MathCAD在交通标志支撑结构优化设计中的应用

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1、2015年6月第6期城市道桥与防洪成果应用223MathCAD在交通标志支撑结构优化设计中的应用林枫，廖秀斋(温州设计集团有限公司，浙江温州325000)摘要：Ma~CAD是一个集数理计算、图形和文字处理等功能于一体的数学软件，拥有强大的符号运算能力和良好的编写可读性。以L型变截面悬臂标志杆的计算为例，说明MathCAD在交通设施结构设计中的应用。关键词：M~hCAD；交通标志；挠度计算；变截面；优化中图分类号：U419．5文献标志码：B文章编号：1009—7716(2015)06—0223—02的标准，而挠

2、度计算基于杆件的形状，会有所不同1概述的，以下主要针对挠度计算进行详细分析。在交通标志结构设计中，由于各地地质、气候钢管的挠度采用梁的挠曲线近似微分方程进不同，标志版面大小各异，常需针对性的进行结构行计算：受力、挠度、基础倾覆和滑移稳定等验算。计算时(1)需要几个结构、基础计算软件交叉使用，操作比较式中：M(x)——梁的弯矩方程；繁琐，而且由于其真实计算过程被封闭在黑箱中，使用者只能被动接受运算结果，不便于检查过程。卜材料弹性模量；l(x)——截面惯性矩方程。设计工作是基于规范的条文和公式进行的，仅仅依靠最终

3、计算结果是不行的，计算纸式的工作仍当用于支撑指路标志、交通诱导牌等大型标然需要。对此，部分设计人员采用Word编写计算志牌、因为悬挑距离短、荷载大，受力均匀，一般采稿、Excel来进行计算。由于Excel的公式编制过程用等截面杆件，其惯性矩为常量，式(1)可改写成EI”一M(％)(、2中需要选择大量单元格，直观性较差，公式填写过对于集中荷载、分布荷载等受力情况通过查程中若出现问题，一般较难发现，计算结果容易出相关材料力学书籍即可得到相应的挠度、转角计错。MathCAD的出现，很好地解决了这一问题。MathCA

4、D是美国PTC公司推出的一个功能很算公式。当杆件较长时，比如信号灯杆、车道指示标志强的数学软件。它集数理计算、图形和文字处理等功能于一体，能方便直观的解决数学问题和数学杆横梁悬挑都在8m以上。钢管的受力分布曲线在各种学科中的应用问题。MathCAD把Excel的自是从端部到根部由小增大，若使用等截面杆，则变动计算和Word的所见即所得界面结合起来，可按得不经济，在满足根部强度要求时，端部强度富余量偏高，同时因杆件材料用量增加，自重提升加大照规范和工程约定的符号编写公式，其过程完全可见。编写出的计算书和设计人员

5、手写的计算书了挠度控制的难度：因此这类标志杆多采用正多边形变截面杆件。具有相同的风格，计算过程一目了然，校对计算书变截面杆件的EI由于沿长度变化，其挠曲方的人可以完全不懂MathCAD——只需要有工程专程较为复杂，通过目前工程中计算多采用如分段业知识。借助该软件，专业设计人员可把精力集中总和法近似求解，而该计算法存在分段少则误差到设计问题的本质上，提高思维质量和工作效率。大，分段多计算步骤繁冗计算量大的问题。本次利2交通标志支撑结构的设计f’用Ma~CAD的符号计算功能通过对式(1)积分直接获得正多边形变截面

6、杆件挠曲公式。交通标志支撑结构设计主要包括横梁和立柱钢管的形变、强度计算，连接节点计算、基础稳定以L型单悬臂标志杆横梁为例，横梁在标志板风荷载作用下发生水平位移，其任意截面所受性计算等内容。其中强度和稳定性设计已有相应弯矩如下：=一P-x)(3)收稿日期：2015—03一o4作者简介：林枫(1982一)，男，浙江温州人，工程师，从事城市道路式中：P——标志板风荷载；与交通工程设计工作。224成果应用城市道桥与防洪2015年6月第6期I．——横粱长度。3应用示例钢管截面惯性矩1下面是基于上述推导结果的MathC

7、AD应用示I(x)=1rk[o-Ax)+o+Ax)t](4)例。在编写好的计算书中仅需输入少量的初始参式中：A=(R0m——截面变化率；数，即可实时自动计算，根据设置的条件自动判断R——横梁根部半径；是否满足挠度要求。尺——横梁端部半径；(1)输人数据’——壁厚；标志板参数：板长a=lm，宽b=1．2in，数量——截面形状系数，跟正多边形边数有关，n1=6，板中对中间距1．7In，板厚tl=3mm，材料密见表l。度p=2．85gm／cm；横梁参数：变截面八棱柱体杆表1截面系数件，根部半径为Ro=140mm，端

8、部半径为R=75mm，壁厚t2=7mm，材料密度p=7．85gm／cm，长度L=I1；风荷载参数：风速V=31m／s。(2)自动计算各标志板作用下的挠度结果因为钢管属于薄壁结构，截面惯性矩可简化标志牌自身荷载作用fi=12．42X10in为：横梁自身荷载作用fi=64．13×10sin，()：竹[。一A￡】(5)标志牌风荷载作用=l10×103m横梁风荷载作用=10×103m

9、l}由竹—)-1J—1