公路路牌-单悬臂(2F).xls

单悬臂标志（一）结构验算一、计算简图二、荷载计算1）永久荷载：式中系数1.1系考虑法兰盘、加劲肋等构件重量而添加。标志牌单位重量（M1）为：8.037 kg/m2标志牌长L1：5.5 米宽B1：3 米其重力为：横梁外径 壁厚G1 =L1*B1*M1*9.8*1.1=1.430（KN）0.1680.01 横梁拟采用2168X8，单位重量（M2）为：38.965174 kg/m横梁长度L2为：6 米其重力为：立柱外径 壁厚G2 =2*M2*L2*9.8*1.1=5.041（KN）0.3770.014 立柱拟采用299X14，单位重量（M3）为：125.32975 kg/m立柱长度L3为：8 米其重力为：横梁法兰外径G3 =M3*L3*9.8*1.1=10.808（KN）0.4标志上部结构的总重量：螺孔排列直径G =G1+G2+G3=17.279（KN）0.322）风荷载：标志板：风速V取：31.3 m/s风力系数C取：1.2Fwb1 =r0rQ(1/2*C*V2）*（L1*B1）/1000 =16.645（KN）横梁：风速V取：31.3 m/s风力系数C取：0.8 横梁宽度（B2）：0.168 米Fwh1 =r0rQ(1/2*C*V2）*2*（L2-L1）*B2/1000 =0.113（KN）立柱：风速V取：31.3 m/s风力系数C取：0.8 立柱宽度（B3）：0.377 米Fwp1 =r0rQ(1/2*C*V2）*L3*B3/1000 =2.028（KN）3）横梁的设计计算：单根横梁所受的荷载为：竖向荷载：G4=r0rG*G1/2=0.858（KN）w1=r0rG*G2/2/L2=0.504（KN）水平荷载：Fwb =Fwb1/2=8.322（KN）w2=Fwh1/2/（L2-L1）=0.113（KN）（1）强度验算：横梁根部由重力引起的剪力为：Qy1=G4+w1*L2=3.882（KN）横梁根部由重力引起的弯距为：My1=G4（l2+l3)+w1l12/2=11.861（KN.m）横梁根部由风荷载引起的剪力为：Qx1=Fwb+w2*l2=8.379（KN）横梁根部由风荷载引起的弯距为：Mx1=Fwb（l2+l3)+w2l22/2=27.061（KN.m）合成剪力：Q=Qy12+Qx12 =9.234（KN）合成弯矩：M=My12+Mx12 =29.547（KN.m）横梁规格为168X8，截面积A为：0.0049637 m2截面惯性矩I为：1.55513E-05 m4抗弯截面模量W为：0.00018513 m3最大正应力验算：max=M/W=159.595（Mpa）d=215（Mpa）最大剪应力计算：max=2*Q/A=3.721（Mpa）d=125（Mpa）危险点应力计算：危险点所在位置：*=2+32 =159.725（Mpa）（2）变形验算：垂直挠度：fy=G4/（r0rG）*（l2+l3）2（3l1-l2-l3）/6EI +w1/（r0rG）*l14/8EI=0.0270 m水平挠度：fx=Fwb/（r0rG）*（l2+l3）2（3l1-l2-l3）/6EI +w2/（r0rG）*l23（3l1-l2）/6EI=0.0482 m合成挠度：f=fy12+fx12 =0.0553 mf /l1 =0.00920941/100可4）立柱的设计计算：立柱计算尺寸：h1=6.5 mh=8 m 立柱所受的荷载为：垂直荷载：N=r0rG*G=20.734（KN）水平荷载：H=Fwb1 +Fwh1 +Fwp1=18.786（KN）立柱根部由永久荷载引起的弯矩为：My=2*My1=23.721（KN.m）由风载引起的弯矩为：Mx=（Fwb1+Fwh1）*h1+Fwp1*h2/2=117.037（KN.m）合成弯矩：M=My2+Mx2 =119.417（KN.m）由风载引起的扭矩为：Mt=2*Mx1=54.123（KN.m）立柱规格为299X14，截面积A为：0.0159656 m2截面惯性矩I为：0.000263362 m4抗弯截面模量W为：0.00139715 m3截面回转半径 i：0.128435295 m极惯性矩Ip为：0.000526724 m4悬臂梁的长度系数=2立柱的柔度：=h1/i=101查表得稳定系数：=0.622（1）强度验算：最大正应力验算：轴向荷载引起的压应力c=N/A=1.299（Mpa）弯矩引起的压应力w=M/W=85.472（Mpa）组合应力 max=w+c=86.770（Mpa）c/d+w/d=0.4071可最大剪应力验算：由剪力引起的剪应力：Hmax=2*H/A=2.353（Mpa）由扭矩引起的剪应力：tmax=Mt*/2/Ip=19.369（Mpa）max=tmax+Hmax=21.722（KN）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：=max=86.770（Mpa）=tmax=19.369（Mpa）根据第四强度理论：4*=2+32 =88.906（Mpa）d（2）变形验算由风载标准值引起的立柱顶部的水平位移：fp=（Fwb1+Fwh1）/（r0rQ）*h12（3h-h1）/6/E/I +Fwp1/（r0rQ）*h4/8/E/I =0.0289 mfp/D=0.0036121111/100可立柱顶部由扭矩标准值产生的扭转角为：=Mt/（r0rQ）*h/G/Ip=0.007432 rad该标志结构左上点水平位移最大，其位移值为：f=fx+fp+*l1=0.122 mf/h=0.0152103841/60可5）立柱与横梁的连接：螺栓外径螺栓内径连接螺栓拟采用A级普通螺栓0.0240.0201 每个螺栓的受拉承载力设计值Ntb=53.94（KN）受剪承载力设计值Nvb=76.91（KN）螺栓群重心处所受外力为：合成剪力Q=9.234（KN）合成弯矩M=29.547（KN.m）每个螺栓所受的剪力为Nv=Q/n=1.154（KN）旋转轴与X方向所成的角度为：0.41（弧度）各螺栓距旋转轴的距离分别为：y1=0.071 my2=0.188 my3=0.243 my4=0.206 my5=0.097 my6=-0.020 my7=-0.075 my8=-0.038 my=0.672my2=0.159 m由各y 值可见，y3距旋转轴的距离最远，Mb为各螺栓拉力对旋转轴的力矩之和，Mb=N3yi2/y3受压区对旋转轴产生的力矩为：Mc=c（2 0.1852-y2（y0.084）dy压应力合力绝对值：Mc=c（2 0.1852-y2）dyc/cmax=（y-0.168/2）/（0.37/2-0.168/2）根据法兰盘的受力条件：Mb+Mc=MNc=Ni解得：N3=36.48456362 KN cmax=12.03143208 Mpa（1）螺栓强度验算：（Nv/Nvb）2+（Nmax/Ntb）2=0.6771可设悬臂法兰盘厚度20mm，则单个螺栓的承压承载力设计值Ncb=0.024*0.020*400*1000=192KN，Nv=1.154Ncb可（2）法兰盘的确定：受压侧受力最大的法兰盘区格为三边支撑板，此时，自由边长a2=2*0.242/2*sin（180/8）=0.070413752 m固定边长为b2=1/2*（0.4-0.168）=0.116mb2/a2=1.647查表可得：=0.124该区格内得最大弯矩为：Mmax=*cmax*a22=7.397 Mpa法兰盘所需厚度：t=6*Mmax/fb1=0.0151 m20mm可依3号螺栓的受力条件，法兰盘所需的厚度为：t=6*N3*lai/fb1/（D+2lai）=0.0215m20mm可（3）加劲肋的确定：由受压区法兰盘的分布反力得到的剪力：Vi=aRi*lRi*cmax=116.0266 KN 螺栓拉力产生的剪力：V3=N3=36.4846 KN 设加劲肋的高度何厚度分别为：hRi=0.2mtRi=0.02 m宽度lRi=0.1 m剪应力为：R=Vi/（hRi*tRi）=29.007 Mpa设加劲肋与横梁的竖向连接焊缝尺寸hf=8mm焊缝计算长度lw=0.2 m则角焊缝的抗剪强度：f=Vi/（2*he*lw）=51.798 Mpa160Mpa6）柱脚强度确定：（1）受力情况：铅直力G=15.551 KN 水平力H=18.786 KN 合成弯矩M=119.417（KN.m）扭矩Mt=54.123（KN.m）2）底板法兰盘受压区的长度xn：偏心距 e=M/G=7.679 m法兰盘的几何尺寸：L=0.85 mB=0.85 mlt=0.1基础采用C25砼，则ES=210000（MpaEC=28000（Mpa）n=ES/EC=7.5受拉地脚螺栓（8M30）的总有效面积：Aae=0.0016818 m2xn根据下式求解：xn3+3（e-L/2)xn2-6nAea(e+L/2-lt)(L-lt-xn)/B=0-0.001997085解得：xn=0.1405 m3）底板法兰盘下的混凝土最大受压应力：c=2G（e+L/2-lt）/B/xn/（L-lt-xn/3）=2.964（Mpa）cfcc=31.94（Mpa）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）=161.464（KN）F=18.786（KN）可6）柱脚法兰盘厚度的验算：受压侧法兰盘的支撑条件对三边支承板，a2=0.269238816 mb2=0.2365 mb2/a2=0.878查表可得：=0.103因此：M=ca22=22.134（KN.m/m）对两相邻边支承板：a2=0.3745039 mb2=0.195 mb2/a2=0.521查表可得：=0.063因此：M=ca22=26.194（KN.m/m）取Mmax=26.194（KN.m/m）法兰盘的厚度：t=6Mmax/fb1 =0.0284 m30mm受拉侧法兰盘的厚度：t=6Ntalai/（D+lai+lai）/f =0.0272Ta/3=53.821（KN）加劲肋的高度和厚度为：hRi=0.4500 mtRi=0.02 m剪应力为R=Vi/（hRi*tRi）=14.493（Mpa）d=125（Mpa）设加劲肋与标志立柱的竖向连接角焊缝尺寸hf=10mm，焊缝计算长度lw=0.25-0.01=0.24m，则角焊缝的抗剪强度为：f=Vi/（2helw）=38.820（Mpa）160MPa可7）基础验算：设基础由两层构成：上层宽Wf1=2.2m高Hf1=2.2m长Lf1=3.1m2.2m高Hf2=0.1m长Lf2=3.1m设基础基础单位重量为：下层宽Wf2=24KN/m3基底容许应力：150KPa基底所受竖向荷载为：N=G+rV=393.743（KN）水平荷载：H=18.786（KN）由风载引起的弯矩Mx=（Fwb1+Fwh1）（h1+Hf1+Hf2）+Fwp1*（h/2+Hf1+Hf2）=160.244（KN.m）由永久荷载引起的弯矩My=23.721（KN.m）由风荷载引起的扭矩Mt=54.123（KN.m）（1）基底应力验算：基底应力最大值：max=N/A+Mx/Wx+My/Wy=112.696 KPa0（2）基底合力偏心距验算：e0/=1-min/（N/A）=0.9521.2可（4）基础滑动稳定验算：设基础地面与土基间的摩擦系数为0.3，则基础抗滑动稳定系数：Kc=6.291.2可