济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司
摘要：单悬臂标志构件立柱及横梁尺寸均采用等截面无缝钢管，对标志结构最大板面尺寸进行验算。板面的风荷载、自重简化为等效集中线荷载作用于杆件上。结构计算利用midas civil软件计算。
关键词：标志标牌；交通杆件
1 引言
本文通过对单悬臂标志构件杆件强度、变形及基础基底应力、抗倾覆、滑动稳定性进行验算，确保交通杆件结构安全。
2 工程概况
横梁悬臂长4600mm，直径146mm，壁厚8mm；立柱高5700m，直径194mm，壁厚10mm；标志牌长2300mm，高1000mm。
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图1 单悬臂标志构件计算简图
3 荷载计算
3.1永久荷载
（1）标志板重量计算
Gb= 243.43（N）
（2）横梁重量计算
GH=1227.29（N）
（3）立柱重量计算
Gp=2534.61（N）
（4）上部结构总重量计算
永久荷载标准值G=Gb+GH+Gp=4405.87（N）（考虑连接构件，取1.1倍主要构件重）。
永久结构对结构不利时，分项系数γG取1.2，不利时取1.0。
G= γG（Gb+GH+Gp）= 5287.04（N）
3.2风荷载
综合考虑公路桥梁抗风设计规范，采用100年重现期10min平均年最大风速为基本风速。
查表得，合肥地区基本风速为：27.9m/s（不小于22m/s）。
（1）标志板所受风荷载传至梁时线性集度qwb=（1/2*ρ*C*V2）*h=583.81（N/m）
（2）横梁所受迎风面风荷载线性集度
qwh=（1/2*ρ*C*V2）*WH= 56.82（N/m）
（3）立柱所受迎风面风荷载线性集度
qwp=（1/2*ρ*C*V2）*WP=75.51（N/m）
3.3荷载组合系数
γ0-结构重要性系数1.0
γG-恒荷载分项系数1.2
γQ-可变荷载分项系数1.4
4 强度验算
4.1 横梁强度验算
（1）最大正应力验算
σmax=M/（γx*Wnx）= 59.13 MPa <[σd]=215.00（MPa），满足要求。
（圆环截面塑性发展系数γx，γx取1.15）
（2）剪应力验算
τw=2*Q/A=1.41 MPa<[τd]=125.00（MPa），满足要求。
（3）危险点应力验算
σ4=（σ2max+3τ2tmax）1/2=59.18（MPa）<[σ]=215.00（MPa），满足要求。
4.2立柱强度验算
（1）最大正应力验算
立柱根部最大正应力为：
σmax=N/A+M/（γ*Wp）= 50.94（MPa）<[σd]
=215.00（MPa），满足要求。
（2）整体稳定性验算
悬臂构件的长度系数取2
回转半径i=（Ipx/A）2= 0.07（m）
顺风轴方向长细比λ= 174.98
欧拉临界力Nex=π2EA/λ2= 383.84（KN）
悬臂构件等效弯矩系数βm=1.0，对闭口截面整体稳定性系数φb=1.0
N/（φA）+βmM/（γ*Wp（1-0.8N/NEx））= 53.23（MPa）<[f]=215.00（MPa），满足要求。
（3）最大剪应力验算
立柱根部由风荷载引起的最大剪应力为：
τw=2*Q/A= 1.30 MPa
立柱根部由扭矩引起的剪应力为：
τs=Mt/（2A0*tw）= 9.79 MPa
因此τ=τw+τs= 11.09 MPa <[τd]=125.00（MPa），满足要求。
（4）危险点应力验算
最大正应力处，由扭矩产生的剪应力亦为最大，即根据第四强度理论σ4=（σmax2+τs2）1/2 = 52.13 <[f]=215.00（MPa），满足要求。
5 变形验算
变形计算采用标准组合下，各分项系数均为1，计算结果如下图
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图2 合成位移结果（mm）
横梁水平相对位移25.5mm，最大合成位移为35mm，立柱顶部最大位移10.1mm。
横梁位移：f/l= 0.0055 <1/75=0.01333，满足要求。
横梁总位移：f/h'= 0.0054 <1/50=0.02，满足要求。
立柱位移：f/h= 0.0018 <1/75=0.0133，满足要求。
6 基础验算
（1）基础尺寸
基础x向长度LF=1600mm，基础y向宽度WF=1000mm，基础高度HF=1200mm，基底容许应力160KPa
（2）基底所受外荷载
竖向荷载：N =74.41 KN
水平荷载：H = 2.51 KN
弯矩：Mx =3.08KN·m
弯矩：My =14.30KN·m
（3）基底应力的最大值为：
σmax = N/A+Mx/Wx+My/Wy =74.70KPa<[σf]= 160.00，满足要求
基底应力的最小值为：
σmin = N/A-M/W-My/Wy = 2.81 KPa﹥0，经复核满足要求。
（4）基础抗倾覆稳定性验算（自重系数取1.0）
x向弯矩：K0 = Wf/（2*e）=12.09 > 1.10，满足要求。
y向弯矩：K0 = Lf/（2*e）= 3.47 > 1.10，满足要求。
（5）基础滑动稳定性验算（自重系数取1.0）
Kc = μ*N/F =6.18 > 1.20，满足要求。
式中：μ-基底摩擦系数0.25。
7 结语
本文通过对单悬臂标志构件杆件强度、变形及基础基底应力、抗倾覆、滑动稳定性进行验算满足规范要求，本文计算过程对同类型结构计算具有参考意义。
参考文献：
【1】 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）[S].北京：人民交通出版社.2015
【2】钢结构设计标准（GB 50017-2017）[S].北京：中国建筑工业出版社.2018