MathCAD在交通标志支撑结构优化设计中的应用.pdfVIP

2015年6月第6期 城市道桥与防洪 成果应用 223 MathCAD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 繁琐 ，而且由于其真实计算过程被封闭在黑箱 中， 式中：M(x)——梁的弯矩方程； 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； 设计工作是基于规范的条文和公式进行的，仅仅 l(x)——截面惯性矩方程 。 依靠最终计算结果是不行的，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 中需要选择大量单元格，直观性较差，公式填写过 EI”一M(％) (、2 程中若出现问题，一般较难发现，计算结果容易出 对于集中荷载、分布荷载等受力情况通过查 错。MathCAD的出现 ，很好地解决了这一问题。 相关材料力学书籍即可得到相应的挠度、转角计 MathCAD是美国PTC公司推出的一个功能很 算公式。 强的数学软件。它集数理计算、图形和文字处理等 当杆件较长时，比如信号灯杆、车道指示标志 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 照规范和工程约定的符号编写公式 ，其过程完全 量偏高，同时因杆件材料用量增加 ，自重提升加大 可见。编写出的计算书和设计人员手写的计算书 了挠度控制的难度：因此这类标志杆多采用正多 具有相同的风格 ，计算过程一 目了然 ，校对计算书 边形变截面杆件。 的人可以完全不懂 MathCAD——只需要有工程专 变截面杆件的EI由于沿长度变化，其挠 曲方 业知识。借助该软件，专业设计人员可把精力集中 程较为复杂，通过 目前工程中计算多采用如分段 到设计问题的本质上，提高思维质量和工作效率。 总和法近似求解，而该计算法存在分段少则误差