门架设计(优化)

广()()沿江高速公路大型可变情报板及标志门架结构设计计算书2008年5月10日一、工程概况广州至深圳沿江高速公路位于珠江三角洲经济发达地区——广州、100km/h的高速公路标准，双向八车道，路幅宽41m，桥梁长度占路线总长度90%以上。项目所在地区属南亚热带海洋季风气候区，气候温暖潮湿（年平均气温为22～22.5℃,相对湿度79～81%），雨量充沛（年平均降水量1700mm以上）；常受热带风暴和台风袭击（年平均2～3次，台风中心风力可达11～12级），为本地区主要灾害性天气。本设计即为上述广州至深圳沿江高速公路大型可变情报板及标志门架结构，风荷载为门架结构的主要荷载之一，同时要特别注重门架结构的防腐蚀设计及施工。二、结构设计采用主要规范1．《建筑结构荷载规范》GB50009-2001；2．《钢结构设计规范》GB50017-2003；3．《建筑抗震设计规范》GB50011-2001；4．《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002；5．《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001；6．《建筑结构制图标准》GB/T50105-2001；7.《公路桥梁抗风设计规范》JTG/TD60-01-2004;《道路交通标志和标线》GB5768-1999。三、结构计算采用计算机软件韩国迈达斯技术有限公司，Midas/civil7.2.0四、结构计算基本参数1．结构的设计使用年限取为50年，结构的安全等级取为二级，结构重要性系数取为1.0；2．钢材采用，并符合GB/T700-2006的规定；焊条采用E4303型，并符合GB/T5117-1995的规定；3．设计基本风速根据《公路桥梁抗风设计规范》JTG/TD60-01-2004采用深圳市百年一遇设计基本风速即38.4m/s。410kN《道路交通标志和标线》GB5768-1999当设计时速为120km/h按2m高、与路面等宽度计；5．大型可变情报板显示12个（1m×）汉字，情报板自重20kN，迎风面积一组按2m高、宽度不小于12m设计；60.80kN/m道活荷载1.00kN/m；7．抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值。五、计算简图门架为空间桁架结构，设计时采用Midas/civil建立空间杆系模型进行分析：1．34.0m宽标志牌和情报板门架模型2．21.0m标志牌和情报板门架模型六、荷载计算(一)风荷载计算风荷载基本风压W和设计基准风压W计算如下：0d（a）设计基本风速V=38.4m/s；l0（b）桥梁构件基准高度处（按30m考虑）的设计基准风速z0.1610V=KV=KV=V=45.78m/s1.0dl0l01Bl01（c）静阵风风速V=GV=1.35×45.78＝61.8m/sgdV地表类别取为B类。（d）基本风压W和设计基准风压Wd01W=＝0.5×1.25×38.4＝0.922kN/mV22202l012W=＝0.5×1.25×61.8＝2.387kN/mV222dg1．标志牌34m桁架（HJ1）风荷载计算桁架跨度34m前后弦杆轴线间距)1.2m间距离1.7m×。迎风面积按2m2榀水平桁架承受，则每榀桁架每1节点风荷载标准值为：W=(2.387kN/m××1.7m×2.1)/2=8.53kN；2其中阻力系数C=2.1。H2．标志牌21m桁架（HJ3）风荷载计算桁架跨度，桁架高度(前后弦杆轴线间距)1.5m，节间距离1.5m×142m2榀水平桁架承受，则每榀桁架每1节点风荷载标准值为：W=(2.387×2×1.5×2.1)/2=7.52kN；3．情报板34m桁架（HJ2）风荷载计算桁架跨度，桁架高度(前后弦杆轴线间距)1.5m，节间距离1.7m×20。每组情报板迎风面积按高、宽考虑，并考虑安装2组情报板，其风荷载由1榀水平桁架（上侧水平桁架）承受；同时考虑桁架自身产生的风荷载。则桁架每1节点风荷载标准值计算如下：(1)对于情报板，由风荷载产生的桁架节点水平荷载标准值为2.387×2×1.7×2.1=17.06kN；竖向荷载标准值为17.06×1.0/1.5=11.37kN；(2)对于桁架，由风荷载产生的桁架节点水平荷载标准值计算如下：桁架节间杆件面积A＝0.14×1.7×1.5＝0.581m2实面积比为0.581（1.7×1.5）；DV=0.14×61.8＝8.65>6m/s,C=1.2,C=0.9×1.2=1.082gHH桁架节点水平荷载标准值为(1.08×2.387×0.581)/2＝0.75kN4．情报板21m桁架（HJ4）风荷载计算桁架跨度，桁架高度(前后弦杆轴线间距)1.6m，节间距离1.5m×142m高、18.0m1榀水平桁架1节点风荷载标准值计算如下：（1）对于情报板，由风荷载产生的桁架节点水平荷载标准值为2.387×2×1.5×2.1=15.04kN；竖向荷载标准值为15.04×1.0/1.5=10.03kN；(2)对于桁架，由风荷载产生的桁架节点水平荷载标准值计算如下：桁架节间杆件面积A＝0.152×1.5×1.6+0.089×＝0.763m2实面积比为0.763（1.6×1.6）；DV=0.152×61.89.39>6m/s,C=1.2,C=0.8×1.2=0.962gHH桁架节点水平荷载标准值为(0.96×2.387×0.763)/2＝0.87kN5．桁架立柱（）风荷载计算（1）、ZJ2桁架节间杆件面积A＝0.299×1.42+0.1022.05+0.102×＝0.781m2实面积比为0.781（1.4×1.5）；DV=0.299×61.818.48>6m/s,C=1.1,C=0.6×1.1=0.662gHH桁架节点水平荷载标准值为(0.66×2.387×0.781)/2＝0.615kN（2）ZJ1-1、ZJ2-1桁架节间杆件面积A＝0.377×1.42+0.1022.05+0.102×＝1.418m2实面积比为1.418（1.4×1.5）；DV=0.377×61.823.3>6m/s,C=1.1,C=0.45×1.1=0.4952gHH桁架节点水平荷载标准值为(0.495×2.387×1.481)/2＝0.875kN（3）~6桁架节间杆件面积A＝0.351×1.42+0.1022.05+0.102×＝1.345m2实面积比为1.345（1.4×1.5）；DV=0.351×61.821.69>6m/s,C=1.1,C=0.45×1.1=0.4952gHH桁架节点水平荷载标准值为(0.495×2.387×1.345)/2＝0.795kN()()计算标志自重，情报板自重，分别由1榀竖向桁架承受；安装检修走道及栏杆自重0.80kN/m，安装检修走道活荷载0.50kN/m，分别由2榀竖向桁架承受；结构自重与地震作用由计算软件自动计入参与组合。1.34m标志牌桁架（HJ1）竖向荷载计算桁架跨度，桁架高度(上下弦杆轴线间距)1.5m，节间距离1.7m×20。则桁架每1节点竖向荷载标准值为：（1）恒荷载：G=10kN/20+(0.8kN/m1.7m)/2=1.18kN；（2）活荷载：Q=(1.0kN/m×1.7m)/2=0.85kN;2.标志21mHJ3(上下弦杆轴线间距1.5m141节点竖向荷载标准值为：（1）恒荷载：G=10kN/14+(0.8kN/m1.5m)/2=1.315kN；（2）活荷载：Q=(1.0kN/m×1.5m)/2=0.75kN;3.情报板34m桁架（HJ2）竖向荷载计算桁架跨度，桁架高度(上下弦杆轴线间距)1.5m，节间距离1.7m×20。则桁架每1节点竖向荷载标准值为：（1）恒荷载：G=20kN/20+(0.8kN/m1.7m)/2=1.68kN；（2）活荷载：Q=(1.0kN/m×1.7m)/2=0.85kN;4.情报板21mHJ421m，桁架高度(上下弦杆轴线间距)1.2m141节点竖向荷载标准值为：（1）恒荷载：G=20kN/14+(0.8kN/m1.5m)/2=2.029kN；（2）活荷载：Q=(1.0kN/m×1.5m)/2=0.75kN;七、计算结果及效应组合1.桁架计算结果分析荷载组合按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001进行组合，计算结果如下：（一）标志牌34mHJ1）计算结果由上表可知，各杆件的组合应力比均小于1.0，满足强度要求；且最不利荷载工况下桁架xyz（竖向）方向上最大位移分别为18.0mm、35.6mm和4.5mm，均小于L/400=42.5mm，满足结构容许变形值要求。（二）标志牌21mHJ3）计算结果由上表可知，各杆件的组合应力比均小于1.0，满足强度要求；且最不利荷载工况下桁架xyz（竖向）方向上最大位移分别为25.0mm和11.1mm，均小于L/300=70mm，满足结构容许变形值要求。（三）情报板34mHJ2）计算结果由上表可知，各杆件的组合应力比均小于1.0，满足强度要求；且最不利荷载工况下桁架xyz（竖向）方向上最大位移分别为17.8mm31.6mm和12.6mmL/400=42.5mm，满足结构容许变形值要求。（四）情报板21mHJ4）计算结果由上表可知，各杆件的组合应力比均小于1.0，满足强度要求；且最不利荷载工况下桁架xyz（竖向）方向上最大位移分别为14.5mm44.1mm和17.3mmL/400=52.5mm，满足结构容许变形值要求。2．支架柱脚计算标志牌桁架柱脚1.（1）底板厚度计算柱脚承受最大压力N=1738kN128kN.mD797mm×40mm，底板面积A=498892mm；柱脚底板与基础之间的最2大压应力设计值为：NM367973AW=6.06MPa柱脚底板按悬臂板计算时其最小厚度的验算：（a）近似地柱脚底板承受的最大弯矩设计值近似的以最大应力作为均布应力值进行区格（三边支承）计算：=0.110×6.06×191=24318(N.mm/mm)Mqa22（b）柱脚底板按设置加劲肋计算时其最小厚度为6M=(6×24318/205)1/2=26.7(mm)tf柱脚底板厚度验算满足要求。（2）支架柱脚螺栓（锚栓）计算柱脚承受的最大拉力N=1625kN，对应弯矩为127kN.m；0.906.06NMAW3679731柱脚设置8个M45的锚栓，每个锚栓承受的拉力为：N1=1625kN/12=135.4kN＜182.84kN。锚栓验算满足要求。标志牌桁架柱脚2.（1）底板厚度计算柱脚承受最大压力N=1001kN，对应弯矩为50kN.m。柱脚底板规格D719mm×40mm，底板面积A=406020mm；柱脚底板与基础之间的最2大压应力设计值为：NM10011063AW=3.84MPa7193柱脚底板按悬臂板计算时其最小厚度的验算：（a