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交通标志是通过一定的结构支撑形式,以文字和图形符号的方式向公路使用者传递特定信息,用来管理交通的一种安全设施。随着我国城市道路交通的高速发展,立体式的道路网络在高度密集化,交通标志的数量在不断增多,交通标志结构的作用也越来越重要。而当前国内交通标志结构设计理论不够完善,多数地区都是按经验设计,设计依据的规范也各不相同。作者经过调研发现,市场上的交通标志结构在满足规范要求的同时,其很大一部分材料主要用于承载自重,往往尺寸过大,产生了不必要的材料浪费,也没有充分发挥材料的潜力。因此,交通标志结构的优化设计有着巨大的经济意义和市场需求。本文主要研究了以下内容:(1)经过市场调研,对市场上常用的F型交通标志结构进行了统计和整理,确定研究对象的材质、结构形式、截面形式和尺寸。(2)根据钢结构设计规范GB(GB50017-2003)采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计,对F型交通标志结构的强度、刚度、稳定性进行验算。(3)采用有限元软件ANSYS建立F型交通标志结构的有限元模型。(4)在满足规范要求的基础上,运用ANSYS的参数化设计语言APDL编写优化设计分析文件和控制文件的命令流。(5)对选取的研究对象进行优化设计,并对优化结果进行分析和验算。(6)利用PKPM系列软件中的钢结构设计模块STS进行对比分析验证计算结果。经过以上研究,得到以下主要结论:(1)F型交通标志结构的最大应力主要集中在横梁和立柱的根部,最大变形主要集中在横梁端部和柱顶。(2)通过对F型交通标志结构进行优化设计,最终可使结构用钢量减少49.80%~66.20%。(3)通过分析不同截面F型交通标志结构的优化设计结果可知,在同等用钢量条件下,圆形截面的F型交通标志结构优化空间更大,更能减少用钢量,同时其优化结果更趋向于变截面。(4)通过分析不同尺寸F型交通标志结构的优化设计结果可知,在立柱相同且横梁截面尺寸相同的情况下,横梁长度越短,结构优化空间越大,优化结果更趋向于变截面。(5)从不同工况的优化结果可知,横梁和立柱的厚度都基本达到或接近了规范规定的最小限值,因此构件厚度是F型交通标志结构设计工作中控制结构自重的重要参数。(6)本文最后将优化设计的结果代入PKPM中的STS钢结构模块中进行验算,并将验算结果与原结果进行了简要对比,相差范围均不超过5%,说明基于ANSYS的F型交通标志结构优化结果是准确可靠的。