单悬臂式标志版结构设计计算书

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1、 单悬臂式标志版结构设计计算书单悬臂式标志版结构设计计算书 1.项目信息项目信息 项目名称 工程名称 远大路 标志类型 桩 号 设 计 詹科盟 校 对 审 核 日 期 1.设计资料设计资料 1.1 板面数据板面数据 板面高度：H = 0.80(m) 板面宽度：W = 2.80(m) 板面单位重量：W1 = 8.04(kg/m2) 1.2 横梁数据横梁数据 横梁直径：D = 0.152(m) 横梁长度：L = 3.600(m) 横梁壁厚：T = 0.010(m) 横梁间距：D1 = 0.000(m) 1.3 立柱数据立柱数据 立柱直径：D = 0.273(m) 立柱高度：L = 1.052(m)

2、 立柱壁厚：T = 0.0150(m) 立柱单位重量：W1 = 95.683(kg/m2) 2 荷载计算荷载计算 2.1 永久荷载永久荷载 各计算式中系数 1.1 系考虑有关连接件及加劲肋等的重量而添加。 2.1.1 板面重量计算板面重量计算 标志版单位重量为 8.04(kg/m2) 标志版重量： G1 = 194.07(N) = 0.1941(KN) 2.1.2 横梁重量计算横梁重量计算 G2 = 1362.493(N) = 1.3625(KN) 2.1.3 立柱重量计算立柱重量计算 G3 = 1085.101(N) = 1.0851(KN) 2.1.4 计算上部总重量计算上部总重量 G =

3、 G1 + G2 + G3 = 2641.665(N) = 2.6417(KN) 3 风荷载计算风荷载计算 3.1 标志板风力标志板风力 F1 = 0q(12CV2)(WH)/1000 = 3.690(KN) 3.2 横梁风力横梁风力 F2 = 0q(12CV2)(WH)/1000 = 0.134(KN) 3.3 立柱风力立柱风力 F3 = 0q(12CV2)(WH)/1000 = 0.315(KN) 4 横梁设计计算横梁设计计算 4.1 荷载计算荷载计算 竖直荷载 G4 = 0GG1/ 1 = 0.233(KN) 均布荷载 1 = 0GG2/H/ 1 = 0.454(KN/m) 水平荷载 F

4、wb = F1/ 1 = 3.690(KN) 水平均布荷载 2 = F2/H/ 1 = 0.167(KN/m) 4.2 强度验算强度验算 计算横梁跟部由重力引起的剪力 Qy1 = G4+1H = 1.868(KN) 计算由重力引起的弯矩 My1 = G4(l2+l3)+1l12/2 = 3.455(KN*m) (式中 l1:横梁总长，l2:悬臂板面外的长度，l3:标志板一半长度 计算横梁跟部由风力引起的剪力 Qx1 = Fwb+2l2 = 3.824(KN) 计算由风力引起的弯矩 Mx1 = Fwb(l2+l3) +2l22/2 = 8.172(KN*m) 4.3 横梁截面信息横梁截面信息 横

5、梁截面积 A = 4.461 10-3(m2) 横梁截面惯性矩 I = 1.130 10-5(m4) 横梁截面模量 W = 1.487 10-4(m3) 4.4 计算横梁根部所受的合成剪力和弯矩计算横梁根部所受的合成剪力和弯矩 合成剪力：Q = (Qx12+Qy12) = 4.256 (KN) 合成弯矩：M = (Mx12+My12) = 8.873 (KN*m) 4.5 最大正应力验算最大正应力验算 横梁根部的最大正应力为： = M W = 59.675 (MPa) = 215.000(MPa), 满足设计要求 横梁根部的最大剪应力为： = 2QA = 1.908 (MPa) = 125.0

6、00(MPa), 满足设计要求 根据第四强度理论，近似采用最大值即： =(max2+3max2) = 59.767 (MPa) = 215.000(MPa), 满足设计要求 4.6 变形验算变形验算 计算垂直绕度 fy =G4/(0G)(l2+l3)2(3l1-l2-l3)/(6EI)+1/(0G)l14/(8EI) = 0.0040(m) 计算水平绕度 fx =Fwb(0Q)(l2+l3)2(3l1-l2-l3)/(6EI)+2/(0Q)l23(3l1-l2)/(6EI) = 0.0079(m) 计算合成绕度 f =fx2+fy2 = 0.009(m) f/L1 = 0.002 0.010,

7、 满足设计要求。 5 立柱设计计算立柱设计计算 对立柱所受荷载计算如下： 5.1 荷载计算荷载计算 垂直荷载：N =0GG = 3.170(KN) 水平荷载：H =F1+F2+F3 = 4.139(KN) 水平弯矩：Mx =(F1+F2)(L-H/2)+F3L/2 = 2.659(KN*m) 立柱根部由永久荷载引起的弯矩为： My =My1 1 = 3.455(KN*m) 合成弯矩：M =Mx2+My2 = 4.360(KN*m) 风载引起的合成扭矩：Mt =Mx1 1 = 8.172(KN*m) 5.2 强度验算强度验算 立柱截面信息 立柱截面积： A = 12.158 10-3(m2) 立

8、柱截面惯性矩： I = 10.150 10-5(m4) 立柱截面模量： W = 7.436 10-4(m3) 立柱截面回转半径模量：R =I A = 0.091(m) 立柱截面惯性矩模量：Ip =2I= = 2.03 10-4(m4) 最大正应力验算 轴向荷载引起的正应力： c = N A = 0.261(MPa) 弯矩引起的正应力： w = M W = 5.863(MPa) 组合应力： Max = c+w = 6.124(MPa) 立柱根部的最大正应力为： = M W = 6.124 (MPa) = 215.000(MPa), 满足设计要求 最大剪应力验算 水平荷载引起的剪应力： Hmax

9、= 2H A= 0.681(MPa) 扭矩引起的剪应力： tMax = Mt2Ip= 5.495(MPa) 组合应力：Max = Hmax+tmax = 6.176(MPa) 立柱根部的最大剪应力为： Max = 2H A+MtD2Ip= 6.176 (MPa) = 125.000(MPa), 满足设计要求 危险点处应力验算 最大正应力位置点处，由扭矩产生的剪应力亦为最大，即 =Max = 6.124 (MPa) ，=tMax = 5.495(MPa) 根据第四强度理论的组合应力为： 4=2+32 =11.318 (MPa) = 215.000(MPa), 满足设计要求 变形验算 由风荷载标准

10、值引起的立柱顶部的水平位移： fp=(F1+F2)(L-H2)2(3L-H)(0Q6EI)+F3L30Q8EI = 0.000(m) 立柱端部的相对水平位移为： fpL = 0.000 1/100, 满足设计要求 立柱顶部扭转角： =Mth0QGIp) = 0.38310-3(rad) 标志结构最大总水平水平位移： f=fx+fp+l1 = 0.009(m) 标志结构最大相对水平位移为： fpL = 0.009 0.017, 满足设计要求 横梁垂直总位移计算： 两根横梁间部分由横梁永久荷载产生的转角： =Myh1(0QEI) = 0.09010-3(rad) 单根横梁由此引起的垂直位移： fy

11、=l1 = 0.000(m) 横梁垂直总位移： fn1=fy+fy = 0.004(m) 6 立柱与横梁的连接计算立柱与横梁的连接计算 6.1 螺栓强度验算螺栓强度验算 6.1.1 螺栓数据螺栓数据 连接螺栓拟采用 A 级 级普通螺栓 8 M 24 , 查表得： 单个螺栓受拉承载力设计值Ntb = 59.93 KN , 受剪（单剪）承载力设计值Nvb = 76.91 KN ： 合成剪力 Q = 4.256 KN , 合成弯距 = 8.873 KN*m ： 螺栓孔数目 8 ： 每个螺栓所受的剪力Nv = 0.532 KN , 基准角度 = 22.92 , 螺栓 1 : y1 = 0.077(m)

12、 螺栓 2 : y2 = 0.194(m) 螺栓 3 : y3 = 0.241(m) 螺栓 4 : y4 = 0.192(m) 螺栓 5 : y5 = 0.075(m) 螺栓 6 : y6 = -0.042(m) 螺栓 7 : y7 = -0.089(m) 螺栓 8 : y8 = -0.040(m) 由各 y 值可见，y2 距旋转轴的距离最远，其拉力N=Mby3 yi2 Mb 为各螺栓拉力对旋转轴的力矩之和 则Mb=Nyi2 /y3 式中yi2 y1+y2+ y5 = 0.144 为受拉螺栓距旋转轴的距离和 以过悬臂法兰盘圆心，分别与 M 方向重合和垂直的两根直线为 x 和 y 轴， 设受压区

13、最大压应力为cmax ，则受压区压力对旋转轴产生的力矩为： Mc=c2 (0.012+y2)0.5 *(y-0.0760)dy 压应力合力绝对值为： Nc=c2 (0.012+y2)0.5 dy 上式中c 为距 x 轴和 y 距离处法兰受压区的压应力， ccmzx =(y-0.15/2)/(0.05/2-0.15/2) 根据法兰盘的平衡条件： Mb+Mc=M Nc=Ni 经整理： 0.597N3 + 16.467(10-4)cmax = 8872.646 3.230N3 -19.038(10-3)cmax = 0 解得： N3 = 10.124(KN) cmax = 1.718(MP) 6.1

14、.2 螺栓强度验算螺栓强度验算 (NvNvb)2+(Nmax Ntb)2 = 0.169 1 满足设计要求 拟定法兰盘厚度 20.0 (mm)，则单个螺栓承压力设计值为Ncb 192.00(KN) Nv = 0.53 (KN) Ncb 满足设计要求 6.2 法兰盘的确定法兰盘的确定 受压侧受力最大的法兰盘区格为三边支撑板，其自由边长： a2 20.33sin(180.0/8) = 0.126 (m) 固定边长 b2 = 0.149(m) b2a2 = 1.180(m) 查表得： = 0.120, 因此， M = cmaxa22 = 3.292(kN*m/m) 法兰盘的厚度： t = 6Mmax

15、fb1= 0.010(m) 0.020(m), 满足设计要求。 受拉侧法兰盘的厚度，由下式求得： t = 6NaLai(D+2Lai)fb1 = 0.0111(m) 0.020(m), 满足设计要求。 6.3 加劲肋确定加劲肋确定 由受压区法兰盘的分布反力得到的剪力： Vi =0.126 0.149 1717559.878 sin(180/N) 2= 32.319(KN) 螺栓拉力所产生的剪力Vi = 10.12(KN) 加劲肋高度 Hri = 0.20(m), 厚度 Tri = 0.02(m) 剪应力为 = Vi(HriTri) = 8.08(MPa) fv = 125.00(MPa), 满足设计要求。 设加劲肋与标志立柱的竖向连接角焊缝尺寸Hf = 8.00(mm) 焊缝计算长度lw = 490.00(mm) 角焊缝的抗剪强度 = Vi(20.7helw) = 15.19(MPa) 160.00(MPa), 满足设计要求。 7 柱脚强