2490×1970双柱式标志结构设计计算书.docx

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1、双柱式标志结构设计计算书说明：将双柱式简化为两个单柱式结构，标志板自重以及风荷载视作由两根立柱均匀承当，设 计计算以较高立柱为准。1设计资料板面数据1)标志板A数据板面形状：矩形，宽度W=2.49(m),高度h=1.97(m),净空H=2.0(m)标志板材料：LF2-M铝。单位面积重量：8.10(kg/mA2)立柱数据左侧立柱的高度：4.35(m),右侧立柱高度：4.35(m),立柱外径：140(mm),立柱壁厚:5(mm)(本设计计算使用立柱高度4.35m)2计算简图见Dwg图纸3荷载计算(以下荷载计算均取标志板面积的一半，其自重和风荷载由右侧立柱承当。)永久荷载1)标志版重量计算标志板重量

2、：Gb=A* P *g=2.453 X 8.10X 9.80=389.383(N)式中：A-由右侧立柱承当荷载的标志板板面面积P -标志板单位面积重量g一重力加速度,取9.8O(m/s0)2)立柱重量计算M柱总长度为4.352(m),使用材料：奥氏体不锈钢无缝钢管，单位长度重量：16.898(kg/m)立柱重量：Gp=L* P *g=4.352 X 16.898X 9.80=720.693(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,9.80(m/sA2)3)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+Gp)=1.10x(389.

3、383+720.693)=1221.083(N)风荷载1)标志板所受风荷载标志板A所受风荷载：Fb=Y0*YQ*(l/2*p*C*VAA2)x2,4527=1648.217(N)式中：丫0-结构重要性系数，取1.0YQ-可变荷载分项系数，取1.4P -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，此处风速为25.547(01人人2)g_重力加速度，取9.80向右人2)2)立柱迎风面所受风荷载:Fwp=Y0*YQ*(l/2*p*C*VAA2)x0.14x2.00=125.443( N)式中：C-立柱的风力系数，圆管型立柱取值0.80W-立柱迎风面

4、宽度，即立柱的外径H-立柱迎风面高度，应扣除被标志板遮挡局部4强度验算由立柱的外径140(mm),壁厚5(mm)o那么立柱的截面积A=2.121X10/3(mA2),截面惯性矩1=4.838X 10A-6(mM),截面抗弯模量 W=6.911X10A-5(mA3)o立柱根部由风荷载引起的弯矩：M=Fwb*Hb+Fwp*Hp=1648.217x2.985+125.443xl.00=5045.369(N*m)式中：Fwb-标志板受到的风荷载Hb-标志板形心到立柱根部的距离Fwp- 柱迎风面受到的风荷载Hp立柱迎风面形心到立柱根部的距离立柱根部由风荷载引起的剪力：F=Fwb+Fwp=1648.217

5、+125.443=1773.659(N)式中：Fwb一标志板受到的风荷载Fwp-立柱迎风面受到的风荷载4.1 最大正应力验算立柱根部由风荷载引起的最大正应力为：o max=M/W=5045.369/(6.911 X 10A-5)(Pa)=73.007(MPa) o d=215.00(MPa),满 足要求。4.2 最大剪应力验算立柱根部由风荷载引起的最大剪应力为：t max=2X F/A=2X 1773.659/(2.121 X 10A-3)(Pa)=1.673(MPa) d=125.00(MPa), 满足要求。4.3 危险点应力验算对圆柱型立柱截面，通过圆心与X-X轴成45的直线与截面中心线的

6、交点处于复杂应力 状态，正应力和剪应力均比拟大，应对该点进行应力状态分析。危险点所在的位置为：x=y = (0.14-0.005)/2*sin(n/4)=0.0477(m)危险点处的正应力为：o=M*y/l=5045.369x0.0477/(4.838xl0A-6)=49.78(MPa)危险点处剪应力为：A-5/(4.838xl0A-6x2x0.005)=1.181(MPa)式中：Sx-立柱危险点截面的静距I-立柱截面惯性矩根据第四强度理论：o4 = (oa2 + 3*ta2)a1/2=(49.78A2 + 3X 1.181A2)Al/2 = 49.822(MPa) o d = 215.00(

7、MPa),满足要求。5立柱变形验算本标志包括一块标志板，其中标志板所受风荷教视作作用在几何形心的集中荷载，标志 板与基础之间所夹立柱所承受的风荷载视作均布荷载。立柱的总高度4.352(m)由集中荷载产生的挠度1)立柱顶部由标志板集中荷载产生的挠度：fb = P*hA2/(6*E*l)*(3*L-h)=A2/(6x210xl0A9x4.838xl0A-6) x (3x4.352-2.985)= 0.0173(m)式中：P-标志板受到的集中荷载标准值，P=Fwb/( y 0* y Q)h-标志板形心到立柱根部的垂直距离E-立柱材料的弹性模量I-立柱横断面的惯性矩L-立柱的总高度由均布荷载产生的挠度

8、最下侧标志牌下缘与基础上缘之间立柱迎风面由均布荷载产生的挠度：f= q*hAA4/(8x210xl0A9x4.838xl0A-6)= O.OOOl(m)式中：q-立柱迎风面均布荷载平均值,q=(l/2* P *C*VA2)*Wh-最下侧标志下缘与基础上缘之间的距离，即立柱迎风面高度5.1 由均布荷载产生的转角由均布荷载导致立柱产生的转角：0= q*hAA3/(6x210xl0A9x4.838xl0A-6)= 0.000059(rad)综上：立柱顶部总的变形挠度：f= fb+f+tane*(Lp-h)= 0.0173+0.0001+tan(0.000059)x(4.352-2,00)= 0.01

9、76(m)f/L= 0.0176/4.352= 0.004 = 0.01,满足要求。6柱脚强度验算受力情况地脚受到的外部荷载：铅垂力：G= Y 0* y G*G=1.0X 0.9 X 1221.083 = 1098.975(N)水平力：F=1773.659(N)式中：-永久荷载分项系数，此处取0.9由风载引起的弯矩：M=5045.369(N*m)底板法兰受压区的长度Xn偏心N叵：e= M/G= 5045.369/1098.975= 4.591(m)法兰盘几何尺寸：L=0.40(m)： B=0.40(m)： Lt=0.04(m)地脚螺栓拟采用4M24规格，受拉侧地脚螺栓数目n=l,总的有效面积：

10、Ae = 1x3.53 = 3.53(cmA2)受压区的长度Xn根据下式试算求解：XM3 + 3*(e-L/2)*XnA2 - 6*n*Ae*(e+L/2-Lt)*(L-Lt-Xn) = 0XnA3 + 12.573*XnA2 + 0.025*Xn - 0.009 = 0求解该方程，得最正确值：Xn = 0.026(m)底板法兰盘卜的混凝土最大受压应力验算混凝土最大受压应力：oc= 2 * G (e + L/2 - Lt) / B * Xn * (L - Lt - Xn/3)=2x1098.975x(4.591 + 0.40/2 -0.04) / 0.40x0.026x(0.40 - 0.04

11、 - 0.026/3)(Pa)=2.876(MPa) B c*fcc = (1.00 X 1.00 / 0.40 X 0.40)A0.5 X11.90(MPa)=29.75(MPa),满足要求!6.1 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)=1098.975x(4.591 - 0.40/2 + 0.026/3) / (0.40 - 0.04 - 0.026/3)(N)=13.76(KN) F = 1.774(KN)柱脚法兰盘厚度验算法兰盘肋板数目为4受压侧法兰盘的支撑条件按照两相邻边支撑板考虑自由边长a2 =

12、0.212(m)固定边长b2 = 0.106(m)b2/a2 = 0.50查表得：a = 0.06,因此，Mmax = a*o*(a2)A2 = 人2 = 7765.548(N*m/m)法兰盘的厚度：t = (6*Mmax/fbl)A0.5 = 6X7765.548/(210X 10A6)A0.5 (m) = 14.9(mm) 20(mm), 满足要求。受拉侧法兰盘的厚度：t = 6*Na*Lai/(D + Lail + Lai) * fbl) A 0.5=6 X 13759.761 X 0.22/(0.024+0.22+0.22) X 210 X 10A6A0.5(m) = 13,7(mm)

13、 Ta/n= 13.76/1= 13.76(KN)Z 满足要求。地脚螺栓支撑加劲肋的高度和厚度为：高度 Hri = 0.30(m)z 厚度 Tri = 0.016(m)剪应力为:t = Vi/(Hri*Tri) = 64712.902/(0.30X0.016) = 13.482(MPa) fv = 125.00(MPah 满 足要求。加劲肋与标志立柱的竖向连接角焊缝尺寸Hf = 0.01(mm)z焊缝长度Lw = 0.24(mm) 角焊缝的抗剪强度：t = Vi/(2*Hf*Lw) = 64712.902/(2X0.01X0.24) = 13.218(MPa) 160(MPa)z满足要求。7基

14、础验算上层基础宽 WF = 1.00(m),高 HF = 1.00(m),长 LF = l.OO(m),下层基础宽 WF = 1.20(m),高 HF = 0.20(m),长 LF = 1.20(m)基础的碎单位重量24.0(KN/MA3),基底容许应力290.0(KPa)基底应力验算基底所受的外荷载为：竖向荷载:N = Gf + G = 30.912 + 1.221 = 32.133(KN)式中:Gf一基础自重,Gf=24.0X 1.288=30.912(KN)G-上部结构自重水平荷载：H = 1.774(KN)弯矩:M = EFwbi(Hbi+Hf)+EFwpi(Hpi+Hf) = 7.1

15、74(KN*m)1)那么基底应力的最大值为：o max = N/A+M/W = 32.133/1.44+7.174/0.288 = 47.224(kPa) o f = 290.00(kPa)/ 满足要求。式中：W-基底截面的抗弯模量，W=b*HA2/62)基底应力的最小值为：omin = N/A-M/W = = -2.594(KPa) 0基底出现了负应力，负应力的分布宽度为：Lx =| o min|*Lf / (| o min| + o max)= 2.594X 1.20/(2.594+47.224) = 0.062(m) 1.10,满足要求。式中:e-基底偏心距,e=M/N=7173.761/32133.083=0.223(m)基础滑动稳定性验算基础滑动稳定性系数：Kc= n *N/F = 0.30X 32133.083/1773.659 = 5.435 1.20,满足要求。