交通标志牌结构验算.doc

精品文档 悬臂式标志牌结构设计计算书 1 设计资料1.1 板面数据 板面高度：H = 2.00(m) 板面宽度：W = 8.00(m) 板面单位重量：W1 = 13.26(kg/m2)1.2 横梁数据 边长 :0.18(m) 横梁长度：L = 7.8(m) 横梁壁厚：T = 0.008(m) 横梁间距：D1 = 1.0(m)横梁单位重量：W1 = 45.22(kg/m)1.3 立柱数据 边长: 0.35(m) 立柱高度：L = 7.40(m) 立柱壁厚：T = 0.014(m) 立柱单位重量：W1 = 153.86(kg/m)2 荷载计算2.1 永久荷载 各计算式中系数1.1系考虑有关连接件及加劲肋等的重量而添加。2.1.1 板面重量计算 标志版单位重量为13.26(kg/m2) 标志版重量： G1 = 13.26169.81.1(N) = 2.2871(KN)2.1.2 横梁重量计算 G2 = 245.227.89.81.1(N) = 7.6046(KN)2.1.3 立柱重量计算 G3 = 153.867.89.81.1(N) = 12.9372(KN)2.1.4 计算上部总重量 G = G1 + G2 + G3 = 22.8289(KN)3 风荷载计算3.1 标志版风力 F1 = z s z 0(W H) = 12.944(KN)3.2 立柱风力 F2 =z s z 0 (W H) = 2.096(KN)4 横梁设计计算 说明：由于单根横梁材料、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。 对单根横梁所受荷载计算如下：4.1 荷载计算 竖直荷载 G4 = 0 G G1 / 2 = 1.372(KN) 均布荷载 1 = 0 G G2 / (2 H) = 0.585(KN/m) 水平荷载 Fwb = F1 / 2 =6.472(KN)4.2 强度验算 计算横梁跟部由重力引起的剪力 Qy1 = G4 + 1 H = 5.935(KN) 计算由重力引起的弯矩 My1 = G4 (l2 + l3) + 1 l12 / 2 = 45.393(KN*m) 计算横梁跟部由风力引起的剪力 Qx1 = F1 = 6.472(KN) 计算由风力引起的弯矩 Mx1 = F1 (l2 + l3) = 30.0948(KN*m)4.3 横梁截面信息 横梁截面积 A = 5.504 10-3 (m2) 横梁截面惯性矩 I = 2.72 10-5 (m4) 横梁截面模量 W = 3.02 10-4(m3)4.4 计算横梁跟部所受的合成剪力和弯矩 合成剪力： Q = (Qx12 + Qy12) 0.5 =8.781 (KN) 合成弯矩： M = (Mx12 + My12) 0.5 = 54.463 (KN*m)4.5 最大正应力验算 横梁根部的最大正应力为： = M / W = 170.939 (MPa) = 215.000(MPa), 满足设计要求 横梁根部的最大剪应力为： = 2 Q / A = 3.846 (MPa) 1/100, 不满足设计要求。5 立柱设计计算 对立柱所受荷载计算如下： 5.1 荷载计算 垂直荷载： N= 0 G G = 18.729(KN) 水平荷载： H= F1+F2+F3 = 17.148(KN) 水平弯矩： MX=(F1+F2)(L-H/2)+F3L/2 = 123.722(KN*m) 立柱根部由永久荷载引起的弯矩为： MY=2My1 = 42.054(KN*m) 合成弯矩： M=(MX2+MY2)0.5 = 130.674(KN*m) 风载引起的合成扭矩： Mt=2Mx1 = 68.964(KN*m) 5.2 强度验算 立柱截面信息 立柱截面积： A = 9.269 10-3 (m2) 立柱截面惯性矩： I = 9.594 10-5 (m4) 立柱截面模量： W = 6.617 10-4 (m3) 立柱截面回转半径模量： R = (I/A)0.5 = 0.102(m) 立柱截面惯性矩模量： Ip = 2I = 1.92 10-4(m4) 最大正应力验算 轴向荷载引起的正应力： c=N/A = 2.021(MPa) 弯矩引起的正应力： w= M/W = 197.496(MPa) 组合应力： Max = c+w = 199.516(MPa) 立柱根部的最大正应力为： = M / W = 197.496 (MPa) = 215.000(MPa), 满足设计要求 最大剪应力验算 水平荷载引起的剪应力： Hmax=2H/A = 3.70(MPa) 扭矩引起的剪应力： tMax= Mt/(2Ip) = 56.428(MPa) 组合应力： Max = Hmax+tmax = 60.128(MPa) = 125.000(MPa), 满足设计要， 危险点处应力验算 最大正应力位置点处，由扭矩产生的剪应力亦为最大，即 = Max = 199.516 (MPa) ， = tMax = 56.428(MPa) 根据第四强度理论的组合应力为： 4 = = (2+32)0.5=207.432 (MPa) 1/100, 不满足设计要求 立柱顶部扭转角： =Mth/(0 QGIp) = 2.7910-2(rad) 标志结构最大总水平水平位移： f =fx+fp+l1 = 0.382(m) 标志结构最大相对水平位移为： fp/L = 0.0477 1/60, 不满足设计要求6 立柱与横梁的连接计算 6.1 螺栓强度验算 连接螺栓拟采用 高强螺栓 6 M 20 , 查表得： 单个螺栓受拉承载力设计值Ntb = 124 KN , 受剪（单剪）承载力设计值Nvb = 55.8KN ： 合成剪力Q = 9.438 KN , 合成弯距 = 40.388KN*m ： 螺栓孔数目6 ： 每个螺栓所受的剪力Nv = 1.573 KN , 螺栓 1 : y1 = 0.190(m) 螺栓 2 : y2 = 0.190(m) 螺栓 3 : y3 = 0.00(m) 螺栓 4 : y4 = 0.00(m) 螺栓 5 : y5 = -0.190(m) 螺栓 6 : y6 = -0.190(m) 由各y值可见，y1距旋转轴的距离最远，其拉力NmaxMby1/(yi2) =53.289KNQ=9.438KN, 满足设计要求 7 柱脚强度验算 7.1 受力情况 铅垂力 G= 0GG=1.000.9015.608 = 14.047(kN) 水平力 F=17.148(kN) 合成弯距 M=130.674(kN) 扭距 M=68.964(kN) 7.2 底板法兰盘受压区的长度 Xn 偏心距 e=M/G=130.674/14.047=9.303(m) 法兰盘几何尺寸：L=0.800(m) ; B=0.800(m) ; Lt=0.120(m) 基础采用C25砼，n=Es/Ec=210000.00106/28000.00106 = 7.5 地脚螺栓拟采用 8 M 30高强螺栓 受拉地脚螺栓的总面积： Ae = 3 5.606e-4= 16.81810-4(m2) 受压区的长度Xn根据下式试算求解： Xn3 + 3(e-L/2)Xn2 6nAe(e+L/2-Lt)(L-Lt-Xn) = 0 式中：e = 3.13(m) L = 0.80(m) B = 0.80(m) n = 7.5 Ae = 16.82 10-4(m2) Lt = 0.12(m) 求解该方程，得Xn = 0.1227(m) 7.3 底板法兰盘下的混凝土最大受压应力 c = 2 G (e + L/2 - Lt) / (B Xn (L - Lt - Xn/3) = 5.351(MPa) fcc = 10.02(MPa), 满足设计要求。 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) =248.562(KN) 17.148(KN), 满足设计要求。 8 基础验算 8.1 基底数据 宽 WF1 = 1.60m, 高 HF1 = 2.10m, 长 LF1 = 2.60m, 设基础的砼单位重量24.00(KN/M3),基底容许应力290.00(KPa) 8.2 基底荷载计算 基底所受的荷载为： 竖向总荷载： N = G + V = 232.493(KN) 水平荷载 H = 15.04(KN) 风荷载引起的弯矩： Mx = F1(h1+Hf1) + F2(h/2+Hf1) = 123.475(KN.m) 永久荷载引起的弯矩 My = 45.393(KN.m) 8.3 基底应力验算 基底应力的最大值为 max = N / A + Mx / Wx + My / Wy = 165.303(kPa) = 290.00(kPa), 满足设计要求。 基底应力的最小值为 min = N / A - Mx / Wx - My / Wy = -71.733(kPa)1 , 不满足设计要求。 8.5 基础倾覆稳定性验算 ex = Mx / N = 0.893