單柱式標(biāo)志結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書1設(shè)計資料1.1板面數(shù)據(jù)1)標(biāo)志板B數(shù)據(jù)板面形狀：矩形，寬度W=1.18(m)，高度h=0.69(m)，凈空H=2.0(m)標(biāo)志板材料：LF2-M鋁。單位面積重量：8.10(kg/m^2)1.2立柱數(shù)據(jù)立柱的總高度：2.59(m)，立柱外徑：89(mm)，立柱壁厚：4(mm)2計算簡圖見Dwg圖紙3荷載計算3.1永久荷載1)標(biāo)志版重量計算標(biāo)志板重量：Gb=A*ρ*g=0.814×8.10×9.80=64.631(N)式中：A----標(biāo)志板面積ρ----標(biāo)志板單位面積重量g----重力加速度，取9.80(m/s^2)2)立柱重量計算立柱總長度為2.59(m)，使用材料：碳素鋼、合金鋼無縫鋼管，單位長度重量：8.385(kg/m)立柱重量：Gp=L*ρ*g=2.59×8.385×9.80=212.834(N)式中：L----立柱的總長度ρ----立柱單位長度重量g----重力加速度，取9.80(m/s^2)3)上部結(jié)構(gòu)總重量計算由標(biāo)志上部永久荷載計算系數(shù)1.10,則上部結(jié)構(gòu)總重量:G=K*(Gb+Gp)=1.10×(64.631+212.834)=305.212(N)3.2風(fēng)荷載1)標(biāo)志板所受風(fēng)荷載標(biāo)志板B所受風(fēng)荷載:Fb=γ0*γQ*[(1/2*ρ*C*V^2)*A]=1.0×1.4×[(0.5×1.2258×1.2×25.547^2)×0.8142]=547.154(N)式中：γ0----結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0γQ----可變荷載分項系數(shù)，取1.4ρ----空氣密度，一般取1.2258(N*S^2*m^-4)C----標(biāo)志板的風(fēng)力系數(shù)，取值1.20V----風(fēng)速，此處風(fēng)速為25.547(m/s^2)g----重力加速度，取9.80(m/s^2)2)立所迎風(fēng)面所受風(fēng)荷載:Fwp=γ0*γQ*[(1/2*ρ*C*V^2)*W*H]=1.0×1.4×[(0.5×1.2258×0.80×25.547^2)×0.089×2.00]=79.746(N)式中：C----立柱的風(fēng)力系數(shù)，圓管型立柱取值0.80W----立柱迎風(fēng)面寬度，即立柱的外徑H----立柱迎風(fēng)面高度，應(yīng)扣除被標(biāo)志板遮擋部分4強度驗算由立柱的外徑89(mm)，壁厚4(mm)。則立柱的截面積A=1.068×10^-3(m^2)，截面慣性矩I=9.668×10^-7(m^4)，截面抗彎模量W=2.173×10^-5(m^3)。立柱根部由風(fēng)荷載引起的彎矩：M=Fwb*Hb+Fwp*Hp=547.154×2.345+79.746×1.00=1362.823(N*m)式中：Fwb----標(biāo)志板受到的風(fēng)荷載Hb----標(biāo)志板形心到立柱根部的距離Fwp----立柱迎風(fēng)面受到的風(fēng)荷載Hp----立柱迎風(fēng)面形心到立柱根部的距離立柱根部由風(fēng)荷載引起的剪力：F=Fwb+Fwp=547.154+79.746=626.90(N)式中：Fwb----標(biāo)志板受到的風(fēng)荷載Fwp----立柱迎風(fēng)面受到的風(fēng)荷載4.1最大正應(yīng)力驗算立柱根部由風(fēng)荷載引起的最大正應(yīng)力為：σmax=M/W=1362.823/(2.173×10^-5)(Pa)=62.728(MPa)<[σd]=215.00(MPa)，滿足要求。4.2最大剪應(yīng)力驗算立柱根部由風(fēng)荷載引起的最大剪應(yīng)力為：τmax=2*F/A=2×626.90/(1.068×10^-3)(Pa)=1.174(MPa)<[τd]=125.00(MPa)，滿足要求。4.3危險點應(yīng)力驗算對圓柱型立柱截面，通過圓心與X-X軸成45°的直線與截面中心線的交點處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，正應(yīng)力和剪應(yīng)力均比較大，應(yīng)對該點進行應(yīng)力狀態(tài)分析。危險點所在的位置為：x=y=(0.089-0.004)/2*sin(π/4)=0.0301(m)危險點處的正應(yīng)力為:σ=M*y/I=1362.823×0.0301/(9.668×10^-7)=42.362(MPa)危險點處剪應(yīng)力為：τ=F*Sx/(I*2*t)=626.90×1.022×10^-5/(9.668×10^-7×2×0.004)=0.828(MPa)式中：Sx----立柱危險點截面的靜距I----立柱截面慣性矩根據(jù)第四強度理論：σ4=(σ^2+3*τ^2)^1/2=(42.362^2+3×0.828^2)^1/2=42.386(MPa)<[σd]=215.00(MPa),滿足要求。5立柱變形驗算本標(biāo)志包括一塊標(biāo)志板，其中標(biāo)志板所受風(fēng)荷載視作作用在幾何形心的集中荷載，標(biāo)志板與基礎(chǔ)之間所夾立柱所承受的風(fēng)荷載視作均布荷載。立柱的總高度2.59(m)5.1由集中荷載產(chǎn)生的撓度1)立柱頂部由標(biāo)志板集中荷載產(chǎn)生的撓度：fb=[P*h^2/(6*E*I)]*(3*L-h)=[390.825×2.345^2/(6×210×10^9×9.668×10^-7)]×(3×2.59-2.345)=0.0096(m)式中：P----標(biāo)志板受到的集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值，P=Fwb/(γ0*γQ)h----標(biāo)志板形心到立柱根部的垂直距離E----立柱材料的彈性模量I----立柱橫斷面的慣性矩L----立柱的總高度5.2由均布荷載產(chǎn)生的撓度最下側(cè)標(biāo)志牌下緣與基礎(chǔ)上緣之間立柱迎風(fēng)面由均布荷載產(chǎn)生的撓度:f'=q*h^4/(8*E*I)=28.481×2.00^4/(8×210×10^9×9.668×10^-7)=0.0003(m)式中：q----立柱迎風(fēng)面均布荷載平均值,q=(1/2*ρ*C*V^2)*Wh----最下側(cè)標(biāo)志下緣與基礎(chǔ)上緣之間的距離，即立柱迎風(fēng)面高度5.3由均布荷載產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角由均布荷載導(dǎo)致立柱產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角:θ=q*h^3/(6*E*I)=28.481×2.00^3/(6×210×10^9×9.668×10^-7)=0.000187(rad)綜上：立柱頂部總的變形撓度：f=fb+f'+tanθ*(Lp-h)=0.0096+0.0003+tan(0.000187)×(2.59-2.00)=0.010(m)f/L=0.010/2.59=0.004<0.01,滿足要求。6柱腳強度驗算6.1受力情況地腳受到的外部荷載：鉛垂力：G=γ0*γG*G=1.0×0.9×305.212=274.691(N)水平力：F=626.90(N)式中：γG----永久荷載分項系數(shù)，此處取0.9由風(fēng)載引起的彎矩：M=1362.823(N*m)6.2底板法蘭受壓區(qū)的長度Xn偏心距：e=M/G=1362.823/274.691=4.961(m)法蘭盤幾何尺寸：L=0.30(m)；B=0.30(m)；Lt=0.02(m)地腳螺栓擬采用4M16規(guī)格，受拉側(cè)地腳螺栓數(shù)目n=2，總的有效面積：Ae=2×1.57=3.14(cm^2)受壓區(qū)的長度Xn根據(jù)下式試算求解：Xn^3+3*(e-L/2)*Xn^2-6*n*Ae*(e+L/2-Lt)*(L-Lt-Xn)=0Xn^3+13.984*Xn^2+0.064*Xn-0.018=0求解該方程，得最佳值：Xn=0.034(m)6.3底板法蘭盤下的混凝土最大受壓應(yīng)力驗算混凝土最大受壓應(yīng)力：σc=2*G*(e+L/2-Lt)/[B*Xn*(L-Lt-Xn/3)]=2×274.691×(4.961+0.30/2-0.02)/[0.30×0.034×(0.30-0.02-0.034/3)](Pa)=1.034(MPa)<βc*fcc=(0.60×0.60/0.30×0.30)^0.5×11.90(MPa)=23.80(MPa)，滿足要求！6.4地腳螺栓強度驗算受拉側(cè)地腳螺栓的總拉力：Ta=G*(e-L/2+Xn/3)/(L-Lt-Xn/3)=274.691×(4.961-0.30/2+0.034/3)/(0.30-0.02-0.034/3)(N)=4.928(KN)<n*T0=2×24.02=48.04(KN)，滿足要求。6.5對水平剪力的校核由法蘭盤和混凝土的摩擦所產(chǎn)生的水平抗剪承載力為：Vfb=k(G+Ta)=0.40×(0.275+4.928)=2.081(KN)>F=0.627(KN)6.6柱腳法蘭盤厚度驗算法蘭盤肋板數(shù)目為4受壓側(cè)法蘭盤的支撐條件按照兩相鄰邊支撐板考慮自由邊長a2=0.176(m)固定邊長b2=0.088(m)b2/a2=0.50查表得：α=0.06,因此，Mmax=α*σ*(a2)^2=0.06×1034331.446×0.176^2=1923.888(N*m/m)法蘭盤的厚度：t=(6*Mmax/fb1)^0.5=[6×1923.888/(210×10^6)]^0.5(m)=7.4(mm)<10(mm),滿足要求。受拉側(cè)法蘭盤的厚度：t={6*Na*Lai/[(D+Lai1+Lai)*fb1]}^0.5={6×2463.871×0.191/[(0.016+0.191+0.191)×210×10^6]}^0.5(m)=5.8(mm)<10(mm),滿足要求。6.7地腳螺栓支撐加勁肋由混凝土的分布反力得到的剪力：Vi=αri*Lri*σc=0.176×0.088×1034331.446(N)=16.032(KN)>Ta/n=4.928/2=2.464(KN),滿足要求。地腳螺栓支撐加勁肋的高度和厚度為：高度Hri=0.20(m),厚度Tri=0.01(m)剪應(yīng)力為：τ=Vi/(Hri*Tri)=16032.396/(0.20×0.01)=8.016(MPa)<fv=125.00(MPa),滿足要求。加勁肋與標(biāo)志立柱的豎向連接角焊縫尺寸Hf=0.006(mm),焊縫長度Lw=0.2(mm)角焊縫的抗剪強度：τ=Vi/(2*Hf*Lw)=16032.396/(2×0.006×0.20)=6.263(MPa)<160(MPa),滿足要求。7基礎(chǔ)驗算上層基礎(chǔ)寬WF=0.60(m),高HF=0.60(m),長LF=0.60(m),下層基礎(chǔ)寬WF=0.90(m),高HF=0.20(m),長LF=0.90(m)基礎(chǔ)的砼單位重量24.0(KN/M^3),基底容許應(yīng)力290.0(KPa)7.1基底應(yīng)力驗算基底所受的外荷載為：豎向荷載：N=Gf+G=9.072+0.305=9.377(KN)式中：Gf----基礎(chǔ)自重，Gf=24.0×0.378=9.072(KN)G----上部結(jié)構(gòu)自重水平荷載：H=0.627(KN)彎矩：M=∑Fwbi