梁材料、規(guī)格相同，根據(jù)基本假設(shè)，可認(rèn)為每根橫梁所受的荷載為總荷載的一半。 單根橫梁所受荷載為： (標(biāo)志牌重量) 豎直荷載:G4=0*G*Gb/n=1.0×1.2×576.299/2=345.779(N) 式中：0-結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0 G-永久荷

7、載(結(jié)構(gòu)自重)分項系數(shù)，取1.2 n-橫梁數(shù)目，這里為2 (橫梁自重視為自己受到均布荷載) 均布荷載:1=0*G*Gh/(n*L)=1.0×1.2×3096.698/(2×5.48)=339.147(N) 式中：L-橫梁的總長度 (標(biāo)志牌風(fēng)荷載) 水平荷載：Fwbh=Fwb/n=4878.826/2=2439.413(N) 4.1 強(qiáng)度驗算 橫梁根部由重力引起的剪力為: QG=G4+1*Lh = 345.779 + 339.147×4.91 = 2011.502(N) 式中：Lh-橫梁端部到根部的距離,扣除與立柱連接部分的長度 由重力引起的彎矩: MG=

8、Gb*Lb+1*Lh2/2 = 288.149×3.362 + 339.147×4.912/2 = 5059.212(N*M) 式中：Gb-每根橫梁所承擔(dān)的標(biāo)志板重量 Lb-標(biāo)志板形心到橫梁根部的間距 橫梁根部由風(fēng)荷載引起的剪力: Qw= Fwbh+Fwh= 2439.413+116.549=2555.962(N) 式中：Fwbh-單根橫梁所承擔(dān)的標(biāo)志板所傳來的風(fēng)荷載 Fwh-單根橫梁直接承受的風(fēng)荷載 橫梁根部由風(fēng)荷載引起的彎矩: Mw= Fwbi*Lwbi + Fwhi*Lwhi = 2439.413×3.362 + 129.385×0.761 = 8

9、299.824(N*M) 橫梁規(guī)格為152×8，截面面積A=3.619×10-3(m2)，截面慣性矩I=9.41×10-6(m4)，截面抗彎模量W=1.238×10-4(m3) 橫梁根部所受到的合成剪力為:Qh= (QG2+Qw2)1/2= (2011.5022+2555.9622)1/2= 3252.55(N) 合成彎矩:Mh= (MG2+Mw2)1/2= (5059.2122+8299.8242)1/2= 9720.221(N*M) 1)最大正應(yīng)力驗算 橫梁根部的最大正應(yīng)力為: max= M/W= 9720.221/(1.238×10-4)

10、= 78.508(MPa) < d = 215(MPa)，滿足要求。 2)最大剪應(yīng)力驗算 橫梁根部的最大剪應(yīng)力為: max= 2*Q/A= 2×3252.55/(3.619×10-3)= 1.797(MPa) < d = 125(MPa)，滿足要求。 3)危險點應(yīng)力驗算 根據(jù)第四強(qiáng)度理論，、近似采用最大值即: 4= (max2 + 3×max2)1/2= (78.5082 + 3×1.7972)1/2= 78.57(MPa) < d= 215(MPa)，滿足要求。 4.2 變形驗算 橫梁端部的垂直撓度： fy = Gb*lb2*(3*L

11、h-lb)/(0*G*6*E*I) + 1*Lh4/(0*G*8*E*I) = 345.779×3.3622×(3×4.91-3.362)/(1.0×1.2×6×210.00×109×9.41×10-6) + 339.147×4.914/(1.0×1.2×8×210.00×109×9.41×10-6) = 13.527(mm) 式中：Gb-標(biāo)志板自重傳遞給單根橫梁的荷載 lb-當(dāng)前標(biāo)志板形心到橫梁根部的間距 水平撓度： fx = Fwb

12、*lb2*(3Lh-lb)/(0*G*6*E*I) + 2*L23*(3Lh-l2)/(0*G*6*E*I) = 2439.413×3.3622×(3×4.91-3.362)/(1.0×1.2×6×210.00×109×9.41×10-6) + 68.097×1.7123×(3×4.91-1.712)/(1.0×1.2×6×210.00×109×9.41×10-6) = 22.347(mm) 合成撓度： f= (fx

13、2 + fy2)1/2= (22.3472 + 13.5272)1/2= 26.122(mm) f/Lh = 0.026122/4.91= 0.0053 < 0.01，滿足要求。5 立柱的設(shè)計計算 立柱根部受到兩個方向的力和三個方向的力矩的作用，豎直方向的重力、水平方向的風(fēng)荷載、橫梁和標(biāo)志板重力引起的彎矩、風(fēng)荷載引起的彎矩、橫梁和標(biāo)志板風(fēng)荷載引起的扭矩。 垂直荷載：N= 0*G*G= 1.00×1.20×12260.345= 14712.414(N) 水平荷載：H= Fwb+Fwh+Fwp= 5638.857+233.098+1182.298= 7054.252(N)

14、 立柱根部由永久荷載引起的彎矩： MG= MGh*n= 5059.212×2= 10118.424(N*M) 式中：MGh-橫梁由于重力而產(chǎn)生的彎矩 n-橫梁數(shù)目，這里為2 由風(fēng)荷載引起的彎矩： Mw= Fwb*Hb+Fwh*Hh+Fwp*Hp/2= 37216.454 + 1538.445 + 4847.421= 43602.32(N*m) 合成彎矩 M= (MG2+Mw2)1/2= (10118.4242+43602.322)1/2=44760.974(N*m) 由風(fēng)荷載引起的扭矩： Mt= n*Mwh= 2×8299.824= 16599.647(N*m) 式中：Mw

15、h-橫梁由于風(fēng)荷載而產(chǎn)生的彎矩 立柱規(guī)格為377×10，截面積為A=1.153×10-2(m2)，截面慣性矩為I=1.943×10-4(m4)，抗彎截面模量為W=1.031×10-3(m3)，截面回轉(zhuǎn)半徑i=0.13(m)，極慣性矩為Ip=3.885×10-4(m4) 立柱一端固定，另一端自由，長度因數(shù)=2。作為受壓直桿時，其柔度為： =*Hp/i= 2×8.20/0.13= 126，查表，得穩(wěn)定系數(shù)=0.457 5.1 強(qiáng)度驗算 1)最大正應(yīng)力驗算 軸向荷載引起的壓應(yīng)力： c= N/A= 14712.414/(1.153×

16、10-2)(Pa)= 1.276(MPa) 由彎矩引起的壓應(yīng)力： w= M/W= 44760.974/(1.031×10-3)(Pa)= 43.434(MPa) 組合應(yīng)力:max= c+w= 1.276+43.434= 44.71(MPa) c/(*d)+c/d= 1.276/(0.457×215)+43.434/215= 0.215 < 1，滿足要求。 2)最大剪應(yīng)力驗算 水平荷載引起的剪力： Hmax= 2*H/A= 2×7054.252/(1.153×10-2)(Pa)= 1.224(MPa) 由扭矩引起的剪力： tmax= Mt*D/(2*

17、Ip)= 16599.647×0.377/(2×3.885×10-4)(Pa)= 8.054(MPa) 合成剪力：max=Hmax+tmax= 1.224+8.054= 9.277(MPa) < d= 125.00(MPa)，滿足要求。 3)危險點應(yīng)力驗算 最大正應(yīng)力位置點處，由扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力亦為最大，即 =max= 44.71(MPa), =max= 9.277(MPa) 根據(jù)第四強(qiáng)度理論: 4= (2+3*2)1/2= (44.712+3×9.2772)1/2= 47.51(MPa) < d= 215(MPa)，滿足要求。 5.2 變形

18、驗算 立柱頂部的變形包括，風(fēng)荷載引起的縱向撓度、標(biāo)志牌和橫梁自重引起的橫向撓度、扭矩引起的轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的位移。 風(fēng)荷載引起的縱向撓度： fp= (Fwb1+Fwh1)*h12*(3*h-h1)/(0*Q*6*E*I) + Fwp1*h3/(0*Q*8*E*I) = (5638.857+233.098)×6.602×(3×8.20-6.60)/(1.00×1.40×6×210×109×1.943×10-4) + 1182.298×8.203/(1.00×1.40×8×21

19、0×109×1.943×10-4) = 0.0149(m) fp/D= 0.0149/8.20= 0.002 < 0.01，滿足要求。 立柱頂部由扭矩標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角為： =Mt*h/(0*Q*G*Ip)= 16599.647×8.20/(1.00×1.40)×79×109×3.885×10-4= 0.0032(rad) 式中：G-切變模量，這里為79(GPa) 該標(biāo)志結(jié)構(gòu)左上點處水平位移最大，由橫梁水平位移、立柱水平位移及由于立柱扭轉(zhuǎn)而使橫梁產(chǎn)生的水平位移三部分組成。該點總的水平位移為： f=

20、fx+fp+*l1= 0.022+0.0149+0.0032×5.20= 0.054(m) 該點距路面高度為7.70(m) f/h= 0.054/7.70= 0.007 < 0.017，滿足要求。 由結(jié)構(gòu)自重而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角為： =My*h1/(0*G*E*I)= 10118.424×6.60/(1.00×1.20×210×109×1.943×10-4)= 0.0014(rad) 單根橫梁由此引起的垂直位移為: fy'=*l1= 0.0014×4.91= 0.0067(m) 橫梁的垂直總位移為: fh=f

21、y+fy'= 0.014+0.0067= 0.02(m) 該撓度可以作為設(shè)置橫梁預(yù)拱度的依據(jù)。6 立柱和橫梁的連接 連接螺栓采用六角螺栓12M14，查表，每個螺栓受拉承載力設(shè)計值Nt=17.59(KN)，受剪承載力設(shè)計值Nv=25.06(KN) 螺栓群處所受的外力為：合成剪力Q=3.253(KN)，合成彎矩M=9.72(KN*M) 每個螺栓所承受的剪力為：Nv=Q/n= 3.253/12= 0.271(KN) 以橫梁外壁與M方向平行的切線為旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸與豎直方向的夾角： =atan(MG/Mw)= atan(5059.21/8299.82)= 0.547(rad)= 31.36

22、76; 則各螺栓距旋轉(zhuǎn)軸的距離分別為： 螺栓1：y1= 0.152/2 + 0.161×sin(0.547- 1×0.2618)= 0.121(m) 螺栓2：y2= 0.152/2 + 0.161×sin(0.547+ 1×0.2618)= 0.193(m) 螺栓3：y3= 0.152/2 + 0.161×sin(0.547+ 3×0.2618)= 0.232(m) 螺栓4：y4= 0.152/2 + 0.161×sin(0.547+ 5×0.2618)= 0.23(m) 螺栓5：y5= 0.152/2 + 0.1

23、61×sin(0.547+ 7×0.2618)= 0.187(m) 螺栓6：y6= 0.152/2 + 0.161×sin(0.547+ 9×0.2618)= 0.114(m) 螺栓7：y7= 0.152/2 + 0.161×sin(0.547+ 11×0.2618)= 0.031(m) 螺栓8：y8= 0.152/2 + 0.161×sin(0.547+ 13×0.2618)= -0.041(m) 螺栓9：y9= 0.152/2 + 0.161×sin(0.547+ 15×0.2618)= -

24、0.08(m) 螺栓10：y10= 0.152/2 + 0.161×sin(0.547+ 17×0.2618)= -0.078(m) 螺栓11：y11= 0.152/2 + 0.161×sin(0.547+ 19×0.2618)= -0.035(m) 螺栓12：y12= 0.152/2 + 0.161×sin(0.547+ 21×0.2618)= 0.038(m) 螺栓3對旋轉(zhuǎn)軸的距離最遠(yuǎn)，各螺栓拉力對旋轉(zhuǎn)軸的力矩之和為： Mb=N3*yi2/y3 其中：yi2= 0.2093(m2) yi= 1.1466(m) 受壓區(qū)對旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的

25、力矩為： Mc=c*(2*(R2-r2)1/2)*(y-r)dy 式中：c-法蘭受壓區(qū)距中性軸y處壓應(yīng)力 R-法蘭半徑，這里為0.211(m) r-橫梁截面半徑，這里為0.076(m) 壓應(yīng)力合力絕對值： Nc=c*(2*(R2-r2)1/2)dy 又c/cmax = (y-r)/(R-r) 根據(jù)法蘭的平衡條件：Mb+Mc=M， Nc=Ni，求解得： N3=8.66(KN) cmax=1.607(MPa) 6.1 螺栓強(qiáng)度驗算 (Nv/Nv)2 + (Nmax/Nt)2)1/2= (0.271/25.06)2 + (8.66/17.59)2)1/2= 0.492 < 1，滿足要求。 懸臂

26、法蘭盤的厚度是20mm，則單個螺栓的承壓承載力設(shè)計值： Nc= 0.014×0.02×400×103= 112(KN)， Nv=0.271(KN) < Nc，滿足要求。 6.2 法蘭盤的確定 受壓側(cè)受力最大的法蘭盤區(qū)隔為三邊支撐板： 自由邊長度：a2=(0.422-0.152)×sin(PI/4)= 0.191(m) 固定邊長度：b2=(0.422-0.152)/2= 0.135(m) b2/a2= 0.135/0.191= 0.707，查表，=0.088，因此該區(qū)隔內(nèi)最大彎矩為： Mmax = *cmax*a22= 0.088×1.60

27、7×0.1912= 5.139(KNM) 法蘭盤的厚度： t= (6*Mmax/f)1/2= 6×5138.842/(215×106)1/2= 11.98(mm) < lt= 20(mm)，滿足要求。 受拉側(cè)法蘭需要的厚度： t= 6*Nmax*Lai/(D+2*Lai)*f1/2= 6×8660×0.085/(0.02+2×0.085)×215×1061/2 = 10.4(mm) < lt= 20(mm)，滿足要求。 6.3 加勁肋的確定 由受壓區(qū)法蘭盤的分布反力得到的剪力： Vi= aRi*lRi*

28、cmax= 0.191×0.135×1.607×106(N)= 41.428(KN) 螺栓拉力產(chǎn)生的剪力為：V3=N3= 8.66(KN) 加勁肋的高度和厚度分別為：hRi= 0.20(m), tRi= 0.02(m)，則剪應(yīng)力為： R= Vi/(hRi*tRi)= 41428.4/(0.20×0.02)= 10.357(MPa) 設(shè)加勁肋與橫梁的豎向連接焊縫的焊腳尺寸 hf=0.01(m)，焊縫計算長度：lw=0.20(m)，則角焊縫的抗剪強(qiáng)度： f= Vi/(2*0.7*he*lw)= 41428.4/(2×0.7×0.01

29、15;0.20)= 14.449(MPa) < 160(MPa)，滿足要求。7 柱腳強(qiáng)度驗算 7.1 受力情況 地腳受到的外部荷載： 鉛垂力：G= 0*G*G=1.0×0.9×12260.345 = 11034.311(N) 水平力：F=7054.252(N) 式中：G-永久荷載分項系數(shù)，此處取0.9 合成彎矩：M=44760.974(N*m) 扭矩：Mt= 16599.647(N*m) 7.2 底板法蘭受壓區(qū)的長度Xn 偏心距：e= M/G= 44760.974/11034.311= 4.057(m) 法蘭盤幾何尺寸：L=1.20(m)；B=1.00(m)；Lt=0

30、.04(m) 地腳螺栓擬采用16M30規(guī)格，受拉側(cè)地腳螺栓數(shù)目n=8，總的有效面積： Ae = 8×5.61 = 44.88(cm2) 受壓區(qū)的長度Xn根據(jù)下式試算求解： Xn3 + 3*(e-L/2)*Xn2 - 6*n*Ae*(e+L/2-Lt)*(L-Lt-Xn) = 0 Xn3 + 8.57*Xn2 + 0.995*Xn - 1.154 = 0 求解該方程，得最佳值：Xn = 0.309(m) 7.3 底板法蘭盤下的混凝土最大受壓應(yīng)力驗算 混凝土最大受壓應(yīng)力： c= 2 * G * (e + L/2 - Lt) / B * Xn * (L - Lt - Xn/3) = 2&#

31、215;11034.311×(4.057 + 1.20/2 -0.04) / 1.00×0.309×(1.20 - 0.04 - 0.309/3)(Pa) = 0.312(MPa) < c*fcc = (1.80×2.60 / 1.00×1.20)0.5×11.90(MPa)=23.501(MPa)，滿足要求！ 7.4 地腳螺栓強(qiáng)度驗算 受拉側(cè)地腳螺栓的總拉力： Ta = G*(e - L/2 + Xn/3) / (L - Lt - Xn/3) = 11034.311×(4.057 - 1.20/2 + 0.309/3

32、) / (1.20 - 0.04 - 0.309/3)(N) = 37.156(KN) < n*T0 = 8×85.83 = 686.64(KN)，滿足要求。 7.5 對水平剪力的校核 由法蘭盤和混凝土的摩擦所產(chǎn)生的水平抗剪承載力為： Vfb= k(G+Ta)= 0.40×(11.034+37.156)= 19.276(KN) > F = 7.054(KN) 7.6 柱腳法蘭盤厚度驗算 法蘭盤肋板數(shù)目為8 對于三邊支承板： 自由邊長 a2 = 0.313(m)，固定邊長 b2 = 0.22(m) b2 / a2 = 0.704，查表得： = 0.087, 因此，

33、 M1 = *c*(a2)2 = 0.087×312125.075×0.3132 = 2665.588(N*m/m) 對于相鄰支承板： 自由邊長 a2 = 0.313(m)，固定邊長 b2 = 0.377(m) b2 / a2 = 1.207，查表得： = 0.121, 因此， M2 = *c*(a2)2 = 0.121×312125.075×0.3132 = 3698.299(N*m/m) 取Mmax = max(M1, M2) = max(2665.588, 3698.299) = 3698.299(N*m/m) 法蘭盤的厚度： t = (6*Mmax/fb1)0.5 = 6×3698.299/(210×106)0.5 (m) = 10.3(mm) < 20(mm), 滿足要求。 受拉側(cè)法蘭盤的厚度： t = 6 * Na * Lai / (D + Lai1 + Lai) * fb1 0.5 = 6×4644.452×0.783/(0.03+0.583+0.783)×210×1060.5(m) = 8.6(mm) < 20(mm), 滿足要求。 7.7 地腳螺栓支撐加勁肋 由混凝土的分布反力得到的剪力： Vi = ri * Lri * c