交通标志 结构设计
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交通工程标志结构设计常见问题的探讨天津市公路工程总公司天津 300161交通标志属于交通安全设施,是交通工程中的一个重要组成部分,也是公路工程中主要的附属设施,但由于这个领域的层面比较窄,属于配套工程,所以很长时没有得人们足够的重视,涉足研究的人也比较少。
交通标志结构的特点交通标志结构是指用于支撑交通标志的承载体系,包括主体支撑结构和基础两部分,主体部分基本采用钢材料,既为钢结构,基础部分采用钢筋混凝土材料制作,由此,交通标志结构涉及到钢结构和混凝土结构两方面。
对于标志结构的主体部分,要充分利用钢结构自身强度大、重量轻、弹塑性好的优点,克服其刚度不足的弱点;而结构的基础部分要发挥混凝土材料的抗压性好、可模性强且经济耐久的特点,克服其抗拉抗裂性差、抗弯强度低的不足。
此外,交通标志结构作为一种特定的支撑结构形式,也有自己的特点,一是在结构的承载方面,由于交通标志牌自身重量比较轻,结构承受的荷载主要来自外界的风压荷载,这一点是交通标志结构承受荷载的一个重要特点;二是在结构的强度和刚度方面,结构的强度要求一般容易被满足,而结构的刚度要求在设计时往往容易被忽视,容易造成结构构件变形过大,以致影响正常使用。
这也是交通标志结构有别于其他土建结构物的显著特点。
交通标志结构设计原则和理论基础在结构设计理论发展和形成的过程中,结构设计理论就是为了解决安全可靠和经济合理,这一对矛盾的。
交通标志结构的设计也是遵从这一原则。
在做结构设计时,两个方面都要兼顾,缺一不可。
因此,交通标志结构的设计要以"安全第一,结构合理,经济适用"为总的指导思想和设计原则。
交通标志结构的设计采用以概率极限状态下的设计理论为基础,按照承载能力极限状态和正常使用极限状态两种模式分别进行结构设计验算和校核。
以满足结构的强度、刚度和稳定性。
而交通标志结构的刚度设计往往成为结构设计的控制因素,因此,要特别重视正常使用极限状态下的结构设计,防止出现结构刚度和稳定性方面的缺陷。
交通标志结构全线交通标志共有 3 种类型:禁令标志、指示标志、警示标志。
(1)版面类型1)禁令标志:白底、红圈、黑图案,图案压杠,D=800mm,减速让行标志为顶角向下等边三角形,a=900mm。
2)指示标志:蓝底、白图案,矩形标志版面为1400×1000mm,正方形A=800mm。
具体有停车位标志、人行横道标志。
3)警示标志:黄底、黑图案,等边三角形,a=900mm。
具体有注意行人标志。
(2)标志板面1)版面尺寸按设计版面内容确定,尽量达到统一,版面中文字间隔、笔划粗度、最小行距等均以北京市地标和国际为依据,采用中英文对照方式。
2)本工程标志版面均采用高强反光膜。
版面反光材料的概要考虑各类反光膜的反光特征、使用功能、应用场合和使用年限,又要分清版面中不同内容部分的主次关系。
为道路使用者在夜间对版面信息有较好的视认效果,版面字体采用电脑刻字技术,文字及图形不可拼接。
在反光产品的选择上,一定要对生产厂家进行资质审查,对产品的使用效果进行评价认定。
3)各种标志版面颜色均应符合 GB5768.1~3-2009规定。
(3)标志结构1)标志结构类型共有单柱式,单T、悬臂等标志内边缘距离路面或土路肩边缘不得小于 25cm,标志牌下缘距离路面的高度宜大于 200cm或小于 80cm,非行人通行区域不受此限制。
单柱适用于中小型尺寸的禁令、指示等标志。
2)主要材料钢材:钢管均为碳素结构钢无缝钢管,应符合《结构用无缝钢管 GB/T 8162》的需求。
钢管、钢板、抱箍及底衬、锚栓均采用 Q235-B 及钢管,其化学成分及力学性能应符合《碳素结构钢 GB/T 700》标准中有关规定。
普通螺栓应符合《六角头螺栓—C 级 GB/T 5780》的需求。
手工焊接采用的焊条应符合国家现行标准《碳钢焊条 GB/T 5117》的规定,焊条型号、自动焊或半自动焊所采用的焊丝、焊剂应与主体金属力学性能相适应。
铝材:标志牌、华东曹铝均采用防锈铝,牌号为 5A02,应符合《铝和铝合金轧制板材 GB/T 3880》、《工业用铝及铝合金热挤压型材 GB/T 6892》的需求。
交通标志设计(市政工程)(1)设置原则根据道路等级及交通功能,设置标志以明确道路整体交通。
交通标志分别为大型指路标志牌及各种指示、禁止、警告标志。
在各个交叉口前设置大型指路标志牌用以告知行驶方向道路,横向道路的名称。
在交叉口前设置指示牌告知公交车提前变道。
在其他路段设置标志指示大型货运车辆按时段进出。
并在非机动车道及机动车道上粘贴道路限速标志。
设置在驾驶人员和行人容易看到,并能准确判读的醒目位置。
根据需要可设置反光、发光标志。
设置在车辆行进方向道路右侧或分隔带上。
标志牌面下缘距地面最小高度2.0m,并不得侵入道路建筑限界。
(2)主要类别警告标志:黄底(反光),黑色字体与边框(反光)。
禁令标志:白底(反光),黑色字体(反光),红色边框。
指示标志:地面道路(蓝底),高架主线及匝道(绿色),白色符号(反光)。
导向标志:白色字体(反光),蓝底色(反光)。
标志板采用铝合金材料,标志杆采用钢管,涂以灰色。
反光膜采用一级反光膜。
一般标志版面反光膜采用微棱镜结构的钻石级反光膜结构,警示标志版面反光膜采用钻石级荧光黄绿反光膜,大型指路标志版面反光膜采用全棱镜结构的钻石级反光膜。
标志面上文字采用中英文对照,地名用汉语拼音,专用名词用英文,其它图案、符号均应符合GB5768-2009的规定。
标志底板均采用铝合金材料;标志板与支架或立柱应能固定连成一体;标志板应具有抗变形强度(标志板受到任意方向的500N的力的作用时,标志板的残余变形不应大于100mm/m2);铝合金板的化学成分,冷轧板材牌号、规格、力学性能、尺寸应符合GB3190、GB3880、GB3194的规定;玻璃钢应符合《公路交通标志板技术条件》JT/T 279-1995中的要求。
(3)道路交通标志设计交通标志制作时应严格按该图制作,指路标志尺寸偏差为其外形尺寸的±0.5%,其它标志外形尺寸偏差为±5mm。
标志板应平整,表面无明显皱纹、凹痕或变形,底板每平方米范围内的平整度公差不应大于1.0mm。
悬臂式标志的结构设计计书1.计算简图如下图所示2.荷载计算 (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力而添加的。
标志板单位面积质量为8.037kg/m 2,其重力为: G 1=4.4⨯2.4⨯8.037⨯9.8⨯1.1=0.9149(kN)横梁拟采用0.62032⨯Φ钢管,单位面积质量为29.15kg/m 2,其总重力为: G 2=2⨯29.15⨯5.076⨯9.8⨯1.1=3.1901(kN)立柱拟采用0.9377⨯Φ钢管,单位面积质量为81.68kg/m 2,其总重为: G 3=81.68⨯7.9⨯9.8⨯1.1=6.956(kN) 标志上部结构的总重力为:G=G 1+G 2+G 3=0.9149+3.1901+6.956=11.061(kN)有关系数将视永久荷载效应对结构构件或连接的承重能力是否有利而选取。
(2)风荷载 标志板:211101()()/100021.0 1.4[(0.5 1.2258 1.240^2)(4.42.4)]/100017.397()wb Q b h F CV W W KN γγρ=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯= 横梁:2101()()/1000211.0 1.4( 1.22580.840^2)(0.6760.2032)/100020.301()Q WH B hni F CV W H KN γγρ=⨯⎡⎤=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦=∑立柱:21101[()()/100021.0 1.4[(0.5 1.22580.840^2)(7.90.377)]/10003.271()WP Q p P F CV W H KN γγρ=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=3.横梁的设计计算由于两根横梁材料,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之半,其受力如图6.2。
图6.2 横梁受力图(尺寸单位:mm )单根横梁所承受荷载为:()()1402100.9151.0 1.20.549223.190/ 1.0 1.2/5.0760.377/22GG h G G kN G w H kN m γγγγ==⨯⨯===⨯⨯=水平荷载:()()()()121117.39738.69922/20.301/20.6760.223/wb wb wh hn F F kN w F H kN m ====⨯=⨯=(1)强度验算:横梁根部由重力引起的剪力为:()1410.5490.377 5.076 2.463y h Q G w H kN =+=+⨯=由重力引起的弯矩为:()()()221114230.3770.5490.676 2.2 5.076 6.43622y w l M G l l kN m =++=⨯++⨯=⋅横梁根部由风引起的剪力为:()1228.6990.2230.6768.850x wb Q F w l kN =+=+⨯=由风荷载引起的弯矩为:()()()22221230.2230.6768.6990.676 2.225.06922x wb w l M F l l kN m ⨯=++=⨯++=⋅横梁规格为203 6.0φ⨯,截面积为A=323.71310m -⨯,截面惯性矩为541.80310I m -=⨯,抗弯截面模量为431.77610W m -=⨯横梁根部所受的合成剪力为:()9.186Q kN ==合成弯矩为:()25.882M kN m ==⋅a.最大正应力验算横梁根部的最大正应力为:()()322max 425.88210145.7/ 1.15215247/1.77610M N mm f N mm W σγ-⨯===<⋅=⨯=⨯ b.最大剪应力验算()()322max 39.1861022 4.948/125/3.71310v Q N mm f N mm A τ-⨯=⨯=⨯=<=⨯ c.危险点应力验算 略。
交通安全中的道路交通标志设计道路交通标志是交通管理中不可或缺的一部分,是指规定路面上各种交通信息的标志、标线和信号灯等设施。
正确的使用道路交通标志,不仅可以提高道路交通的效率,还能有效地保障交通安全。
因此,道路交通标志的设计显得尤为重要。
本文将从设计原则、分类、构造和常见标志种类等方面来探讨道路交通标志的设计。
一、设计原则道路交通标志的设计需要遵循以下原则:1. 突出醒目性:标志需要具有明显的色彩和形状,以便驾驶员和行人迅速识别。
2. 强调简洁性:标志应该简练明了,不应有过多的文字和图案。
3. 体现规范性:标志应该符合国家和地区规定的标准,以便所有人都能理解其意义。
4. 提高可读性:标志应该简单易懂,避免产生歧义。
二、分类道路交通标志可以分为以下几类:1. 警示标志:用于提醒交通参与者注意道路上存在的危险或特殊情况,如限速标志、急弯标志等。
2. 禁止标志:用于告知交通参与者禁止做某些行为,如停车禁止标志、禁止超车标志等。
3. 指示标志:用于引导驾驶员和行人正确行驶或行走,如道路指示标志、路况提示标志等。
4. 指路标志:用于指示道路的行驶方向和行进路线,如一般道路指路标志、高速公路指路标志等。
5. 设施标志:用于标志道路上各种交通设施,如机动车道标线、人行横道线等。
三、构造道路交通标志包括标志矗立支架、标志面板和反光材料。
其中,反光材料是防止标志夜间被看不见的一种材料,在光线较暗的夜晚,反光材料可以反射车灯发出的光线,使驾驶员和行人可以看到标志。
四、常见标志种类1. 限速标志:限速标志是公路交通管理中常见的标志之一,它的作用是提醒驾驶员需要控制车速。
限速标志采用圆形,底色为白色,中央为红色,中央数字表示限速值。
2. 禁止停车标志:禁止停车标志采用蓝底白字,中央有一条斜线表示禁止停车。
3. 斑马线:斑马线是行人过马路的必经之路,标志为一条白色横线和两条垂直的白色线组成,标志矗立于道路两侧。
4. 危险路段标志:危险路段标志用于提醒驾驶员前方路况的危险,如急弯、陡坡、悬崖等。
湛江港徐闻港区南山作业区客货滚装码头工程施工图设计21.01m跨门架式交通标志结构设计计算书中交设计二〇一九年一月目 录1 设计资料 (1)1.1 构件概况 (1)1.2 主要选用规范、标准和参考书籍 (2)1.3 设计原则与设计假设 (2)1.3.1 设计原则 (2)1.3.2 设计假设 (3)1.4 设计参数 (3)1.4.1 结构重要性系数Υ0 (3)1.4.2 设计采用的作用 (3)1.4.2 作用的组合与荷载(作用)分项系数 (4)1.4.3 风荷载 (5)1.4.4 标志牌重力 (6)1.4.5 温度作用 (7)1.4.6 其他参数设置 (7)2. 结构模型 (8)2.1 模型建立 (8)2.2 作用组合在模型内荷载工况中的设定 (9)2.2.1 作用基本组合下荷载工况的设定 (9)2.2.2 作用准永久组合下荷载工况的设定 (10)2.2.3 作用标准组合(校验用)下荷载工况的设定 (10)2.3 作用组合的包络 (12)3 门架上部结构计算结果 (12)3.1 承载能力极限状态下基本组合计算结果 (12)3.1.1 柱底反力 (12)3.1.2 门架上部结构杆件应力 (13)3.2 正常使用极限状态下准永久组合计算结果 (15)3.2.1 柱顶位移 (15)3.2.1 横梁挠度 (16)广东湛江港徐闻港区南山作业区客货滚装码头工程21.01m跨门架式交通标志结构设计计算书1 设计资料1.1 构件概况本计算书为广东湛江港徐闻港区南山作业区客货滚装码头工程21.01m跨门架式交通标志牌结构设计计算书。
本门架式交通标志牌结构如下图所示:图1.1‐1 门架式标志牌立面布置图标志牌板面尺寸及基础构造平面尺寸如下图所示:单幅标志牌板面 基础平面尺寸图1.1‐2 标志牌板面尺寸及基础构造平面尺寸图门架立柱、横梁和横梁竖杆材质为GB/T 700-2006碳素结构钢规定Q235钢、GB/T 8162-2008结构用无缝钢管,各构件规格为: 立柱:GB/T 8162-2008 Φ377×14 钢管横梁:GB/T 8162-2008 Φ219×12 钢管横梁竖杆:GB/T 8162-2008 Φ152×8 钢管柱下基础材质为C25混凝土。
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担,设计计算以较高立柱为准。
1 设计资料1.1 板面数据1)标志板A数据板面形状:矩形,宽度W=4.8(m),高度h=3.0(m),净空H=2.0(m)标志板材料:LF2-M铝。
单位面积重量:8.10(kg/m^2)1.2 立柱数据左侧立柱的高度:5.36(m),右侧立柱高度:6.96(m),立柱外径:273(mm),立柱壁厚:14(mm)(本设计计算使用立柱高度6.96m)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担。
)3.1 永久荷载下面各计算式中系数K(1.10),为上部结构荷载增大系数。
1)标志版重量计算标志板重量:Gb=A*ρ*g*K=7.199×8.10×9.80×1.10=1257.259(N)式中:A----由右侧立柱承担荷载的标志板板面面积ρ----标志板单位面积重量g----重力加速度,取9.80(m/s^2)2)立柱重量计算立柱总长度为6.96(m),使用材料:奥氏体不锈钢无缝钢管,单位长度重量:90.773(kg/m) 立柱重量:Gp=L*ρ*g*K=6.96×90.773×9.80×1.10=6810.586(N)式中:L----立柱的总长度ρ----立柱单位长度重量g----重力加速度,取9.80(m/s^2)3)上部结构总重量计算G=(Gb+Gp)=(1257.259+6810.586)=8067.845(N)3.2 风荷载1)标志板所受风荷载标志板A所受风荷载:Fb=γ0*γQ*[(1/2*ρ*C*V^2)*A]=1.0×1.4×[(0.5×1.2258×1.2×25.55^2)×7.1993]=4839.18(N)式中:γ0----结构重要性系数,取1.0γQ----可变荷载分项系数,取1.4ρ----空气密度,一般取1.2258(N*S^2*m^-4)C----标志板的风力系数,取值1.20V----风速,此处风速为25.55(m/s^2)g----重力加速度,取9.80(m/s^2)2)立柱迎风面所受风荷载:Fwp=γ0*γQ*[(1/2*ρ*C*V^2)*W*H]=1.0×1.4×[(0.5×1.2258×0.80×25.55^2)×0.273×4.00]=489.342( 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部分4 强度验算由立柱的外径273(mm),壁厚14(mm)。
【关键字】设计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/m A2)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。
板面重量计算标志版单位重量为13.26(kg/m2)标志版重量:G1=13.26xl6x9.8xl.l(N)=2.2871(KN)横梁重量计算G2=2x45.22x7.8x9.8x1.1(N)=7.6046(KN)立柱重量计算G3=153.86x7.8x9.8x1.1(N)=12.9372(KN)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Fl=Pzxysxyzx®0x(WxH)=12.944(KN)3.2立柱风力F2=Pzxysxyzx®0x(WxH)=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=Y0x Y GxG1/2=1.372(KN)均布荷载w1=Y0x Y GxG2/(2xH)=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+®1xH=5.935(KN)计算由重力引起的弯矩My1=G4x(12+13)+®1x112/2=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M x1=F1X(l2+l3)=30.0948(KN*m)4.3横梁截面信息横梁截面积A=5.504X10-3(m2)横梁截面惯性矩I=2.72X10-5(m4)横梁截面模量W=3.02X10-4(m3)4.4计算横梁跟部所受的合成剪力和弯矩合成剪力:Q=(Q x12+Q y12)0.5=8.781(KN)合成弯矩:M=(M x12+M y12)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:o=M/W=170.939(MPa)<[o]=215.000(MPa),满足设计要求横梁根部的最大剪应力为:T=2X Q/A=3.846(MPa)<[T]=125.000(MPa),满足设计要求4.5变形验算计算垂直绕度f y=G4/(y0X y G)X(l2+l3)2X(3X l1-l2-l3)/(6X E X I)+®1/(Y0X Y G)X l14/(8X E X I)=0.0518(m)计算水平绕度f x=F wb/(y0X y Q)X(l3+l2)2X(3X l1-l2-l3)/(6X E X I)+ /(Y0X Y Q)X l23/(6X E X I)=0.0707(m)计算合成绕度f=(f x2+f y2)0.5=0.0877(m)f/l1=0.0117>1/100,不满足设计要求。
悬臂式标志的结构设计计算1.计算简图如下图所示2.荷载计算 (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力而添加的。
标志板单位面积质量为8.037kg/m 2,其重力为: G 1=4.4⨯2.4⨯8.037⨯9.8⨯1.1=0.9149(kN)横梁拟采用0.62032⨯Φ钢管,单位面积质量为29.15kg/m 2,其总重力为: G 2=2⨯29.15⨯5.076⨯9.8⨯1.1=3.1901(kN)立柱拟采用0.9377⨯Φ钢管,单位面积质量为81.68kg/m 2,其总重为: G 3=81.68⨯7.9⨯9.8⨯1.1=6.956(kN) 标志上部结构的总重力为:G=G 1+G 2+G 3=0.9149+3.1901+6.956=11.061(kN)有关系数将视永久荷载效应对结构构件或连接的承重能力是否有利而选取。
(2)风荷载 标志板:211101()()/100021.0 1.4[(0.5 1.2258 1.240^2)(4.42.4)]/100017.397()wb Q b h F CV W W KN γγρ=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯= 横梁:2101()()/1000211.0 1.4( 1.22580.840^2)(0.6760.2032)/100020.301()Q WH B hni F CV W H KN γγρ=⨯⎡⎤=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦=∑立柱:21101[()()/100021.0 1.4[(0.5 1.22580.840^2)(7.90.377)]/10003.271()WP Q p P F CV W H KN γγρ=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=3.横梁的设计计算由于两根横梁材料,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之半,其受力如图6.2。
图6.2 横梁受力图(尺寸单位:mm )单根横梁所承受荷载为:()()1402100.9151.0 1.20.549223.190/ 1.0 1.2/5.0760.377/22GG h G G kN G w H kN m γγγγ==⨯⨯===⨯⨯=水平荷载:()()()()121117.39738.69922/20.301/20.6760.223/wb wb wh hn F F kN w F H kN m ====⨯=⨯=(1)强度验算:横梁根部由重力引起的剪力为:()1410.5490.377 5.076 2.463y h Q G w H kN =+=+⨯=由重力引起的弯矩为:()()()221114230.3770.5490.676 2.2 5.076 6.43622y w l M G l l kN m =++=⨯++⨯=⋅横梁根部由风引起的剪力为:()1228.6990.2230.6768.850x wb Q F w l kN =+=+⨯=由风荷载引起的弯矩为:()()()22221230.2230.6768.6990.676 2.225.06922x wb w l M F l l kN m ⨯=++=⨯++=⋅横梁规格为203 6.0φ⨯,截面积为A=323.71310m -⨯,截面惯性矩为541.80310I m -=⨯,抗弯截面模量为431.77610W m -=⨯横梁根部所受的合成剪力为:()9.186Q kN ==合成弯矩为:()25.882M kN m ==⋅a.最大正应力验算横梁根部的最大正应力为:()()322max 425.88210145.7/ 1.15215247/1.77610M N mm f N mm W σγ-⨯===<⋅=⨯=⨯ b.最大剪应力验算()()322max 39.1861022 4.948/125/3.71310v Q N mm f N mm A τ-⨯=⨯=⨯=<=⨯ c.危险点应力验算 略。
(2)变形验算()()()()()()()()()24402310112323953495//3680.549/1.0 1.2100.676 2.23 5.0760.676 2.2620610 1.803100.377/1.0 1.210 5.0760.0091820610 1.80310G G y G l l w l f l l l EIEIm γγγγ--+=--+⨯⨯⨯+⨯⨯--=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯水平挠度为:()()()()()()()()()()()2202320221212323953395//33668.699/1.0 1.4100.676 2.23 5.0760.676 2.2620610 1.803100.223/1.0 1.4100.6763 5.0760.676620610 1.803100.0285wb Q Q x F l l w l l l l f l l l EIEIm γγγγ--+-=--+⨯⨯⨯+⨯⨯--=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=合成挠度为:()10.02990.029910.005895.07675f m f l ====<=0.01333,满足要求. 4.立柱的设计计算立柱所受荷载为:垂直荷载 ()0 1.0 1.211.06113.273kN G N G γγ==⨯⨯=水平荷载 ()11117.3970.301 3.27120.969wb wh wp H F F F kN =++=++= 立柱根部由永久荷载引起的弯矩为:()122 6.43612.872y y M M kN m ==⨯=⋅由风荷载引起的弯矩为:()()()1111/217.3970.301 6.65 3.2717.9/2130.612x wb wh wp M F F h F h kN m =++⨯=+⨯+⨯=⋅合成弯矩()131.245M kN m ==⋅ 由风荷载引起的扭矩为:()2225.06950.138t xl M M kN m ==⨯=⋅立柱规格为3779.0φ⨯,截面积为A=105002mm ,截面惯性矩为841.76210I mm =⨯,抗弯截面模量为539.35010W mm =⨯,截面回旋半径130i mm ==,极惯性矩为:843.52510p I mm =⨯ (1)强度验算 a.最大正应力验算()()3652213.27310131.2451010500 1.159.3510123.32/215/N M A W N mm f N mm γ⨯⨯+=+⋅⨯⨯=<= b.最大剪应力验算由剪力(水平荷载)引起的剪应力为:()32max 20.9691022 3.994/10500H H N mm A τ⨯=⨯=⨯=由扭矩引起的剪应力为:()()62max 82max max max 37750.138102226.811/3.525103.99426.81130.805/t t pH t M N mm I N mm φττττ⨯⨯===⨯=+=+=c.危险点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()()362max 52max 13.27310131.24510141.633/105009.351026.811/t N M N mm A W N mm σσττ⨯⨯==+=+=⨯==根据第四强度理论()()*224149.052/215/N mm f N mm σ=<=d.稳定性计算悬臂构件的长度系数μ=2,立柱作为中心受压直杆时,其柔度为:12 6.651020.130h iμλ⨯===,查表得稳定系数0.622ϕ=钢材弹性模量 ()3220610/E N mm =⨯ 欧拉临界应力为:()()()22232=EA/1.1=3.142061010500/1.1102=1863.5E N kN πλ⨯⨯⨯⨯,等效弯矩系数 1.0m β=()()36353,2213.27310 1.0131.245100.6221050013.273101.159.351010.810.81863.510124.79/215/,m E MN AN W N N mm f N mm βϕγ⨯⨯⨯+=+⨯⎛⎫⎛⎫⨯⨯⨯⨯-⨯-⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭=<=满足精度要求(2)变形验算由风载标准值引起的立柱顶部的水平位移为:()()()()()()()()()42101101132943394//36817.3970.301/1.0 1.410 6.6537.9 6.65620610 1.762103.271/1.0 1.4107.90.0477820610 1.76210wp Q wb wh Q p F h h F F h f h h EI EIm γγγγ--⎡⎤+⎣⎦=-++⨯⨯⨯⨯⨯-=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯ 0.047710.0060430.013,7.975p f p==<=满足要求。
立柱顶部由扭矩标准值产生的扭转角为:()()()3094/50.138/1.0 1.4107.9=0.010167910 3.52510t G pM hrad GI γγθ-⨯⨯⨯==⨯⨯⨯从图6.1可以看出,该标志结构左上点处水平位移最大,由横梁水平位移、立柱水平位移及由于立柱扭转而使横梁产生的水平位移三部分组成。
前两个位移已经求出,第三个位移近似根据θ角与横梁长度相乘得到,因此该点总的水平位移为:10.02850.04770.01016 5.0760.1278()x p f f f l m θ=++=++⨯=该点距路面高度h=7.9m 。
0.127810.016170.02,7.950f h ==<=满足要求 立柱在两根横梁之间部分由于横梁永久荷载产生的弯矩标准值而发生的转角为:()()()3019412.872/1.0 1.210 6.65//0.0019720610 1.76210y G M h EI rad θγγ-⨯⨯⨯⎡⎤===⎣⎦⨯⨯⨯,单根横梁由此引起的垂直位移为:()1 5.0760.001970.00998y f l m θ==⨯=,,横梁的垂直总位移为:()=0.0091+0.00998=0.01908nl y y f f f m =+,该挠度可作为设置横梁预拱度的依据。
5.立柱与横梁的连接(图6.3)连接螺栓拟采用A 级普通螺栓8M24,查表得每个螺栓受拉承载力设计值59.9b t N kN =,受剪(单剪)承载力设计值为76.9bvN kN =。
a)b)图6.3 主柱与横梁的链接(尺寸单位:mm )a )螺栓孔及加劲肋位置图;b )加劲肋螺栓群重心处所受外力为:合成剪力Q=9.186kN,合成弯矩M=25.882kN m ⋅ 每个螺栓所受的剪力为: ()9.186 1.1488v Q N kN n === 以横梁外壁与M 方向平行的切线为旋转轴,各螺栓距旋转轴的距离分别为:螺栓1:()()10.2030.155sin 14.8522.50.0812y m =+︒-︒= 螺栓2: ()()20.2030.155sin 14.8522.50.1962y m =+︒+︒=螺栓3:()()30.2030.155sin 14.8522.530.2552y m =+︒+︒⨯=螺栓4:()()40.2030.155sin 14.8522.550.2252y m =+︒+︒⨯=螺栓5:()()50.2030.155sin 14.8522.570.1222y m =+︒+︒⨯=螺栓6:()()60.2030.155sin 14.8522.590.0072y m =+︒+︒⨯=螺栓7:()()70.2030.155sin 14.8522.5110.0522y m =+︒+︒⨯=-螺栓8:()()80.2030.155sin 14.8522.5130.0222y m =+︒+︒⨯=-由各y 值可见,3y 距旋转轴的距离最远,其拉力332b iM y N y =∑,b M 为各螺栓拉力对旋转轴的力矩之和,则233i b N y M y =∑ (2-1)式中,22220.0810.1960.0070.176i y =++⋅⋅⋅+=∑如图6.3所示,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x 轴和y 轴,设受压区最大压应力为max c σ,则受压区压力对旋转轴产生的力矩为:(()0.4020.20320.1015c c M y dy σ=-⎰ (2-2)压应力合力绝对值为:(0.4020.2032c c N dy σ=⎰(2-3)式(8.4.2-2)、式(8.4.2-3)中c σ为距x 轴y 距离处法兰盘受压区的压应力,max0.20320.400.20322cc y σσ-=- (2-4)根据法兰盘的平衡条件:b c c i M M M N N +==∑于是()()20.203max 0.101530.203max 0.1015320.3040.101520.3040.1015i c c i N y y M y N y y y σσ+-=-=∑⎰∑⎰经整理: 43max 33max 0.690 5.58410258823.4759.889100c c N N σσ--+⨯=-⨯=解得:()()32max 29.20510.263/c N kN N mm σ==(1)螺栓强度验算0.4881,=<满足要求设悬臂法兰盘厚度20mm ,则单个螺栓的承压承载力设计值为:()30.0240.020*********.148,b c bv cN kN N kN N =⨯⨯⨯==<满足要求(2)法兰盘的确定受压侧受力最大的法兰盘区格,如图8.4.2-3所示的三边支承板,此时, 自自由边长 ()20.3101802sin 0.11928a m ︒⎛⎫=⨯= ⎪⎝⎭固定边长 ()()210.4000.2030.09852b m =-=220.09850.828,=0.0990.119b a α==查表得 该区格内的最大弯矩为:()232max max 20.09910.263100.11914.288/c M a kN m m ασ==⨯⨯⨯=⋅法兰盘所需厚度为:()0.01970.020,t m m ==<满足要求。