单悬臂式标志版结构设计计算书.pdf

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1、-单悬臂式标志版构造设计计算书单悬臂式标志版构造设计计算书1.1.工程信息工程信息工程名称工程名称标志类型桩号设计校对审核日期锦三路单悬臂式构造1.1.设计资料设计资料1.11.1 板面数据板面数据板面高度：H=4.20(m)板面宽度：W=3.30(m)板面单位重量：W1=8.10(kg/m2)1.21.2 横梁数据横梁数据横梁直径：D=0.203(m)横梁长度：L=3.976(m)横梁壁厚：T=0.006(m)横梁间距：D1=1.200(m)1.31.3 立柱数据立柱数据.z.-立柱直径：D=0.377(m)立柱高度：L=8.250(m)立柱壁厚：T=0.0090(m)立柱单位重量：W1=8

2、1.887(kg/m2)2 2 荷载计算荷载计算2.12.1 永久荷载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。板面重量计算板面重量计算标志版单位重量为 8.10(kg/m2)标志版重量：G1=1210.23(N)=1.2102(KN)横梁重量计算横梁重量计算G2=2505.170(N)=2.5052(KN)立柱重量计算立柱重量计算G3=7282.620(N)=7.2826(KN)计算上部总重量计算上部总重量G=G1+G2+G3=10998.017(N)=10.9980(KN)3 3 风荷载计算风荷载计算3.13.1 标志板风力标志板风力1F1=0q(CV2)(W

3、H)/10002=12.844(KN).z.-3.23.2 横梁风力横梁风力1F2=0q(CV2)(WH)/10002=0.170(KN)3.33.3 立柱风力立柱风力1F3=0q(CV2)(WH)/10002=1.922(KN)4 4 横梁设计计算横梁设计计算说明：由于单根横梁材料、规格一样，根据根本假设，可认为每根横梁所受的荷载为总荷载的 1/2。对单根横梁所受荷载计算如下：4.14.1 荷载计算荷载计算竖直荷载 G4=0GG1/2=0.726(KN)均布荷载 1=0GG2/H/2=0.378(KN/m)水平荷载 Fwb=F1/2=6.422(KN)水平均布荷载 2=F2/H/2=0.12

4、5(KN/m)4.24.2 强度验算强度验算计算横梁跟部由重力引起的剪力Qy1=G4+1H=2.229(KN)计算由重力引起的弯矩My1=G4(l2+l3)+1l12/2=4.677(KN*m)(式中 l1:横梁总长，l2:悬臂板面外的长度，l3:标志板一半长度.z.-计算横梁跟部由风力引起的剪力Q*1=Fwb+2l2=6.507(KN)计算由风力引起的弯矩M*1=Fwb(l2+l3)+2l22/2=14.966(KN*m)4.34.3 横梁截面信息横梁截面信息横梁截面积A=3.713 10-3(m2)横梁截面惯性矩 I=1.803 10-5(m4)横梁截面模量W=1.776 10-4(m3)

5、4.44.4 计算横梁根部所受的合成剪力和弯矩计算横梁根部所受的合成剪力和弯矩合成剪力：Q=(Q*12+Qy12)=6.878(KN)(M*12+My12)=15.680(KN*m)合成弯矩：M=4.54.5 最大正应力验算最大正应力验算横梁根部的最大正应力为：M=88.268(MPa)=215.000(MPa),满足设计要求W横梁根部的最大剪应力为：Q=2=3.705(MPa)=125.000(MPa),满足设计要求A根据第四强度理论，近似采用最大值即：=(ma*2+3ma*2)=88.501(MPa)=215.000(MPa),满足设计要求4.64.6 变形验算变形验算计算垂直绕度.z.-

6、24fy=G4/(0G)(l2+l3)(3l1-l2-l3)/(6EI)+1/(0G)l1/(8EI)=0.0041(m)计算水平绕度f*=Fwb(0Q)(l2+l3)2(3l1-l2-l3)/(6EI)+2/(0Q)l23(3l1-l2)/(6EI)=0.0107(m)计算合成绕度f=f*2+fy2=0.011(m)f/L1=0.003 0.010,满足设计要求。5 5 立柱设计计算立柱设计计算对立柱所受荷载计算如下：5.15.1 荷载计算荷载计算垂直荷载：N=0GG=13.198(KN)水平荷载：H=F1+F2+F3=14.935(KN)水平弯矩：M*=(F1+F2)(L-H/2)+F3L

7、/2=100.323(KN*m)立柱根部由永久荷载引起的弯矩为：My=My1 2=9.354(KN*m)合成弯矩：M=M*2+My2=100.759(KN*m)风载引起的合成扭矩：Mt=M*12=29.933(KN*m)5.25.2 强度验算强度验算立柱截面信息立柱截面积：A=10.405 10-3(m2).z.-54立柱截面惯性矩：I=17.624 10(m)立柱截面模量：W=9.350 10-4(m3)立柱截面回转半径模量：R=I=0.130(m)A立柱截面惯性矩模量：Ip=2I=3.52 10-4(m4)最大正应力验算轴向荷载引起的正应力：c=N=1.268(MPa)AM弯矩引起的正应力

8、：w=107.768(MPa)W组合应力：Ma*=c+w=109.036(MPa)立柱根部的最大正应力为：M=109.036(MPa)=215.000(MPa),满足设计要求W最大剪应力验算2H水平荷载引起的剪应力：Hma*=2.871(MPa)AMt扭矩引起的剪应力：tMa*=16.007(MPa)2Ip组合应力：Ma*=Hma*+tma*=18.878(MPa)立柱根部的最大剪应力为：2HMtDMa*=+=18.878(MPa)=125.000(MPa),满足设计要求A2Ip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.z.-=109.036(MPa)，=16.007

9、(MPa)Ma*tMa*根据第四强度理论的组合应力为：4=2+32=112.506(MPa)=215.000(MPa),满足设计要求5.35.3 变形验算变形验算由风荷载标准值引起的立柱顶部的水平位移：H2(F+F)(L-)(3L-H)122(0Q6EI)3F3L+=0.033(m)0Q8EIfp=立柱端部的相对水平位移为：fp=0.004 1/100,满足设计要求L立柱顶部扭转角：Mth-3=)=6.33410(rad)0QGIp标志构造最大总水平水平位移：f=f*+fp+l1=0.069(m)标志构造最大相对水平位移为：fp=0.008 0.017,满足设计要求L横梁垂直总位移计算：两根横

10、梁间局部由横梁永久荷载产生的转角：Myh1=1.32010-3(rad)(0QEI)单根横梁由此引起的垂直位移：.z.-f=l=0.005(m)y1横梁垂直总位移：fn1=fy+fy=0.009(m)6 6 立柱与横梁的连接计算立柱与横梁的连接计算6.16.1 螺栓强度验算螺栓强度验算螺栓数据螺栓数据连接螺栓拟采用 A 级 级普通螺栓 8 M 24,查表得：单个螺栓受拉承载力设计值Ntb=59.92 KN,受剪单剪承载力设计值Nvb=76.91 KN：合成剪力 Q=6.878 KN,合成弯距=15.680 KN*m：螺栓孔数目 8：每个螺栓所受的剪力Nv=0.860 KN,基准角度=17.35

11、,螺栓 1:y1=0.088(m)螺栓 2:y2=0.201(m)螺栓 3:y3=0.256(m)螺栓 4:y4=0.220(m)螺栓 5:y5=0.115(m)螺栓 6:y6=0.002(m)螺栓 7:y7=-0.053(m)螺栓 8:y8=-0.017(m).z.-由各 y 值可见，y2 距旋转轴的距离最远，其拉力N=M yb 3yi2Mb为各螺栓拉力对旋转轴的力矩之和则Mb=N式中yi2/y3yi2y1+y2+y6=0.175 为受拉螺栓距旋转轴的距离和以过悬臂法兰盘圆心，分别与 M 方向重合和垂直的两根直线为*和 y 轴，设受压区最大压应力为cma*，则受压区压力对旋转轴产生的力矩为：

12、Mc=c2(0.012+y2)0.5*(y-0.1015)dy压应力合力绝对值为：Nc=c2(0.012+y2)0.5dy上式中c为距*轴和 y 距离处法兰受压区的压应力，c=(y-0.20/2)/(0.05/2-0.20/2)cmz*根据法兰盘的平衡条件：Mb+Mc=MN=cNi经整理：0.686N3+5.577(10-4)cma*=15680.1873.448N3-9.851(10-3)cma*=0解得：.z.-N3=17.802(KN)cma*=6.232(MP)螺栓强度验算螺栓强度验算NvNma*()2+()2=0.297 1 满足设计要求NvbNtb拟定法兰盘厚度 20.0(mm)，

13、则单个螺栓承压力设计值为Ncb192.00(KN)Nv=0.86(KN)Ncb满足设计要求6.26.2 法兰盘确实定法兰盘确实定受压侧受力最大的法兰盘区格为三边支撑板，其自由边长：a220.31sin(180.0/8)=0.119(m)固定边长 b2=0.099(m)b2a2=0.830(m)查表得：=0.099,因此，M=cma*a22=8.720(kN*m/m)法兰盘的厚度：6Mma*=0.016(m)0.020(m),满足设计要求。fb1t=受拉侧法兰盘的厚度，由下式求得：6NaLai(D+2Lai)fb1t=0.0142(m)0.020(m),满足设计要求。.z.-6.36.3 加劲肋

14、确定加劲肋确定由受压区法兰盘的分布反力得到的剪力：Vi=0.119 0.099 6231835.739 sin(180/N)2=72.820(KN)螺栓拉力所产生的剪力Vi=17.80(KN)加劲肋高度 Hri=0.15(m),厚度 Tri=0.01(m)Vi剪应力为 =48.55(MPa)f=125.00(MPa),满足设计要v(HriTri)求。设加劲肋与标志立柱的竖向连接角焊缝尺寸Hf=8.00(mm)焊缝计算长度lw=240.00(mm)Vi角焊缝的抗剪强度 =46.44(MPa)160.00(MPa),满(20.7helw)足设计要求。7 7 柱脚强度验算柱脚强度验算7.17.1 受

15、力情况受力情况铅垂力 G=0GG=1.00*0.90*10998.02=9.90(kN)水平力 F=14.935(kN)合成弯距 M=100.759(kN)扭距 M=29.933(kN)7.27.2 底板法兰盘受压区的长度底板法兰盘受压区的长度*n*nM偏心距 e=100758.63/9898.22=10.179(m)G.z.-法兰盘几何尺寸：L=0.700(m);B=0.700(m);L=0.075(m)tEs根底采用 C20 砼，n=206000.00106/25500.00106=8.078Ec地脚螺栓拟采用 12 M30 规格受拉地脚螺栓的总面积：Ae=4 5.606e-4=22.42

16、4-4(m2)受压区的长度*n 根据下式试算求解：LL32*n+3(e-)*n-6nAe(e+-Lt)(L-Lt-*n)/B=022式中：e=10.18(m)L=0.70(m)B=0.70(m)n=8.08Ae=22.42 10-4(m2)Lt=0.07(m)求解该方程，得*n=0.160(m)7.37.3 底板法兰盘下的混凝土最大受压应力底板法兰盘下的混凝土最大受压应力=cB*(L-L-*/3)nt n=3.24(MPa)fcc=26.66(MPa),满足设计要求。2G(e+L/2-Lt)7.47.4 地脚螺栓强度验算地脚螺栓强度验算受拉侧地脚螺栓的总拉力.z.-G(e-L/2+*n/3)T

17、a=L-Lt-*n/3=171.08(KN)14.94(KN),满足设计要求。7.67.6 柱脚法兰盘厚度的验算柱脚法兰盘厚度的验算法兰盘勒板数目为 8受压侧：对于三边支承板自由边长 a2=0.2278(m)固定边长 b2=0.1615(m)b2a2=0.7089(m)查表得：=0.0879,因此，M=a2=14.777(kN*m/m)c2对于相邻支承板自由边长 a2=0.2860(m)固定边长 b2=0.1333(m).z.-b2a2=0.4660(m)查表得：=0.0546,因此，M=ca22=14.461(kN*m/m)取Mma*=14.777(kN*m/m)法兰盘的厚度：6Mma*fb

18、1=21.05510-3(m)0.030(m),满足设计要求。t=受拉侧法兰盘的厚度，由下式求得：6NaLait=0.0234(m)Ta/4=42.77,满足设计要求。地脚螺栓支撑加劲肋的高度和厚度为：高度 Hri=0.250(m),厚度 Tri=0.015(m)i剪应力为 =38.01(MPa)fv=125.00(MPa),满足设计要求。HriTri设加劲肋与标志立柱的竖向连接角焊缝尺寸Hf=8.00(mm)焊缝计算长度lw=240.00(mm)V.z.-角焊缝的抗剪强度 =53.03(MPa)160.00(MPa),20.7helwVi满足设计要求。8 8 根底验算根底验算8.18.1 基

19、底数据基底数据设根底由两层构成上层宽 WF1=1.80m,高 HF1=2.30m,长 LF1=3.30m,下层宽 WF2=2.00m,高 HF2=0.20m,长 LF2=3.50m,设根底的砼单位重量 24.00(KN/M3),基底容许应力 290.00(KPa)8.28.2 基底荷载计算基底荷载计算基底所受的荷载为：竖向总荷载：N=G+V=372.49(KN)水平荷载 H=14.94(KN)风荷载引起的弯矩：M*=(Fwb1+Fwh1)(h1+Hf1+Hf2)+Fwp1(h/2+Hf1+Hf2)=133.22(KN.m)永久荷载引起的弯矩 My=9.35(KN.m)风载引起的扭矩 M=29.

20、93(KN.m)t8.38.3 基底应力验算基底应力验算基底应力的最大值为NM*Myma*=+=89.85(kPa)0,满足设计要求。A W*Wy8.48.4 基底合力偏心距验算基底合力偏心距验算e0min=1-=0.6885 1.2,满足设计要求。0e08.68.6 根底滑动稳定性验算根底滑动稳定性验算设根底底面与地基土之间的摩擦系数为 0.30,则根底抗滑动稳定系数为：Kc=372.49*0.30/14.94=7.482 1.2,满足设计要求。9 9 参考标准参考标准1 道路交通标志和标线GB5768-20212 道路交通标志板及支撑件 GB/T 23827-20213 公路交通标志和标线设置标准 JTG D82-20214 城市道路交通标志和标线 图集号 05MR6015 构造用无缝钢管GBT8162-1999.z.-6 建筑构造荷载标准 GB50009-20017 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱 GB/T 3098.1-20008 一般工业用铝及铝合金挤压型材 GB/T 6892-20069 混凝土构造设计标准 GB50010-2021.z.