单柱式式标志结构计算书

单柱式式标志结构计算书1 结构概况
1.1 结构尺寸
1) 立柱：
规格：∅89x4.5x2300 (mm)
2) 标志板：
矩形265x340x3.0
1.2 计算控制
1) 结构重要性系数：Ro = 1.0
2) 设计风速：V = 30.6 (m/s)
1.3 结构总体图
2 校核内容和标准
2.1 计算校核主要依据
[1] 《道路交通标志和标线》GB 5768
[2] 《道路交通标志板及支撑件》GB/T 23827
[3] 《公路交通标志和标线设置规范》JTG D82
[4] 《钢结构设计规范》GB 50017
[5] 《混凝土结构设计规范》GB 50010
[6] 《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T 3098.1
[7] 《一般工业用铝及铝合金挤压型材》GB/T 6892
[8] 《建筑地基基础设计规范》GB 50007
[9] 《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360-01)
2.2 材料机械性能
钢材的物理性能指标
2.3 材料强度设计值
钢材的强度设计值[Q235]（N/mm^2）
2.4 螺栓设计强度
连接螺栓的强度设计值（N/mm^2）
2.5 地脚螺栓设计强度
地脚螺栓的强度设计值（N/mm^2）
2.6 刚度校核标准
结构刚度设计值（mm）
3 荷载计算
3.1 永久荷载
考虑有关连接件及加劲肋等的重量，所有上部结构的总重力按照110%计。

1) 标志板重力：
G1 = 0.007(kN)
2) 立柱重力：
G2 = 0.211(kN)
3) 上部结构总重力：
G = (G1 + G2) * 1.1 = 0.240(kN)
3.2 风荷载
标志板（1）
F wb1=γoγQ ⎝
⎛
⎭
⎪
⎫
1
2ρCV
2×A
1000= 0.043(kN)
式中：ρ-----------------------1.2258(g/m3)γO-----------------------1.0
γQ-----------------------1.4
C-----------------------1.2
V-----------------------30.6(m/s)
A-----------------------0.09(m2)立柱（1）
F wp1=γoγQ ⎝
⎛
⎭
⎪
⎫
1
2ρCV
2×A
1000= 0.029(kN)
式中：ρ-----------------------1.2258(g/m3)
γO-----------------------1.0
γQ-----------------------1.4
C-----------------------0.8
V-----------------------30.6(m/s)
A-----------------------0.18(m2)
4 立柱根部受力计算
1) 立柱根部由标志板风力引起的弯矩：
M x1 = 0.093(kN*m)
2) 立柱根部由立柱风力引起的弯矩：
M x2 = 0.029(kN*m)
5 立柱强度校核
5.1 荷载计算：
1) 垂直荷载：
N = γ0γG*G = 0.288(kN)
2) 水平荷载：
H = 0.071(kN)
3) 风荷载引起的弯矩：
M = 0.122(kN)
5.2 立柱截面信息
1) 立柱规格：∅89×4
2) 立柱截面积：A = 1194.6(mm²)
3) 立柱截面惯性矩：
I = 0.107×10-5(m4)
4) 立柱截面模量：
W = 0.240×10-4(m3)
5.3 最大正应力验算
1) 轴向荷载引起的正应力：
σc= N
A= 0.241(MPa)
2) 弯矩引起的正应力：
σw= M
W= 5.058(MPa)
3) 组合应力：
σMax = σc + σw = 5.299(MPa)<f = 215.0 (MPa) [通过] 5.4 最大剪应力验算
水平荷载引起的剪应力：
τHmax= 2×F
A= 0.120(MPa) <fv = 125.0 (MPa) [通过]
5.5 危险点处应力验算
对于圆柱形立柱截面，通过圆心与X-X轴成45°的直线与截面中心线的交点处于复杂应力状态，正应力和剪应力均比较大，应对该点进行应力状态分析。

1) 计算危险点的位置
x = y = 0.0890 - 0.0045
2×sin(π/4) = 0.0299(m)
2) 计算危险点处的正应力
σ = M*y
I= 3.395(MPa)
3) 计算危险点处的剪应力
τ = F×S x
I×(2t)= 0.084(MPa)
4) 根据形状改变必能理论(即第四强度理论)进行校核，在此应力状态下，三个主应力分别为：
σ1= σ
2+ (
σ
2)
2 + τ2)
σ2= 0
σ3= σ
2-(
σ
2)
2 + τ2
5) 代入第四强度理论公式，可得到如下强度条件：
σ4= (σ2 + 3×τ2) = 3.399(MPa) <1.1f = 236.5 (MPa) [通过]
6 立柱顶端挠度计算
1) 标志板风力引起的立柱顶部挠度：
ƒ1 = 0.0005 (m)
2) 立柱风力引起的立柱顶部挠度：
ƒ2 = 0.0001 (m)
3) 扭转产生的顶部挠度：
ƒ3 = 0.0000 (m)
4) 立柱顶部合成挠度：
ƒ = ƒ1 + ƒ2 + ƒ3 = 0.0006 (m)
5) 挠度校核：
e = ƒx / H = 0.001 / 2.300 = 0.000< 1/75 = 0.013 [通过]
7 柱脚法兰盘校核
7.1 结构尺寸及基础数据
1) 法兰盘数据：
横向宽度L = 0.600 (m)
纵向宽度B = 0.600 (m)
螺栓边距L t = 0.050 (m)
7.2 受力情况
1) 铅直力：G = γ0γG G = 1.0×0.9×0.240 = 0.216 (kN)
2) 水平力：F = 0.071 (kN)
3) 合成弯矩：M = 0.122 (kN*m)
7.3 底板法兰盘受压区的长度Xn
1) 偏心距：e = M
G=
0.122
0.216= 0.562 (m)
2) 基础采用C25砼，n = E s
E c=
206.0×103
2.80×104
= 7.357 (m)
3) 地脚螺栓拟采用12M30规格，受拉地脚螺栓的总面积：
A a
e= 4×5.606×10
-4= 22.424×10-4(m2)
4) 受压区的长度Xn根据下式试算求解：
X n3+ 3(e -L
2)X n
2-
6nA
a
e
B×(e +
L
2- L t)(L - L t- X n) = 0
式中：
e = 0.56(m)
L = 0.60(m)
B = 0.60(m)
n = 7.36
A e = 22.42 * 10^-4(m2)
L t = 0.05(m)
求解该方程，得Xn = 0.213(m)
7.4 底板法兰盘下的混凝土最大受压应力
σc=
2×G×(e+L/2-L t)
B×X n×(L-L t-X n/3)= 0.006 (MPa) < β*fcc = 26.609 (MPa) [通过]
7.5 地脚螺栓强度验算
受拉侧地脚螺栓的总拉力
T a= G×(e - L/2 + X n/3)
L - L t- X n/3= 0.2 (kN) < 22.4 × 185.0 = 414.8 (kN) [通过]
7.6 对水平剪力的校核
由法兰盘和混凝土的摩擦力产生的水平抗翦承载力为：V fb = 0.4(G + T a) = 0.15 (kN) > H = 0.071 (kN) [通过]
7.7 柱脚法兰盘厚度的验算
法兰盘肋板数目为：4
受压侧法兰盘的支撑条件按照两相邻边支撑板考虑
自由边长a2 = 1.414 * L / 2 = 0.424(m)
固定边长b2 = a2/2 = 0.212(m)
b2 / a2 = 0.500
查表得：α= 0.060
M max = α*σc*(a2)^2 = 0.062(kN*m/m)
7.8 法兰盘的厚度
法兰盘肋板数目为：4
t = 6×M max
f b1= 0.0013 (m) < 0.040 (m) [通过]
受拉侧法兰盘的厚度，由下式求得：
t =
6×N a×L ai
(D+2×L ai)f b1= 0.0007 (m) < 0.040 (m) [通过]
7.9 地脚螺栓支撑加劲肋计算
1) 由混凝土的分布反力得到的剪力：
V i = a ri*L ri*σc = 0.144 (kN) > N ta = 0.038 (kN) [通过]
2) 地脚螺栓支撑加劲肋的高度和厚度为：
高度H ri = 0.150(m), 厚度T ri = 0.010(m)
τR=
V i
H ri T ri= 0.096 (MPa) < 120.0 (MPa) [通过]
3) 设加劲肋与标志立柱的竖向连接角焊缝尺寸H f = 10.0(mm)
τ =
V i
2×0.7×h e L w= 0.079 (MPa) < 160.0 (MPa) [通过]
8 基础校核8.1 基本数据
1) 基础尺寸：
单层基础
长度L = 1.000 (m) (顺道路方向尺寸)
宽度W = 1.000 (m) (垂直于道路方向尺寸)
高度H = 1.200 (m)
埋设厚度T = 0.000 (m)
2) 荷载数据：
上部结构总重G = 0.240 (kN)
水平荷载F = 0.071 (kN)
风荷载引起的弯矩M x = 0.122 (kN*m)
永久荷载引起的弯矩M y = 0.000 (kN*m)
3) 控制参数：
地基容许应力F a = 150.000 (kPa)
混凝土重度γ= 24.00(kN/m³)
8.2 基底荷载计算
1) 竖向总荷载：N = G + γ* V = 29.04 (kN)
2) 静土压力引起的弯矩：
M x1 = 1.35 (kN*m)
M y1 = 1.35 (kN*m)
3) 考虑静土压力产生的弯矩，对原有的弯矩荷载进行修正：
M x = M x- M x1 = -1.23 (kN*m)
取：M x = 0
M y = M y- M y1 = -1.35 (kN*m)
取：M y = 0
8.3 基底应力验算
1) 按照轴心受压计算的基底平均应力为：
P k= N
A= 29.04 (kPa) < f a = 150.00 (kPa) [通过]
2) 基底应力的最大值为：
σmax= N
A+
M x
W x+
M y
W y= 29.04 (kPa) < f a × 1.2 = 180.00 (kPa) [通过]
3) 基底应力的最小值为：
σmin= N
A-
M x
W x-
M y
W y= 29.04 (kPa) > 0 [通过]
8.4 基础倾覆稳定性验算
e x= M x
N= 0.000 (m)
e y= M y
N= 0.000 (m)
e0= e x2 + e y2= 0.000 (m)
抗倾覆稳定系数：K0= y
e0= 1.#IO > 1.2 [通过]。