单悬臂式标志结构设计计算书

1、 单悬臂式标志结构设计计算书1 设计资料 1.1 板面数数据 1)标标志板A数据 板面面形状：矩形，宽宽度 W=3.33(m)，高度 h=2.22(m)，净空 H=5.55(m) 标志志板材料料：LF22-M铝。单单位面积积重量：8.110(kkg/mm2) 1.2 横梁数数据 横梁梁的总长长度：5.448(mm)，外径径：1522(mmm)，壁厚厚：8(mmm)，横梁梁数目：2，间距距：1.445(mm) 1.3 立柱数数据 立柱柱的总高高度：8.116(mm)，立柱柱外径：3777(mmm)，立柱柱壁厚：10(mm)2 计算简简图 见DDwg图纸3 荷载计计算 3.1 永久荷荷载 1)标标

2、志版重重量计算算 标志志板重量量：Gb=A*g=7.22688.1009.80=5766.2999(NN) 式中：A-标志板板面积-标志板板单位面面积重量量 g-重力加加速度，取9.80(m/s2) 2)横横梁重量量计算 横梁梁数目2，总长长度为5.448(mm)，使用用材料：奥氏体体不锈钢钢无缝钢钢管，单单位长度度重量：28.8399(kgg/m) 横梁梁总重量量：Gh=L*g*n=55.488288.833999.8002=30996.6698(N) 式中：L-横梁的的总长度度-横梁单单位长度度重量 g-重力加加速度，取9.80(m/s2) 3)立立柱重量量计算 立柱柱总长度度为8.115

3、8(m)，使用用材料：奥氏体体不锈钢钢无缝钢钢管，单单位长度度重量：91.8744(kgg/m) 立柱柱重量：Gp=L*g=8.115891.87449.80=73445.5515(N) 式中：L-立柱的的总长度度-立柱单单位长度度重量 g-重力加加速度，取9.80(m/s2) 4)上上部结构构总重量量计算 由标标志上部部永久荷荷载计算算系数1.110,则上部部结构总总重量: GG=K*(Gbb+Ghh+Gpp)=11.100(5576.2999+30096.6988+73345.5155)=1121220.3364(N) 3.2 风荷载载 1)标标志板所所受风荷荷载 标志志板A所受风风荷载:

4、 FFwb=0*Q*(1/2*C*V22)*AA=11.01.44(0.551.2255811.225.54772)7.26=48878.8266(N) 式中：0-结构重重要性系系数，取取1.00Q-可变荷荷载分项项系数，取1.4-空气密密度，一一般取1.222588(N*S22*m-4) C-标志板板的风力力系数，取取值1.220 V-风速，此此处风速速为25.5477(m/s22) g-重力加加速度，取9.80(m/s2) 2)横横梁所迎迎风面所所受风荷荷载: FFwh=0*Q*(1/2*C*V22)*WW*H=1.011.4(00.51.2225880.9025.54772)0.1522

5、1.7111=1131.1177(N) 式中：C-立柱的的风力系系数，圆圆管型取取值0.990 W-横梁迎迎风面宽宽度，即即横梁的的外径 H-横梁迎迎风面长长度，应应扣除被被标志板板遮挡部部分 3)立立柱所迎迎风面所所受风荷荷载: FFwp=0*Q*(1/2*C*V22)*WW*H=1.011.4(00.51.2225880.9025.54772)0.37778.1588=115500.1882(NN) 式中：C-立柱的的风力系系数，圆圆管型立立柱取值值0.990 W-立柱迎迎风面宽宽度，即即立柱的的外径 H-立柱迎迎风面高高度4 横梁的的设计计计算 由于于两根横横梁材料料、规格格相同，根根据

6、基本本假设，可可认为每每根横梁梁所受的的荷载为为总荷载载的一半半。 单根根横梁所所受荷载载为： (标标志牌重重量) 竖直直荷载:G44=0*G*GGb/nn=1.011.25766.2999/22=3445.7779(N) 式中：0-结构重重要性系系数，取取1.00G-永久荷荷载(结构自自重)分项系系数，取取1.22 n-横梁数数目，这这里为2 (横横梁自重重视为自自己受到到均布荷荷载) 均布布荷载:1=0*G*GGh/(n*LL)=11.01.2230096.6988/(225.48)=3339.1147(N) 式中：L-横梁的的总长度度 (标标志牌风风荷载) 水平平荷载：Fwbbh=FFw

7、b/n=448788.8226/22=24439.4133(N) 4.1 强度验验算 横梁梁根部由由重力引引起的剪剪力为: QQG=GG4+1*LLh = 3445.7779 + 3339.14774.91 = 220111.5002(NN) 式中：Lh-横梁端端部到根根部的距距离,扣除与与立柱连连接部分分的长度度 由重重力引起起的弯矩矩: MMG=Gb*Lb+1*LLh22/2 = 5766.299933.3662 + 3339.11474.99122/2 = 60227.8826(N*MM) 式中：Gb-每根横横梁所承承担的标标志板重重量 Lbb-标志板板形心到到横梁根根部的间间距 横梁梁

8、根部由由风荷载载引起的的剪力: QQw= Fwbbh+FFwh= 24439.4133+1331.1117=25770.5531(N) 式中：Fwbbh-单根横横梁所承承担的标标志板所所传来的的风荷载载 Fwwh-单根横横梁直接接承受的的风荷载载 横梁梁根部由由风荷载载引起的的弯矩: MMw= Fwbbi*LLwbii + Fwhhi*LLwhii = 24339.44133.3362 + 1145.55880.7611 = 83112.2291(N*MM) 横梁梁规格为为15228，截面面面积A=33.6119110-3(mm2)，截面面惯性矩矩I=99.411100-66(m4)，截面面抗

9、弯模模量I=11.2338110-4(mm3) 横梁梁根部所所受到的的合成剪剪力为:Qhh= (QG2+QQw22)11/2= (220111.500222+25570.53112)1/2= 32664.0011(N) 合成成弯矩:Mhh= (MG2+MMw22)11/2= (660277.822622+83312.29112)1/2= 102267.8566(N*M) 1)最最大正应应力验算算 横梁梁根部的的最大正正应力为为:max= M/W= 102267.8566/(11.2338110-4)= 822.9331(MMPa) d = 2215(MPaa)，满足足要求。 2)最最大剪应应力

10、验算算 横梁梁根部的的最大剪剪应力为为:max= 2*Q/AA= 2232264.0111/(33.6119110-3)= 1.8044(MPPa) d = 1125(MPaa)，满足足要求。 3)危危险点应应力验算算 根据据第四强强度理论论，、近似采采用最大大值即:4= (maxx2 + 33maxx2)1/2= (822.933122 + 311.800422)11/2= 822.999(MPPa) d= 2115(MMPa)，满足足要求。 4.2 变形验验算 横梁梁端部的的垂直挠挠度： ffy = Gb*lb2*(3*LLh-llb)/(0*G*66*E*I) + 1*LLh44/(0*

11、G*88*E*I) = 3445.77793.33622(344.911-3.3622)/(1.001.2662110.000110999.4110-6) + 3399.144744.9114/(1.011.282210.0010999.411100-66) = 133.5227(mmm) 式中：Gb-标志板板自重传传递给单单根横梁梁的荷载载 lbb-当前标标志板形形心到横横梁根部部的间距距 水平平挠度： ffx = Fwbb*lbb2*(3LLh-llb)/(0*G*66*E*I) + 2*LL233*(33Lh-l2)/(0*G*66*E*I) = 24439.41333.36222(34

12、.991-33.3662)/(1.011.262210.0010999.411100-66) + 76.611.77123(344.911-1.7122)/(1.001.2662110.000110999.4110-6) = 222.3886(mmm) 合成成挠度： ff= (fx2 + fyy2)1/2= (222.388622 + 13.52772)1/2= 26.1555(mmm) f/Lh = 00.02261555/44.911= 00.00053 00.011，满足足要求。5 立柱的的设计计计算 立柱柱根部受受到两个个方向的的力和三三个方向向的力矩矩的作用用，竖直直方向的的重力、水

13、水平方向向的风荷荷载、横横梁和标标志板重重力引起起的弯矩矩、风荷荷载引起起的弯矩矩、横梁梁和标志志板风荷荷载引起起的扭矩矩。 垂直直荷载：N= 0*G*GG= 11.0001.20121120.3644= 1145444.4436(N) 水平平荷载：H= Fwbb+Fwwh+FFwp= 48878.8266+2662.2235+15550.1182= 66691.2433(N) 立柱柱根部由由永久荷荷载引起起的弯矩矩： MMG= MGhh*n= 60027.82662= 1220555.6553(NN*M) 式中：MGhh-横梁由由于重力力而产生生的弯矩矩 n-横梁数数目，这这里为2 由风风荷

14、载引引起的弯弯矩： MMw= Fwbb*Hbb+Fwhh*Hhh+Fwwp*HHp/22= 3348002.2293 + 118700.6009 + 63323.4522= 4429996.3354(N*mm) 合成成弯矩 MM= (MG2+MMw22)11/2= (1120555.66532+4429996.33542)1/22=4446544.5009(NN*m) 由风风荷载引引起的扭扭矩： MMt= n*MMwh= 283112.2291= 1666244.5881(NN*m) 式中：Mwhh-横梁由由于风荷荷载而产产生的弯弯矩 立柱柱规格为为3777100，截面面积为A=11.1553

15、110-2(mm2)，截面面惯性矩矩为I=11.9443110-4(mm4)，抗弯弯截面模模量为W=11.0331110-3(mm3)，截面面回转半半径i=00.133(m)，极惯惯性矩为为Ip=3.888510-4(m44) 立柱柱一端固固定，另另一端自自由，长长度因数数=2。作为为受压直直杆时，其其柔度为为：=*HHp/ii= 228.1588/0.13= 1226，查表表，得稳稳定系数数=0.4577 5.1 强度验验算 1)最最大正应应力验算算 轴向向荷载引引起的压压应力： c= N/AA= 1145444.4436/(1.1533100-22)(PPa)= 1.2611(MPPa)

16、由弯弯矩引起起的压应应力： w= M/WW= 4446554.5509/(1.0311100-33)(PPa)= 433.3331(MMPa) 组合合应力:maxx= c+w= 1.2261+43.3311= 444.5592(MPaa)c/(*d)+c/d= 1.2261/(0.45772115)+43.3311/2115= 0.2214 11，满足足要求。 2)最最大剪应应力验算算 水平平荷载引引起的剪剪力： Hmaax= 2*HH/A= 266991.2243/(1.1533100-22)(PPa)= 1.1611(MPPa) 由扭扭矩引起起的剪力力： tmaax= Mt*D/(2*II

17、p)= 1666244.588100.3777/(233.8885110-4)(Pa)= 88.0666(MMPa) 合成成剪力：maxx=Hmaax+tmaax= 1.1161+8.0066= 9.2277(MPPa) d= 1225.000(MMPa)，满足足要求。 3)危危险点应应力验算算 最大大正应力力位置点点处，由由扭矩产产生的剪剪应力亦亦为最大大，即 =maxx= 444.5592(MPaa), =maxx= 99.2227(MMPa) 根据据第四强强度理论论:4= (2+3*2)1/2= (444.599222+39.22272)1/22= 447.3369(MPaa) d= 2

18、115(MMPa)，满足足要求。 5.2 变形验验算 立柱柱顶部的的变形包包括，风风荷载引引起的纵纵向挠度度、标志志牌和横横梁自重重引起的的横向挠挠度、扭扭矩引起起的转角角产生的的位移。 风荷荷载引起起的纵向向挠度： ffp= (Fwwb1+Fwhh1)*h12*(3*hh-h11)/(0*Q*66*E*I) + FFwp11*h3/(0*Q*88*E*I) = (48878.8266+2662.2235)7.13332(38.1158-7.1133)/(11.0001.406221010911.9443110-4) + 15550.18228.15883/(1.001.44088211011

19、0991.9433100-44) = 0.001511(m) ffp/DD= 00.01151/8.1158= 0.0022 0.001，满足足要求。 立柱柱顶部由由扭矩标标准值产产生的扭扭转角为为： =Mtt*h/(0*Q*GG*Ipp)= 166624.58118.1588/(11.0001.40)79910093.888510-4= 0.00332(rrad) 式中：G-切变模模量，这这里为79(GPaa) 该标标志结构构左上点点处水平平位移最最大，由由横梁水水平位移移、立柱柱水平位位移及由由于立柱柱扭转而而使横梁梁产生的的水平位位移三部部分组成成。该点点总的水水平位移移为： ff= f

20、fx+ffp+*l11= 00.0222+00.01151+0.0003225.20= 0.0544(m) 该点点距路面面高度为为7.770(mm) ff/h= 0.0544/7.70= 0.0077 1/660，满足足要求。 由结结构自重重而产生生的转角角为： =Myy*h11/(0*G*EE*I)= 1120555.66537.1133/(1.001.220221010911.9443110-4)= 0.00118(rrad) 单根根横梁由由此引起起的垂直直位移为为: ffy=*l11= 00.000184.991= 0.000866(m) 横梁梁的垂直直总位移移为: ffh=ffy+ff

21、y= 0.0144+0.00886= 0.0022(m) 该挠挠度可以以作为设设置横梁梁预拱度度的依据据。6 立柱和和横梁的的连接 连接接螺栓采采用六角角螺栓12MM14，查表表，每个个螺栓受受拉承载载力设计计值Ntt=117.559(KKN)，受剪剪承载力力设计值值Nvv=225.006(KKN) 螺栓栓群处所所受的外外力为：合成剪剪力Q=33.2664(KKN)，合成成弯矩M=110.2268(KN*M) 每个个螺栓所所承受的的剪力为为：Nv=Q/nn= 33.2664/112= 0.2272(KN) 以横横梁外壁壁与M方向平平行的切切线为旋旋转轴，旋旋转轴与与竖直方方向的夹夹角： =at

22、tan(MG/Mw)= aatann(60027.83/83112.229)= 0.6277(raad)= 355.955 则各各螺栓距距旋转轴轴的距离离分别为为： 螺栓1：y1= 0.1522/2 + 00.1661ssin(0.6627- 10.226188)= 0.1134(m) 螺栓2：y2= 0.1522/2 + 00.1661ssin(0.6627+ 10.226188)= 0.2201(m) 螺栓3：y3= 0.1522/2 + 00.1661ssin(0.6627+ 30.226188)= 0.2235(m) 螺栓4：y4= 0.1522/2 + 00.1661ssin(0.6

23、627+ 50.226188)= 0.2226(m) 螺栓5：y5= 0.1522/2 + 00.1661ssin(0.6627+ 70.226188)= 0.1177(m) 螺栓6：y6= 0.1522/2 + 00.1661ssin(0.6627+ 90.226188)= 0.1101(m) 螺栓7：y7= 0.1522/2 + 00.1661ssin(0.6627+ 1110.26118)= 0.0188(m) 螺栓8：y8= 0.1522/2 + 00.1661ssin(0.6627+ 1330.26118)= -00.0449(mm) 螺栓9：y9= 0.1522/2 + 00.16

24、61ssin(0.6627+ 1550.26118)= -00.0883(mm) 螺栓10：y100= 00.1552/22 + 0.1161sinn(0.6277+ 11700.26618)= -0.0074(m) 螺栓11：y111= 00.1552/22 + 0.1161sinn(0.6277+ 11900.26618)= -0.0025(m) 螺栓12：y122= 00.1552/22 + 0.1161sinn(0.6277+ 22100.26618)= 00.0551(mm) 螺栓栓3对旋转转轴的距距离最远远，各螺螺栓拉力力对旋转转轴的力力矩之和和为： MMb=NN3*yi2/yy3

25、 其中：yi2= 0.220944(m2) yi= 1.14338(mm) 受压压区对旋旋转轴产产生的力力矩为： MMc=c*(2*(R22-r2)1/22)*(y-rr)dyy 式中：c-法兰受受压区距距中性轴轴y处压应应力 R-法兰半半径，这这里为0.2211(m) r-横梁截截面半径径，这里里为0.0076(m) 压应应力合力力绝对值值： NNc=c*(2*(R22-r2)1/22)dyy 又c/cmaax = (yy-r)/(RR-r) 根据据法兰的的平衡条条件：Mb+Mc=M， Ncc=Ni，求解解得： NN3=99.255(KNN) cmaax=11.6994(MMPa) 6.1

26、螺栓强强度验算算 (Nv/Nvv)2 + (NNmaxx/NNt)2)1/2= (00.2772/225.006)2 + (99.255/177.599)22)11/2= 0.5266 1，满足足要求。 悬臂臂法兰盘盘的厚度度是20mmm，则单单个螺栓栓的承压压承载力力设计值值： NNc= 0.00140.0024400103= 1122(KNN)， Nvv=0.2722(KNN) Ncc，满足足要求。 6.2 法兰盘盘的确定定 受压压侧受力力最大的的法兰盘盘区隔为为三边支支撑板： 自由由边长度度：a2=(0.4222-0.1522)ssin(PI/4)= 0.1911(m) 固定定边长度度：

27、b2=(0.4222-0.1522)/22= 00.1335(mm) b22/a22= 00.1335/00.1991= 0.7707，查表表，=0.0888，因此此该区隔隔内最大大弯矩为为： MMmaxx = *cmaax*aa222= 00.088811.699400.199122= 55.4117(KKNM) 法兰兰盘的厚厚度： tt= (6*MMmaxx/f)1/2= 654117.111/(21551006)11/2= 122.3(mm) lt= 200(mmm)，满足足要求。 受拉拉侧法兰兰需要的的厚度： tt= 6*NNmaxx*Laai/(D+2*LLai)*f11/2= 66

28、922500.0085/(00.022+20.0085)2115110661/22 = 10.75(mm) lt= 200(mmm)，满足足要求。 6.3 加劲肋肋的确定定 由受受压区法法兰盘的的分布反反力得到到的剪力力： VVi= aRii*lRRi*cmaax= 0.11910.11351.6694106(NN)= 43.6722(KNN) 螺栓栓拉力产产生的剪剪力为：V3=N3= 9.25(KN) 加劲劲肋的高高度和厚厚度分别别为：hRii= 00.200(m), ttRi= 0.02(m)，则剪剪应力为为： R= Vi/(hRRi*ttRi)= 4436771.77/(00.2000.

29、02)= 110.9918(MPaa) 设加加劲肋与与横梁的的竖向连连接焊缝缝的焊脚脚尺寸 hff=0.01(m)，焊缝缝计算长长度：lw=0.220(mm)，则角角焊缝的的抗剪强强度：f= VVi/(2*00.7*he*lw)= 4436771.77/(220.700.0110.20)= 115.2231(MPaa) 1660(MMPa)，满足足要求。7 柱脚强强度验算算 7.1 受力情情况 地脚脚受到的的外部荷荷载： 铅垂垂力：G= 0*G*GG=1.000.9121120.3644 = 109908.3277(N) 水平平力：F=666911.2443(NN) 式中：G-永久荷荷载分项项

30、系数，此此处取0.99 合成成弯矩：M=4446554.5509(N*mm) 扭矩矩：Mt= 1666244.5881(NN*m) 7.2 底板法法兰受压压区的长长度Xn 偏心心距：e= M/GG= 4446554.5509/109908.3277= 44.0994(mm) 法兰兰盘几何何尺寸：L=11.200(m)；B=11.000(m)；Lt=0.004(mm) 地脚脚螺栓拟拟采用16MM30规格，受受拉侧地地脚螺栓栓数目n=8，总的的有效面面积： AAe = 85.661 = 444.888(cmm2) 受压压区的长长度Xn根据下下式试算算求解： XXn33 + 3*(e-LL/2)*X

31、nn2 - 66*n*Ae*(e+L/22-Ltt)*(L-LLt-XXn) = 00 XXn33 + 8.6681*Xn2 + 1.0033*Xnn - 1.1163 = 00 求解解该方程程，得最最佳值：Xn = 00.3008(mm) 7.3 底板法法兰盘下下的混凝凝土最大大受压应应力验算算 混凝凝土最大大受压应应力： c= 2 * G * (e + L/2 - Ltt) / BB * Xn * (L - Ltt - Xn/3) = 21109008.3327(4.0944 + 1.220/22 -00.044) / 11.0000.3088(11.200 - 0.004 - 0.308

32、8/3)(PPa) = 0.3312(MPaa) c*ffcc = (1.88022.600 / 1.00011.200)00.511.90(MPaa)=223.5501(MPaa)，满足足要求！ 7.4 地脚螺螺栓强度度验算 受拉拉侧地脚脚螺栓的的总拉力力： TTa = G*(e - LL/2 + XXn/33) / (LL - Lt - XXn/33) = 1009088.3227(4.0094 - 11.200/2 + 00.3008/33) / (11.200 - 0.004 - 0.3088/3)(N) = 377.1005(KKN) F = 6.6911(KNN) 7.6 柱脚法法

33、兰盘厚厚度验算算 法兰兰盘勒板板数目为为8 对于于三边支支承板： 自由由边长 a22 = 0.3313(m)，固定定边长 b22 = 0.222(mm) bb2 / a22 = 0.7704，查表表得： = 0.0087, 因此， MM1 = *c*(a2)2 = 00.088733115562.56880.31332 = 226600.7884(NN*m/m) 对于于相邻支支承板： 自由由边长 a22 = 0.3313(m)，固定定边长 b22 = 0.3377(m) bb2 / a22 = 1.2207，查表表得： = 0.1121, 因此， MM2 = *c*(a2)2 = 00.122133115562.56880.31332 = 336911.6334(NN*m/m) 取MMmaxx = maxx(M11, MM2) = mmax(26660.7784, 36691.6344) = 36691.6344(N*m/mm) 法兰兰盘的厚厚度： tt = (6*Mmaax/ffb1)0.5 = 6636691.6344/(2210106)0.5 (m) = 110.33(mmm) 200(mmm), 满足要要求。 受拉拉侧法兰兰盘的厚厚度： tt = 6 * NNa * Laai / (D + Laai1 + LLai) * fb11 00.5 = 646