交通標志結構的材料為 Q235，其抗彎、抗壓、抗拉強度設計值及標準屈服應力均為 215 MPa，抗剪強度設計值為 125 MPa，彈性模量為 206 GPa，剪切模量為 79 GPa．標志牌采用鋁合金材料，單位面積質量為 8．037 kg/m 2 ，標志牌尺寸按標志牌規定取值為 4 000 mm×2 000 mm( 長 × 寬) ．一般情況下，在風荷載( 標準值) 的作用下，交通標志結構的任意點水平位移不得大于該點離基礎頂部高度的 1/75，對懸臂式標志結構，橫梁端部的相對水平位移不得大于其長度的 1/75，總的水平位移不得大于該點離基礎頂部高度的 1/50．

2．2 計算模型

由于 F 形交通標志桿為鋼結構的特點，在保留其鋼結構主要力學特性的前提下，為避免問題復雜化對研究模型進行必要的簡化:

1) 在計算模型中忽略法蘭盤和螺栓連接;

2) 假定計算模型上部結構與基礎的連接方式是剛接，即約束立柱根部全部 6 個自由度．

2．3 基本假定

1) 荷載作用: 只考慮重力荷載和風荷載，忽略地震作用及車輛荷載和車輛誘導陣風等動力荷載．

2) 法蘭連接: 由于法蘭盤的功能主要體現在運輸和安裝上，對結構力學性能影響相對較小，在計算模型中將忽略法蘭盤和螺栓連接．

3) 標志板荷載傳遞: 對于本文計算模型，假定標志板所受重力荷載和風荷載等效為橫梁上的線荷載．

4) 荷載組合: 本文只考慮最不利情況下荷載組合，即風荷載垂直于標志板面情況下風荷載與重力荷載組合．

3 有限元分析

本文的優化設計問題實際上是在滿足結構抗彎和抗剪強度條件、結構變形條件及結構穩定性條件下使交通標志結構最輕的問題．從優化設計變量、約束條件和目標函數 3 個方面進行，在此基礎上用 Ansys 建立有限元模型．

3．1 建立模型

選用 3D 線性有限應變單元 BEAM188 單元，因其適合分析細長到中等細長的梁結構，該單元基于鐵摩辛柯梁( Timoshenko) 理論，考慮剪切變形的影響．首先定義空間各節點尺寸及位置，再進行荷載輸入，最后設置單元長度，劃分網格，生成有限元模型，如圖 1～2 所示．

3．2 優化結果

通過以上命令完成了有限元模型的建立、內力計算和參數提取，用 Lgwrite 命令寫優化分析文件．