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亚洲城官网城市道路交通标志牌基础设计研究

    发布日期:2020-04-26 22:15    

  城市道路交通标志牌基础设计研究_交通运输_工程科技_专业资料。2 2 道路交通 D O I : 1 0 . 1 6 7 9 9 / j . c n k i . c s d q y f h . 2 0 1 6 . 0 1 . 0 0 8 城 市道 桥

  2 2 道路交通 D O I : 1 0 . 1 6 7 9 9 / j . c n k i . c s d q y f h . 2 0 1 6 . 0 1 . 0 0 8 城 市道 桥 与 防 洪 2 0 1 6 年0 1 月第 0 1 期 城市道路交通标志牌基础设 计研究 张 志伟 , 任 强 ( 青 岛市 市政工 程设计 研究 院有 限责任 公 司 , 山东 青 岛 2 6 6 0 0 0 ) 摘 要: 为解决城市道路 交通标志牌基础 与市政管线之 间的冲 突 , 合理确定 标志牌基 础尺寸 。首 先采用有 限元软件对 标志牌 振动模态 进行分析求得其 自振周期 , 确定是 否考虑顺风 向风振 的影 响 ; 再依据 新版《 建 筑结构荷 载规范》 ( G B 5 0 0 0 9 -2 0 1 2 ) 进 行风荷 载计算 , 并在一定 的约束 条件下对基 础的尺寸进 行分析 , 合 理确定基 础尺寸 的大小 ; 最后 , 结合实 际工程对标 志牌基础 与市政管 线之间的冲突 问题提 出了解决方案 。 关 键词 : 交通标 志牌 ; 振动模 态 ; 风荷 载计算 ; 基 础尺寸 中图分 类号 : U 4 9 1 . 5 2 文 献标 志码 : A 文 章编号 : 1 0 0 9 — 7 7 1 6 ( 2 0 1 6 ) 0 1 — 0 0 2 2 — 0 3 O 引 言 在 市 政 道 路 的建设 过 程 中 ,道 路 交 通 标 志 牌 的设 置 是 必 不可 少 的一 环 。对 于沿 海地 区 , 一些 大 型 交 通标 志牌 受 到 的风 荷 载 较 大 。为 满 足 结 构 安 用两类l l I 。永 久 作 用 主要 包括 杆 件 自重 、 标 志 牌 或 固定 设 备 自重 、亚洲城官网 土压 力 和地 基 变 形 等 ; 可 变 作 用 包 括风荷载 、 覆 冰荷 载 、 雪荷载 、 安装 或 检 修 荷 载 、 地 震荷载 、 温 度 荷 载 等 。其 中 , 风 荷 载 是 结 构 承 受 的 主要 荷 载 。本 文 也 着 重 研 究 风 荷 载 对 标 志 牌 的作 用, 并 在 计 算 分析 的过 程 中作 如 下 的假 定 : ( 1 ) 假 定 风 荷 载 方 向与 标 志 版 面 垂 直 , 不 计 扭 转 或 位 移对 风 荷 载 的影 响 ; ( 2 ) 基 础 四周 土 的 摩 擦 力 和 抗 力 忽 略不 计 , 作 T . 全要求 , 基 础 所 需 要 的混 凝 土 的体 量 是 很 可 观 的 , 但 由于 市 政 道 路 与公 路 不 同 ,地 下 敷 设 相 当丰 富 的管 线 , 特别是靠近路缘石附近 , 是 地 下 管 线 争 夺 的焦 点 。标 志牌 基 础 一般 也 正好 设 置 于这 一 位 置 , 因此 与 地 下 管 线 线位 发 生 冲 突在 所 难 免 ,特 别 是 一 为安 全储 备 ; ( 3 ) 忽 略 横风 向风 振 和扭 转 风振 的影 响 。 — — — — — 些大型标志牌 , 由 于基 础 尺 寸 较 大 , 这 一 问题 变 针 对 上 述 问题 , 本文依据新 版《 建 筑 结 构 荷 载 得 更 加 明显 。 规范》 ( G B 5 0 0 0 9 — 2 0 1 2 ) [ 1 1 ,对 沿 海地 区某 一 大 型标 志 牌 进 行 风 荷 载 计 算 ,进 而对 标 志牌 所 需 基 础 尺 寸 进 行 合 理 分 析 , 以尽 量减 少 基 础 与管 线 线 位 的 冲突 , 并 提 出一些 在 设计 及 施 工 中应 注 意 的 问题 。 1 计 算 及 分 析 过 程 1 . 1 工程 背景 青 岛沿 海 某 一 主 干 路 ,道 路 沿 线 交 通 标 志 牌 面 板 尺寸 采用 3 I T I ×6 1 T I ,其 结 构 如 图 1 所 示 。支 承杆件采用 3 F杆 , 杆 件 与基 础 之 间采 用 高 强 度 螺 栓 进 行 连 接 ,基 础 尺 寸 暂 定 为 a ( 宽) × f( 长) x h ( 高) , 立杆 、 横 梁 及 面板 材 料见 表 1 。 道路 沿 线 敷设 有给水 、 排水 、 电力 、 通信、 燃气等管线 , 部 分管线 线 位 与标 志 牌 基础 存 在 冲 突 。 1 . 2 荷载 分 析及 假 定 k _ — — — E L — _一 图 1 交通标 志牌 示意 图( 单位 : c m) 标 志 牌 上 的作 用 力 可 分 为 永 久 作 用 和 可 变 作 收 稿 日期 : 2 0 1 5 — 0 2 — 1 3 作者简介 : 张 志伟( 1 9 8 3 一 ) , 男, 山东 德 州 人 , 工程师 , 从事道桥 设 计工作 。 1 . 3 标 志 牌振 动模 态分 析 如 前 所 述 ,本 文 主 要 考 虑 风 荷 载 对 标 志牌 的 作 用 。影 响 风荷 载 大 小 的 因素 有 基本 风 压 、 风 荷 载 体型系数 、 风压 高度 变 化 系 数 、 风 振 系 数 。 前 面 三 2 0 1 6 年0 1 月第 0 1期 城 市道 桥 与 防 洪 道路交通 2 3 项 可 由规 范 直 接 取 值 l l J , 而 风 振 系数 的计 算 需 要 计 算结构 的 自振 周期 , 然而在新 版的《 建筑结构荷 载 规范》 ( G B 5 0 0 0 9 — 2 0 1 2 ) 以及《 户外广告设 施钢结构 技术规程》 ( C E C S 1 4 8 — 2 0 0 3 ) 【 2 J 中对结构 的 自振周期 均 要求采 用结构 动力 学计算 或采用 近似计算 , 但 是 并 未 给 出此类 构 件 的近 似计 算 公 式 。因此 , 有 必 要 对 标 志 牌 的振 动 模 态 进 行 分 析 ,从 而 求 得 与 风 振 系 数 有 关 的 自振 频 率 、 自振 周 期 以及 振 型 系 数 等参 数 。 结 构 振 动 模 态 的 分 析 可 借 助 于通 用 有 限 元 软 件, 比如 AN S Y S 、 S A P 2 0 0 0 、 MI D A S来 实 现【 3 1 。本 文 即 采 用有 限元 分 析 软 件 MI D A S / C i v i l 进 行 结 构 的 离 散 和 模 型 的建 立 , 将标志牌划分 为 5 9个 梁 单 元 和 4 8 个板单元 , 立杆底部采用固结处理 。 具体的建模 参数见表 1 。 表 2和 图 2分 别 给 出 了前 四 阶振 动模 态 的示 意 图 和计 算 结 果 。其 中 , 一 阶模 态 自振 频 率 1 . 2 1 5 H z , 自振 周 期 为 T - 0 . 8 2 3 s ,振 型 系 数 为 0 . 9 9 。根 据规 范 要 求 , 自振 周 期 大 于 0 . 2 5 S , 需 要 考 虑 风 压 脉 动对 结 构 顺 风 向风振 的影 响 l l 1 。 表 1 建 模参数 ( a )一 阶模态 ( b ) 二 阶模 态 ( c )三阶模 态 ( d )四阶模态 图 2 一 阶 至 四 阶模 态 示 意 图 表 2 各 阶 模 态 自振 频 率 及 振 动 形 式 式 中: g 为峰值因子 , 可取 2 . 5 ; , 。 。 为1 0 1 T I 高度名义 湍 流强度 , 对 A类 地 面 粗 糙 度 , 可取 0 . 1 2 ; R 为 脉 动 风 荷 载 的 共 振 分 量 因子 ; B z 为 脉 动 风 荷 载 的 背 景 分 量 因子 。 公式 中 R 与 计 算 过 程较 为 繁 琐 , 限 于篇 幅 , 不再 一 一 赘述 。 这 里 仅 给 出计算 结 果 , 见表 3 。 表3 公 式 中 的参 数 的具 体 含义 见 《 建筑结构荷载规范》 ( G B 5 0 0 0 9 -2 0 1 2 ) 表 3 风 荷 载 标 准 值 计 算 结 果 1 . 4 风 荷 载 计 算 标 志牌风荷 载计 算依据新版 《 建筑结构荷载 规 范》 ( G B 5 0 0 0 9 -2 0 1 2 ) 中8 . 1 . 1条计 算 : w k =  ̄. t Z s 1 . Z z w 0 式 中: 为高度 z 处 的风振 系数 ; 为 风荷 载体 型系 数, 取1 - 3 ; 为风压高度变化系数 , 沿海地区, 地面 粗 糙 度 为 A类 , 查表 取 1 . 2 8 ; 。 为基 本 风压 ( k N / m) , 取 青 岛本地 5 0 a 一遇 基本 风压。 = 0 . 6 k N / mz 。 对于风振系数 的计算 , 新版 《 建 筑结构荷载规 范》 与 旧版 比较 , 变化 较大 , 现依据 新版规 范进行 计 算 。对 于 一 般 竖 向悬 臂 型 结 构 , 可 仅 考 虑结 构 第 振 型 的影 响f l 1 , 根据规范 8 . 4 . 3条 : 一 广 ——— 8 l + 2 g / l o B , V 1 + R 1 . 5 基础 尺寸 的分 析 按 照 上 述 步 骤 求 出 风 荷 载 标 准 值 以后 ,即可 2 4 道路交通 城 市道 桥 与 防 洪 2 0 1 6 年0 1 月第 0 1 期 计 算 基 础 底 面 的倾 覆 力 矩 , 一般情况下 , 确定 基 础 尺寸 需 要满 足 的条件 主 要有 : 础 与 管 线线 位 冲 突这 一 实 际 问题 ,可 采 用 以下 解 决 方案 : ( 1 ) 标 志牌 基础 尽量 与地 下管线 工程 同步 实施 , 实 施 过 程 中 可 以通 过 调 整 基 础 的位 置 、尺 寸 或 管 线 局 部 的线 位进 行 相 互避 让 ; ( 1 ) 抗倾覆稳定系数不小于 1 . 3 ; ( 2 ) 基 础底 面 零应 力 区不 大于 底 面积 的 2 5 %; ( 3 ) 满 足地 基 承 载力 要 求 。 从理论上说 , 基 础 尺 寸 可 以有 无 数 种 组 合 , 若 给其加 上一 系列 的约束条件 ,并 提出一个 明确的 目标 函 数 , 这 样 就 可 以 建立 相 应 的数 学 模 型 , 采 用 下 面优 化 原 理来 进 行求 解 。 优 化 的 数 学模 型 主 要 包 括设 计 变 量 、 目标 函 数 和 约 束 条件 三 方 面 。设 计 变 量 是 指 在 优 化 过 程 中所要 选择 的基 本 参 数 ,对 于 本 文 要 研 究 的 内容 来说 , 设 计 变 量 是 标 志 牌 的基 础 尺 寸 : a - , Z 、 h ; 目标 函数 是 衡 量 优化 方 案 的标 准 ,本 文 的 目标 函数 可 采用基础混凝土最小用量来表示 , 即 mi n { a x l x h l ; ( 2 ) 若 标 志牌 基 础 施 工 时 遇 到 已 实施 的 管 线 , 也可 通过调整基础 的位置 或尺寸避让 现状管线 , 必 要 时可 做 成不 规 则 的基 础 形状 。 针对该工程而言 , 由于 管 线 影 响 , 部 分标 志 牌 基 础 宽 度 限制 在 1 ~ 1 . 5 m, 据 此 拟 定 了一 些 常 规 的 尺 寸 给 实施 单 位选 择 使用 , 见表 4 。 表 4 部分 基础尺寸示例 约 束 条 件 是 在 优 化 的 过 程 中 所 要 考 虑 的 种 种 限 制, 对 于 本 文来 说 , 包 括 基 础 尺 寸 的合 理 范 围 以及 上 面 所 需 要 满 足 的 三个 条 件 等 。具 体 的数 学 模 型 描 述 如下 。 设 计 变量 : 基 础 的尺 寸 。 、 f 、 h 目标 函数 : m i n 口 、 f 、 c ) = a  ̄ l x c 约 束 条件 : 。 1 < Ⅱ < f l < f <Z 2 h1 < < 2 K>1 . 2 从 表 4可 以看 出 ,在 满 足 抗 倾 覆 稳 定 要 求 及 基 础 底 面 零应 力 区 要求 的基 础 上 ,混 凝 土体 量 的 变化还是较大的。闲此 , 若 能 采 取 合 理 的尺 寸 , 可 以从 一 定 程 度 上 减 少 混凝 土 的用 量 。从 表 4中还 P<2 5% 式中 : 0 、 f 、 h为 基 础尺 寸 ; 0 、 0 / 2 、 f 、 f : 、 h 、 h : 为基 础 尺 寸 的合 理 范 围 ; K 为基 础 抗 倾 覆 稳 定 系数 ; P为 基 础 底 面零 应 力 区 占底 面积 的 比值 。 上 述 数 学 模 型 是 一 个 典 型 的 非 线 性 优 化 问 题, 可采 用 通 用 软 件 Ma t l a b中的 f m i n c o n函数进 行 优 化 计算 I 1 , 这 样就 会 得 到 唯一 的 最优 解 。 但 是 对 于实 际工 程 来 说 ,基 础 尺 寸不 需 要 很 精 确 的数 值 , 可 以 编制 相 应 的计 算 表 格 进 行计 算 。 可 以看 出, 基础抗倾覆稳定 系数较大 , 若能放宽基 础 底 面 零 应 力 区所 占底 面 积 比例 这 一 条 件 ,基 础 尺寸 尚能进 一 步 减 小 。 另外 ,若 在基 础 实 施 的过 程 中实 在 无 法 与 管 线避 让 , 可 在 保 证 管 线 安 全 的前 提 下 , 将 管 线 与 基 础浇 筑 成 整体 , 必要 时 采 用桩 基 础形 式 。 3 结 语 道 路 标 志 牌 的 自振 周 期 一 般 较 长 ,计 算 风荷 载 时 风 压 脉 动 对 结 构 顺 风 向风 振 的 影 响 不 能 忽 通过 对 基 础尺 寸 进行 分 析 , 得 出如下 规 律 : ( 1 ) 抗倾覆稳定性较容易满足 , 基础底面零应 力 区不 大 于底 面 积 的 2 5 %成 为主 要 的制 约 条 件 。 ( 2 ) 基 础 沿 风 荷 载 方 向尺 寸 越 大 , 相 同条 件 下 所 用混 凝 土 体量 越 小 。 ( 3 ) 基 础平 面尺 寸 越 大 , 相 同条 件 下 基 础 底 面 视 。在拟定标志杆基础尺寸 时 , 可以有多种不 同的 组合 , 应根据工程 的不同的约束条件确定合理 的尺 寸 ,一方面可 以有效解决与管线线位冲突这一 问 题, 另外 一 方 面可 以减 少混 凝 土用 量 , 降 低投 资 。 在 实 际 的设 计 过 程 中 ,还 应 对 标 志 牌 杆 件 结 零应力区不大于底 面积 的 2 5 %,这一制 约条件更 容易满足 , 而增 加 基础 的高 度并 不 明显 。 构及高强度螺栓连接按照 《 钢结构设计规范》 ( G B 5 0 0 1 7 -2 0 0 3 )进行 设 计 或校 核 。混凝 土基 础 则还 应依据《 混凝 土结构设计规范 》 ( G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 ) 进 行 结 构 计 算 ,并 配 置 相 应 的受 力 钢 筋及 构 造 钢 筋, 尤 其 对 于非 常 规 基础 , 配 筋 应 予 加强 。 另外 , 在对横 风向风振系数进行分析时 , 新规 ( 下转第 3 5页) 2 解 决 方 案 通 过 上 述 分 析 可 知 ,标 志牌 基 础 的 尺 寸 可 以 在 一 定 的范 围 内进 行 调 整 ,结合 施 工 中 标 志 牌 基 2 0 1 6 年O 1 月第 O l期 城 市 道桥 与 防 洪 道路交通 3 5 用性较强 , 不 同 厂家 之 间 的 产 品 是 可 以互 用 的 , 从 维 护 角度 考 虑 , 这 是 非 常重 要 的 , 而维 护 对 于 路 灯 管 理 单 位 来 说 则 又 是 重 中之 重 ,只有 这 样 才 可 以 化, 一 般 与整 体 配 置有 关 , 目前 绝 大 部 分 产 品 光 效 为8 0 ~ 1 0 0 l m / W, 极 少有 1 2 0 1 m 。 从经济 、 节 能 角 度 出发 , 对于路 宽 2 5 m 以上 及 时对 熄 灭 路 灯 进 行 维 护 , 保证高的亮灯率 ( 上 级 的主干路平均照度需要达到 2 0 l x 以上 , 推荐采用 2 5 0 W、 4 0 0 W 高光效高显色性高压钠灯光源; 对于 2 O ~ 2 5 m 路 宽 的 主干 路 平 均照 度 需要 达 到 2 0 l x以 上 ,推 荐采 用 2 5 0 W 以上 高 光 效 高 显 色性 高 压 钠 灯 光 源 或采 用 国 际主 流 品 牌 高光 效 1 8 0 W/ L E D灯 部 门对路 灯管理考核 中最重要 的一项 内容 ) , 同时 大大 降 低 维 护 成本 。 2 . 7 款 式 比较 传 统 高压 钠 灯 功 率 可 选 性 差 ,只 有 1 0 0 0 W、 4 0 0 W、 2 5 0 W、 1 5 0 W、 1 0 0 W、 7 0 W ,不 能 针 对 不 光源 ( 高端产 品 ) ; 对 于路宽 l 4 1 6 m 的支 路 平 均 照度需要达到 1 0 l x , 采用 1 5 0 W 以下 普 通 高 压 钠 同道路等 级 、 不 同路宽 , 采用 相应 的光源 , 造成 能 源 的浪 费 或 不 足 。L E D路 灯 款 式 多种 多 样 , 可 根 据 需要 任 意 配 置 , 主要款式有 2 4 0 W、 2 1 0 W、 1 8 0 W、 1 5 0 W 、 1 2 0 W 、 1 00 W 、 8 0 W 、 6 0 W 、 5 0 W 、 4 0 W 、 灯, 因光 效 较 低 , 综合 能耗较 高 , 推 荐 采 用 国 际 主 流 品牌高光效 1 0 0 l m/ W的L E D灯 光 源 ( 高 端 产 品) ;对 于路 宽 7 ~ 1 4 m 的支 路 平 均 照 度 需 要 达 到 3 O w、 2 0 w, 能针 对不 同道路等 级 、 不 同路 宽 , 采 用 相应 的光 源 , 不造 成 能 源 的浪 费 。 这也是 L E D路 灯 的优 点 。 从 目前 的 发 展 状 况 来 看 , L E D 路 灯 是 无 法 维 护的, 一旦 出现故 障 , 只能整个灯具 进行 更换 , 除 1 0 1 x ,采用 1 0 0 W 以下普通高压钠灯 ,因光效较 低, 综合能耗较高 , 推荐 采 用 国 际 主流 品牌 高 光 效 1 0 0 l Ⅱ 的L E D灯光 源 ( 高端 产 品 ) 。 L E D路 灯 作 为第 三 代 光 源 , 属 于新 生 事 物 , 在 节能 、 环保 、 绿 色 的趋 势 下 , 在 政 府 的 大力 支 持下 , 了高额成本外 , 维护 的时间也要 大大延长 , 这对使 用 单 位 来 说 是 非 常不 利 的 。 L E D照 明是 一 项 正 在 在性价 比不断提高下 ,在关键技术 日趋成熟 的情 况 下 ,二 次 配 光 和 散 热 等 研 究 已引 起 厂 家 更 多 重 视, 主流 企 业 把 L E D路 灯 作 为 自己 的 主业 , 加 强 科 技 投入 , 并 取 得 了可 观 的工 程 经验 。 随着 科技 进 步 , L E D路 灯将 逐 步成 为 路灯 的主 流产 品 , 推 荐采 用 国 际 主 流 品牌 高光 效 1 0 0 l n d W 以上 / L E D路灯 。 发 展 的 技 术 ,其 光 效 在 不 断 的 提 高 、成 本 不 断下 降 ,但 目前要全 面取代传统 高压钠灯作为路灯 照 明还不是时候 , 所 以在建设部颁发 的《 “ 十一 五” 城 市绿色照 明工程规 划纲要 》 、 城市道路照 明专业 委 员会《 贯彻 “ 十一 五” 城 市 绿 色 照 明 工 程 规 划 纲 要 实施细则》 等政策性文件 中 , 明确路灯节能光源 还 是 以高压钠 灯为 主 , L E D则 推 荐 在 城 市 景 观 照 明 中应 用 。 2 . 8 经 济技 术 比较 3 结 语 本 文 通 过 对 道 路 照 明各 类 常 用 光 源 的 分 析 , 着 重对 第二 代光 源传 统 高压钠 灯 与 第三 代光 源 L E D光 源 进 行 分 析 比较 ,提 出 了解 决 这 些 问题 的 实 际 对 策 。随 着 新 技 术 进 步 、 价格下 降 , L E D光 源 在 道 路 照 明 中 的广泛 应 用 成 为可 能 。 高 压 钠 灯 为 气 体 放 电灯 ,具 有 功 率 越 高 光 效 越 高 的 特点 ,而 L E D路 灯 光 效 不 随功 率 变 化 而 变 ● t ● ● ● ● ● 十 ● ● 七 t 十 十 ● ● t 十 ● ● ● 千 ● 十 七 ● 十 中 七 十 ● ● 七 十 ●十 七 十 十 ● ● ● 十 ● 七 ● ● ● 十 中 ● ● 十 十 ● 中 十 ● _ 十 t● 十 中 中 ● 七 ● t 十 ● 七 ● 十 十 ● ● t 中 t ● ● 七 十 ( 上接 第 2 4页 ) 范 中 一 些 参 数 的 计 算 是 基 于 房 屋 等 建 筑 结 构 类 [ 2 ]C E C S 1 4 8 — 2 0 0 3 , 户 外广告设施 钢结构 技术规程 [ S ] . 型 ,对于道路标志牌这种构件类 型的适用性还有 待进 一 步 研 究 。 参考文 献 : [ 3 】 刘成 生 , 郭成 喜 , 高 金锁 .某钢结 构广告 牌结构 分析 【 J J . 工业建 筑, 2 0 1 0 ( 4 0 ) : 5 5 3 — 5 5 5 . [ 4 】 张 传斌 , 杨邦成, 姚激 . 标 志牌 杆在 风 荷载 作用 下 的有 限元 『 J ] . 特 种结构 , 2 0 1 1 ( 2 ) : 2 2 — 2 4 . [ 5 ] 杨世 文 ,许 小健 . MA T L A B优 化工具 箱在结 构优化 设计 中 的应 … I G B 5 0 0 0 9 — 2 0 1 2 , 建 筑结构 荷载规 范 [ S ] 用【 J ] . 科 学技术 与工程 , 2 0 0 8 ( 5 ) : 1 3 4 7 — 1 3 4 9 .