[发明专利]版面镂空的交通标志牌及其设计方法

权利要求书

1.版面镂空的交通标志牌，包括标志牌主体(1)和立柱(2)；所述立柱(2)下端与柱脚(3)之间通过法兰盘连接；所述标志牌主体(1)和所述立柱(2)之间通过多根横梁(4)连接；其特征在于：

所述标志牌主体(1)设有镂空。

2.根据权利要求1所述的版面镂空的交通标志牌，其特征在于，所述镂空为一笔画线形，即一个占据所述标志牌主体(1)50％以上，且完全连通的通孔；

所述镂空将所述标志牌主体(1)分为两个通过固定连接方式连接呈一体的板件。

3.根据权利要求2所述的版面镂空的交通标志牌，其特征在于，所述固定连接方式为焊接。

4.根据权利要求1所述的版面镂空的交通标志牌，其特征在于，所述镂空包括2个以上，贯通所述标志牌主体(1)两面的通孔。

5.根据权利要求4所述的版面镂空的交通标志牌，其特征在于，所述通孔为圆孔、多边形孔和或椭圆孔。

6.根据权利要求1所述的版面镂空的交通标志牌，其特征在于，所述标志牌主体(1)包括外框(4)、若干框架网(5)和若干标牌(6)；每一所述框架网(5)均设有所述镂空；若干所述框架网(5)和若干所述标牌(6)通过拼装方式固定在所述外框(4)，形成设有所述镂空的所述标志牌主体(1)。

7.根据权利要求1所述的版面镂空的交通标志牌的设计方法，步骤如下：

步骤1、载荷计算；分别计算标志牌主体(1)、所述立柱(2)和每一所述横梁(4)的永久载荷，即重力产生的载荷，以及风载；

重力产生的载荷G的计算公式为：G＝G₁+G₂+G₃；

其中，G₁为标志板重力，单位kN；G₂为所有横梁(4)的重力，单位kN；G₃为立柱(2)的重力，单位kN；

风载F_wb的计算公式为：F_wb＝γ₀γ_Qk_h(1/2ρCv²)A_标/1000；

其中，γ₀为结构重要性系数；γ_Q为可变荷载，单位主要为风载分项系数，；k_h为风压高度变化系数；ρ为空气密度；C为风力系数，单位为m/s；A_标为标志板的总面积，单位m²，计算公式为：

其中，W_bi为第i块标志板的宽度，单位m；H_bi为第i块标志板的高度，单位m；

步骤2、所述横梁(4)的设计计算；对横梁(4)进行强度验算；包括横梁(4)的最大正应力验算，公式为σ_max＝M/W，以及横梁(4)的最大剪应力验算，公式为τ_max＝2*Q/A；

其中，M为横梁(4)根部所受的合成弯矩，单位kN·m；W为横梁(4)截面模量，单位mm³；Q为横梁(4)根部所受的合成剪力，单位kN；A为横梁(4)截面面积，单位mm²；

对横梁(4)进行变形验算，公式如下：

其中，f为横梁(4)端部最大合成挠度，单位m；f_y为横梁(4)端部最大垂直挠度，单位m；f_x为横梁(4)端部最大水平挠度，单位m；

其中，G₄为单根横梁(4)所承受标志牌主体(1)的竖向载荷，单位kN；γ_G为永久荷载的分项系数；当永久荷载效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取1.2，对由永久荷载效应控制的组合应取1.35；当永久荷载效应对结构有利时，不应大于1.0；l₁为横梁(4)总长度，单位m；l₃为标志牌主体(1)的一般宽度，单位m；l₂＝l₁-2*l₃，单位m；E为混凝土弹性模量，单位X10⁴N/mm²；I为横梁(4)截面惯性矩，单位mm⁴；w₁为单根横梁(4)自重，单位kN/m；

其中，γ_q为可变荷载，即主要是风载的分项系数；

步骤3、所述立柱(2)的设计计算；包括所述立柱(2)的强度验算和变形验算；

所述立柱(2)的强度验算包括所述立柱(2)的最大正应力验算、最大剪应力验算、危险点处应力验算，以及稳定性计算，计算公式具体如下：

σ₁＝M/(γ*W)；

其中，σ₁为立柱(2)根部玩具引起的正应力，单位MPa；M为立柱(2)根部所受的合成弯矩，单位kN·m；γ为立柱(2)截面塑性发展系数；

τ_nmax＝(M₁(D/2))/I_p；

其中，τ_nmax为立柱(2)根部扭矩引起的剪应力，单位MPa；M₁为立柱(2)根部所受的扭矩，单位kN；D/2为所计算点至相应横梁(4)中和轴的距离，单位m；I_p为立柱(2)净截面惯性矩，单位mm⁴；

其中，为立柱(2)危险点处最大应力，单位MPa；σ为立柱(2)危险点处的正应力，单位MPa；τ为立柱(2)危险点处的剪应力，单位MPa；

其中，N为所计算构件范围内轴心压力设计值，单位N；为立柱(2)的整体稳定系数；β_m为计算双向压弯整体稳定时采用的等效弯矩系数；N'_E为根据构件最大长细比计算的欧拉临界应力；

所述立柱(2)的变形验的公式具体如下：

其中，f_p为由风载标准值引起的立柱(2)顶部的水平位移，单位m；F_wb1为单根横梁(4)所受的标志牌主体(1)的风载，单位kN；F_wh1为单根横梁(4)所受的风载，单位kN；γ_q为可变荷载，即主要是风载的分项系数；F_wp1为立柱(2)所受风荷载，单位kN；h为立柱(2)顶部高度，单位m；h₁为几种载荷高度，单位m；

其中，θ为立柱(2)顶部由扭矩标准值产生的扭转角，单位rad；

f＝θl₁+f_x+f_p；

其中，f_x为横梁(4)端部最大水平挠度，单位m；f_p为由风载标准值引起的立柱顶部的水平位移，单位m；

步骤4、所述立柱(2)与所述横梁(4)的连接，包括螺栓强度验算、法兰盘的确定和加劲肋的确定；

所述螺栓强度验算的公式如下：

其中，N_v为每一螺栓所受的剪力，单位为kN；为单个普通螺栓受拉承载力设计值，单位为kN；为普通螺栓受剪，即单剪承载力设计值，单位为kN；N_max为螺栓所受的最大剪力，单位为kN；

所述法兰盘的确定的公式如下：

其中，M_max为法兰盘区格内最大弯矩，单位为kN·m；a为法兰盘系数；σ_emax为法兰盘受压区最大压应力，单位MPa；a₂为法兰盘的自由边长，单位m；t为法兰盘受压侧、受拉侧所需厚度，单位mm；f、f_h1为钢材的抗拉、抗压、抗弯强度设计值，单位kN；为法兰盘受拉侧螺栓所受的最大剪力，单位kN；l_ai为所计算螺栓处离中性轴距离，单位为m；

所述加劲肋的确定的公式为：

V_i＝a_Hil_Riσ_emax；

其中，V_i为由加劲肋与横梁(4)连接处受压区法兰盘的分布反力得到的剪力，单位kN；a_Hi为法兰盘的自由边长，单位m；l_Ri为加劲肋与横梁(4)连接处加劲肋所承受的底板区格长度，单位mm；

其中，τ_R为加劲肋剪应力，单位为MPa；h_Ri为加劲肋高度，单位m；t_Ri为加劲肋厚度，单位m；

其中，τ_t为加劲肋与横梁4连接处角焊缝的抗剪强度，单位N/mm2；h_t为加劲肋与横梁(4)的竖向连接焊缝的喊叫尺寸，单位mm；l_w为加劲肋与横梁(4)的竖向连接焊缝计算长度，单位m；

步骤5、柱脚(3)强度验算；包括混凝土承载力验算、锚栓承载力验算、底板验算和加劲肋验算；

所述混凝土承载力验算的公式如下：

σ_c＝2*N*(e+L/2-d)/B/x/(L-d-x/3)；

其中，σ_c为底板法兰盘下的混凝土最大受压应力，单位N/mm²；N为柱脚总垂直力，单位kN；e为底盘法兰盘偏心距，单位m；L为底板法兰盘长度，单位m；x为底板法兰盘受压区的长度，单位m；B为底板法兰盘宽度，单位m；d为底板法兰盘螺栓边距，单位m；

所述锚栓承载力验算的公式如下：

T_a＝N*(e-L/2+x/3)/(L-d-x/3)；

N_ta＝T_a/4；

其中，T_a为受拉侧地脚螺栓总拉力，单位kN；N_ta为受拉侧单个地脚螺栓拉力，单位kN；

所述底板的验算公式如下：

M_a＝N_ta*ξ；

t_min＝(6*M_max/f)^0.5；

其中，M_a为底板分布弯矩，单位kN；ξ为底板弯矩分布系数；M_max为底板各区格最大分布弯矩值，单位kN；f为钢材的抗拉、抗压、抗弯强度设计值，单位N/mm²；

所述柱脚(3)的加劲肋验算公式如下：

τ_r＝V_r/h_r/t_r；

其中，τ_r为板件剪应力，单位MPa；V_r为板件验算控制剪力，单位kN；h_r为扣除切角加劲肋高度，单位mm；t_r为加劲肋厚度，单位mm；

τ_w＝V_r/(2*0.7*h_f*l_w)；

其中，τ_w为加劲肋角焊缝剪应力，单位MPa；h_f为角焊缝焊脚高度，单位mm；l_w为角焊缝计算长度，单位mm；

其中，V为柱脚所承受的剪力，单位kN；V_x为柱脚X方向所承受的剪力，单位kN；V_y为柱脚Y方向所承受的剪力，单位kN。