高速公路门架钢结构设计计算书.doc

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1、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设计计算书一、 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、东莞、深圳，沿狮子洋、 伶仃洋东岸，本项目采用设计时速为 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（ 平均气 温为 2222.5,相对湿度 7981%），雨量充沛（ 平均降水量 1700mm 以上） 常受热带风暴和台 风袭击（年平均 23 次，台风中心风力可达 1112 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

2、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GB 50009-20062户外广告设施钢结构技术规程CECS148：20033钢结构设计规范GB 50017-20034建筑抗震设计规范GB 50011-20085建筑钢结构焊接技术规程JGJ 81-20026钢结构工程施工质量验收规范GB 50205-20017建筑结构制图标准GB/T 50105-2001。8、道路交通标志和标线GB576819999、公路交通标志板JT/T279200410、结构用无缝钢管GB/T1862199911、高速公路交通工程钢构件防腐技术条

3、件 GB/T182262000三、结构计算采用计算机软件 计算软件采用 MIDAS/Gen V7.3.0.四、结构计算基本参数1 结构的设计使用 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 Q235-B，并符合 GB/T 700-2006 的规定 焊条采用 E4303 型，并符合 GB/T 5117-1995的规定；3 基本风压取为 =0.9216kN/（设计基本风速 38.4m/s）,地面粗糙度 B 类 ;4门架式标志上部标志牌的最大面积按 49.48 计算，荷载取值为 10kN，按不利布置在门架中部 1415 米范围内位置；5 大型可变情报板显示 12

4、 个（1m1m）汉字，情报板重 20kN，迎风面积 18 ，按不利布 置在门架中部 1415 米范围内位置，高度按 1.5 米计算（偏保守）。6 其他附属设施荷载：A、情报板安装检修走道及栏杆重 1.0kN/m，安装检修走道活荷载 1.00kN/m；7 抗震设防烈度 7 度，设计基本地震加速度值 0.10g。 五、计算结果（）标示牌门架整体计算结果1.计算模型1结构计算模型（说明：柱脚均为刚接柱脚，从左至右分别为 14 米跨，17 米跨，21 米跨，24.75 米跨标 示牌门架计算模型）2、荷载取值本工程所在地区抗震设防基本烈度为 7 度，设计基本地震加速度值为 0.1g，设计地震分组为第 一

5、组，设计特征周期值取 0.45s。(一)恒载标准值计算 ：标示牌自重 10kN，按不利布置在门架中部 1415 米范围内位置：10/140.72 kN/m情报板重 20kN，迎风面积 18 ，按不利布置在门架中部 1215 米范围内位置：20/121.67 kN/m；情报板安装检修走道及栏杆重 1.0kN/m 分布在两根上弦上，每根 0.5kN/m；(二)活荷载标准值计算 ： 安装检修走道活荷载 1.0kN/；(三)风荷载标准值计算 ：（a）基本风压 W0 =0.9216kN/（b ）风荷载体型系数 s =1.30 ;（c）地面粗糙度类别取为 B 类，迎风面平均高度按 30m,风压高度变化系数

6、 z =1.42;（d）风振系数 z 的计算为：标志牌门架结构的振周期约为 T1=0.524s，脉动增大系数 =2.146;情报板门架结构的振周期约为 T1=0.63s，脉动增大系数 =2.206;门架结构的平均高度 H 与宽度 B 之比 H/B0.50，脉动影响系数 =0.44;振型系数Z =1.0;风振系数 z = 1+2.146 0.44 1.0 = 1.67 （情报板：1.684） Z =1+（e）风荷载标准值：1.422w = z s z w0= 1.67 1.30 1.42 0.9216= 2.84KN / m2 （情报板：2.86 kN/）标志牌风荷载：49.48 /14m/1.

7、5*2.84=6.69 kN/ 情报板风荷载： 1.5*2.86=4.29kN/，分布范围约 1415m14 米跨标志牌门架截面信息317 米跨标志牌门架截面信息21 米跨标志牌门架截面信息24.75 米跨标志牌门架截面信息截 截 截 截 规 规 材 材 备 备 截 截 截 截 规 规 材 材 备 备 1P 2 9 9 X 1 2Q2 3 5 B 圆 圆 圆 7P 3 2 5x12 Q2 3 5 B 圆 圆 圆 2 P 27 3x 12 Q2 3 5 B 圆 圆 圆 10 P 8 9 x 6 Q2 3 5 B 圆 圆 圆 3 P 20 3X 10 Q2 3 5 B 圆 圆 圆 12 P 1 4

8、 0x 7 Q2 3 5 B 圆 圆 圆 5P 152 X 8 Q2 3 5 B 圆 圆 圆 1 3 P 12 1x 6 Q2 3 5 B 圆 圆 圆 414 米、17 米跨标志牌门架恒荷载布置（单位：kN/m）21 米、24.75 米跨标志牌门架恒荷载布置（单位：kN/m）14 米、17 米跨标志牌门架活荷载布置（单位：kN/）521 米、24.75 米跨标志牌门架活荷载布置（单位：kN/）14 米、17 米跨标志牌门架风荷载布置（单位：kN/）21 米、24.75 米跨标志牌门架风荷载布置（单位：kN/）63、荷载组合1、1.35D + 1.4(0.7)L2、1.2D + 1.4L3、1.

9、0D + 1.0L4、1.2D + 1.4w15、1.2D - 1.4w16、1.0D + 1.0w17、1.0D - 1.0w18、1.2D + 1.4L + 1.4(0.6)w19、1.2D + 1.4L - 1.4(0.6)w110、1.0D + 1.4L + 1.4(0.6)w111、1.0D + 1.4L - 1.4(0.6)w112、1.2D + 1.4(0.7)L + 1.4w113、1.2D + 1.4(0.7)L - 1.4w114、1.0D + 1.0(0.7)L + 1.0w115、1.0D + 1.0(0.7)L - 1.0w116、1.2(D+0.5L) + 1.3(

10、1.0)ex17、1.2(D+0.5L) + 1.3(1.0)ey18、1.2(D+0.5L) + 1.3(1.0)exy4、计算结果包络支座反力 17包络支座反力 2第一振型（21 米跨门架水平振动）第二振型（24.75 米跨门架水平振动）8第三振型（14 米跨门架水平振动）第四振型（17 米跨门架水平振动）14 米跨标志牌门架整体位移（1.0D+1.0W）（单位：mm）917 米跨标志牌门架整体位移（1.0D+1.0W）（单位：mm）21 米跨标志牌门架整体位移（1.0D+1.0W）（单位：mm）24.75 米跨标志牌门架整体位移（1.0D+1.0W）（单位：mm）10标志牌门架钢构件包络

11、应力比标志牌门架计算结果完全满足规范规定的位移应力控制标准.（二）情报板门架整体计算结果1.计算模型结构计算模型（说明：柱脚均为刚接柱脚，从左至右分别为 14 米跨，17 米跨，21 米跨，24.75 米跨标 示牌门架计算模型）2、荷载取值（见标志牌部分）1114 米跨情报板门架截面信息17 米跨情报板门架截面信息1221 米跨情报板门架截面信息24.75 米跨情报板门架截面信息截 截 截 截 规 规 材 材 备 备 截 截 截 截 规 规 材 材 备 备 1P 2 9 9 X 1 2Q2 3 5 B 圆 圆 圆 7P 3 2 5x12 Q2 3 5 B 圆 圆 圆 2 P 27 3x 12

12、Q2 3 5 B 圆 圆 圆 10 P 8 9 x 6 Q2 3 5 B 圆 圆 圆 3 P 20 3X 10 Q2 3 5 B 圆 圆 圆 12 P 1 4 0x 7 Q2 3 5 B 圆 圆 圆 5P 152 X 8 Q2 3 5 B 圆 圆 圆 1 3 P 12 1x 6 Q2 3 5 B 圆 圆 圆 1314 米、17 米跨情报板门架恒荷载布置（单位：kN/m）21 米、24.75 米跨情报板门架恒荷载布置（单位：kN/m）1414 米、17 米跨情报板门架活荷载布置（单位：kN/）21 米、24.75 米跨情报板门架活荷载布置（单位：kN/）1514 米、17 米跨情报板门架风荷载布

13、置（单位：kN/）21 米、24.75 米跨情报板门架风荷载布置（单位：kN/）3、荷载组合（同标志牌部分）4、计算结果16包络支座反力 1包络支座反力 217第一振型（21 米跨门架水平振动）第二振型（14 米跨门架水平振动）第三振型（24.75 米跨门架水平振动）18第四振型（17 米跨门架水平振动）14 米跨情报板门架整体位移（1.0D+1.0W）（单位：mm）17 米跨情报板门架整体位移（1.0D+1.0W）（单位：mm）1921 米跨情报板门架整体位移（1.0D+1.0W）（单位：mm）24.75 米跨情报板门架整体位移（1.0D+1.0W）（单位：mm）情报板门架钢构件包络应力比

14、情报板门架计算结果完全满足规范规定的位移应力控制标准.205、刚接柱脚计算：注：X方向是指垂直于钢柱截面高度Hc的方向，Y方向是指垂直于钢柱截面宽度Bc的方向，灰底蓝字部分按实际设计输入。325X12钢柱验算(取最大反力进行计算)验算依据：混凝土结构设计规范（GB50010-2002）钢结构设计规范（GB50017-2003）高层建筑钢-混凝土组合结构设计规程（CECS230:2008）高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-98）材质钢构件等级Q235GJCf215N/m2fv125N/m2Es206000N/m2锚栓等级Q235aft180N/m2直径45面积1306mm2混凝土等级C30

15、fc14.30N/m2Ec30000N/m2主筋等级HRB335N/m2fy300.00N/m2箍筋等级HPB235N/m2fys210.00N/m2内力轴力设计值N845.00KN弯矩设计值Mx26.00KN.mMy26.00KN.m剪力设计值Vx8.00KNVy61.00KN圆钢管柱直径Dc325mm壁厚Tc12mm底板验算Y方向的尺寸B455mmX方向的尺寸L455mm厚度T40mm板底混凝土平均压应力Sigma4.08N/m2fc = 14.3，满足！板厚验算Tmin128mm底板受弯，取最不利值Tmin20mm底板受拉，取最不利值21Tmin330mm构造要求TTmin满足！水平抗剪

16、 验算柱脚抗剪承载力Vfb338.00KNVfb=0.4*N柱脚剪力设计值Vmax61.52KNVmaxVfb满足！可不设置抗剪件！抗剪栓钉总承载力enf*Nv1403.52KN折减系数0.8抗剪栓钉所受剪力Vf0.00KNVf=Vmax-Vfb0Vfenf*N满足！锚栓受拉 及底 板下 混凝 土受 压验 算锚栓数量nx4个ny4个总数8个Mx受拉侧 锚栓总面积Ae5224mmAe =nx*A0总受拉承载力Tab752.26KNTab=Ae *ft ，折减系数aa0.8偏心距e30.77mme=Mx/N锚栓边距Lt100mm偏心判别点L/676mmL/6+Lt/3109mm底板受压区长度Xnc

17、、Ta 均与 Xn 无关！mm手册 P291 表8-3底板混凝土最大压应力c5.74N/mm2fc = 14.3，满足！总拉力设计值Ta0.00KNTab = 752.256，满足！My受拉侧 锚栓总面积aAe52242mmA a=n *Aey 0总受拉承载力Tab752.26KNTab=Ae *ft ，折减系数aa0.8偏心距e30.77mme=My/N锚栓边距Bt99mm偏心判别点B/676mmB/6+Bt/3109mm底板受压区长度Xnc、Ta 均与 Xn 无关！mm手册 P291 表8-3底板混凝土最大压应力c5.74N/mm2fc = 14.3，满足！总拉力设计值Ta0.00KNTa

18、b = 752.256，满足！锚固长度la1200mmlamin25D，手册 P458lamin1125mmlalamin满足！a2a22加劲肋及 焊缝 验算板高HR280mm板宽lR180mm板厚tR16mm总数量8个沿钢管柱圆周均布板底 反力悬臂板区格长度lR159mm取方形底板边线至圆钢管柱的最大距离悬臂板区格宽度aR128mm沿钢管柱圆周均布反力产生的加劲肋剪力V1116.61KNV =l *a * ，V =A *f a1 R Rc2 0 t单个锚栓拉力产生的加劲肋剪力V2235.08KN取单个锚栓的最大受拉承载力，不考虑折 减加劲肋验算R52.472N/mfv = 170，满足！双面

19、角焊 缝验 算焊脚尺寸hf10mm焊缝长度lw400mm焊缝应力验算f43.73N/m2fvw = 170，满足！注：X方向是指垂直于钢柱截面高度Hc的方向，Y方向是指垂直于钢柱截面宽度Bc的方向，灰底蓝字部分按实际设计输入。299X12钢柱验算(取最大反力进行计算)验算依据：混凝土结构设计规范（GB50010-2002）钢结构设计规范（GB50017-2003）高层建筑钢-混凝土组合结构设计规程（CECS230:2008）高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-98）钢结构连接节点设计手册（中国建筑工业出版社2005年4月第二版）P286298材质钢构件等级Q235GJCf215N/mm2f

20、v125N/mm2Es206000N/mm2锚栓等级Q235aft180N/mm2直径45面积1306mm2混凝土等级C30fc14.30N/mm2Ec30000N/mm2主筋等级HRB335N/mm223fy300.00N/mm2箍筋等级HPB235N/mm2fys210.00N/mm2抗剪焊钉直径22mmeNv109.65KN内力轴力设计值N842.00KN弯矩设计值Mx26.00KN.mMy26.00KN.m剪力设计值Vx8.00KNVy62.00KN圆钢管柱直径Dc299mm壁厚Tc12mm底板验算平行于My偏心方向的尺寸B455mm平行于Mx偏心方向的尺寸L455mm厚度T40mm板

21、底混凝土平均压应力Sigma4.07N/mm2fc = 14.3，满足！板厚验算Tmin125mm底板受弯，取最不利值Tmin20mm底板受拉，取最不利值Tmin330mm构造要求TTmin满足！锚栓受拉及底 板下混 凝土受 压验算锚栓数量nx4个ny4个总数12个Mx受拉侧锚栓My受拉 侧锚栓总面积Ae5224mmAe =nx*A0总受拉承载力Tab752.26KNTab=Ae *ft ，折减系数0.8aa偏心距e30.88mme=Mx/N锚栓边距Lt100mm偏心判别点L/676mmL/6+Lt/3109mm底板受压区长度Xnc、Ta 均与Xn 无关！mm手册 P291 表8-3底板混凝土

22、最大压应力c5.72N/mm2fc = 14.3，满足！总拉力设计值Ta0.00KNTab = 752.256，满足！总面积aAe52242mmA a=n *Aey 0总受拉承载力Tab752.26KNT =A a*f a，折减系数0.8ab et偏心距e30.88mme=My/N锚栓边距Bt99mm偏心判别点B/676mmB/6+Bt/3109mm底板受压区长度Xnc、Ta 均与Xn 无关！mm底板混凝土最大压应力c5.72N/mm2fc = 14.3，满足！a2a24总拉力设计值Ta0.00KNTab = 752.256，满足！锚固长度la1200mmlamin25Dlamin1125mm

23、lalamin满足！加劲肋及焊缝 验算板高HR280mm板宽lR180mm板厚tR16mm总数量8个沿钢管柱圆周均布板底反力悬臂板区格长度lR172mm取方形底板边线至圆钢管柱的最大距离悬臂板区格宽度aR117mm沿钢管柱圆周均布反力产生的加劲肋剪力V1115.74KNV =l *a * ，V =A *f a1 R Rc2 0 t单个锚栓拉力产生的加劲肋剪力V2235.08KN取单个锚栓的最大受拉承载力，不考虑折减加劲肋验算R52.472N/mmfv = 170，满足！双面角焊缝验 算焊脚尺寸hf10mm焊缝长度lw400mm焊缝应力验算f43.73N/mm2fvw = 170，满足！6、钢管

24、塔法兰连接计算1、法兰设计参数输入值:1.1 弯矩设计值 M =18.4(kN*m)1.2 下压力设计值 N =861(mm)1.3 法兰内径: 273(mm)1.4 定位园直径 373(mm)1.5 法兰外径: 473(mm)1.6 螺栓数量(偶数): 12*273x12 钢管连接1.7 螺(锚)栓材质为 10.9 级粗制螺栓抗拉强度设计值 fy =500 (N/mm2)2 、判断中和轴位置:M/N= 21.3705 (mm) = 内径/2 = 60.5 (mm) 中和轴(旋转轴)在管外壁处3 螺栓直径计算3.1 螺栓中心到旋转轴的距离(最右边螺栓为第 1 列)第 1 列螺栓中心到旋转轴的距

25、离 Y 1 = -30(mm)第 2 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 2 = -23.1111(mm) 第 3 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 3 = -3.493162(mm) 第 4 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 4 =25.86715 (mm)第 5 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 5 =60.5(mm)第 6 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 6 =95.13286(mm)第 7 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 7 =124.4932(mm)第 8 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 8 =144.1111(mm)第 9 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 9 =151(mm)3.2 受力最大螺栓中心到旋转轴

26、的距离 Ymax =151(mm)3.3 所有受拉最大螺栓中心到旋转轴距离平方的总和 Yi2 = 122093.4(mm2)3.4 根据 DL/T 5154-2002 9.3.1-2 受力最大螺栓的拉力N_bmax = M * Ymax / Yi2 + N / n=18.2* 1000 * 151/122093.4+233.8 /16=37121.5(N) 3.5 螺栓最小净面积 =74.24301(mm2)3.6 螺栓数量= 16 螺栓直径= 16 (mm) 螺栓净面积=147 (mm2)4 法兰板厚计算4.1 Lx =27.53927(mm)Ly =60(mm)4.2 由 Ly / Lx

27、=60 / 27.53927=2.178707 查表 9.3.2 得： 弯矩系数 =.1334.3 板上均布荷载q = N_bmax / (Lx*Ly)(式 9.3.2-1)= 37121.5 / ( 27.53927*60 )= 22.4658(N/mm2) 4.4 板中弯矩Mox = * q * Lx 2(式 9.3.2-2)=.133*22.4658*27.53927 2 =2266.096(N) 4.5 法兰板厚度t = Sqr(5 * Mox / f)= Sqr( 5 *2266.096/205) =7.434422(mm) 4.6 最终选用法兰板厚 t = 12(mm) 5 加劲板

28、高度 h 计算5.1 加劲板板厚选用 Tg = 85.2 由 (式 9.3.3 - 1) 可得：h = N_bmax / (fv * Tg)=37121.5 / ( 120*8 )=38.66823(mm)5.3 由 (式 9.3.3 - 2) 可得：h= Sqr( 5 * N_bmax * b / (f * Tg) )= Sqr( 5 *37121.5 *30/ ( 205*8 ) )=58.26886(mm) 275.3 加劲板厚 Tg = 8 (mm) 加劲板高选用 h = 60(mm)-*299x12钢管塔法兰连接计算1、法兰设计参数输入值:1.1 弯矩设计值 M =14(kN*m)1

29、.2 下压力设计值 N =1006.6(mm)1.3 法兰内径: 299(mm)1.4 定位园直径 399(mm)1.5 法兰外径: 499(mm)1.6 螺栓数量(偶数): 121.7 螺(锚)栓材质为 10.9 级粗制螺栓抗拉强度设计值 fy =500 (N/mm2)2 、判断中和轴位置:M/N= 13.90821 (mm) 内径/2 = 149.5 (mm) 中和轴(旋转轴)在管中心处3 螺栓直径计算3.1 螺栓中心到旋转轴的距离(最右边螺栓为第 1 列)第 1 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 1 = -199.5(mm)第 2 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 2 = -172.7721(mm)第 3 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 3 = -99.74999(mm)第 4 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 4 =8.720423E-06(mm)第 5 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 5 =99.75001(mm)第 6 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 6 =172.7721(mm)第 7 列螺栓中心到旋转轴的距离 Y 7 =199.5(mm)3.2 受力最大螺栓中心到旋转轴的距离 Ymax =199.5(mm)3.3 所有受拉最大螺栓中心到旋转轴距离平方的总和 Yi2 =