城市人行天桥钢结构结构计算书.docx

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城市人行天桥钢结构结构计算书

城市人行天桥（钢结构）结构计算书

一、工程概述

xxx路人行过街系统位于xxxx附近，结构形式为钢箱梁人行天桥。

主桥的设计采用直线Q345钢箱梁主梁，梁高1.5m，主梁跨径布置为1.15m+28.05m+1.15m=30.35m，桥面全宽3.7m，其横向布置为0.1（栏杆）+3.5m（净宽）+0.1（栏杆）=3.7m。

梯道的设计采用梯道梁与梯踏步组合而成，梯道梁采用Q345钢板焊接，梁高0.3m，宽1.0m，在梯道梁上设置预制C30钢筋砼梯踏步，梯道全宽2.3m，其横向布置为0.1（栏杆）+2.1m（净宽）+0.1（栏杆）=2.3m。

下部结构主桥墩采用C40钢筋砼花瓶形桥墩，厚0.65m；基础采用直径为1.5m的C30钢筋砼桩基础。

梯道桥墩采0.5x0.5mC40钢筋砼矩形桥墩，基础采用直径为1.0m的C30钢筋砼桩基础。

二、主要技术标准

（1）设计荷载：

人群荷载：

4.36kN/m2；

二期恒载（桥面铺装与栏杆总和）：

9.0kN/m；

结构整体升降温：

±20℃。

（2）地震烈度：

抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，桥梁抗震设防类别为D类；

（3）设计安全等级：

一级；

（4）环境类别：

Ⅰ类；

（5）设计基准期：

100年。

三、设计规范

（1）《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）

（2）《城市桥梁设计规范》（CJJ11－2011）

（3）《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）

（4）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）

（5）《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）

（6）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）

（7）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）

（8）《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）

（9）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）

四、主要材料及计算参数

4.1混凝土

人行天桥桥墩采用C40混凝土，梯踏步、桩基础均采用C30混凝土，梯步底部砌体调整平台结构采用C25片石混凝土。

其轴心抗压设计强度、轴心抗拉设计强度、弹性模量等指标应满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）以及《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）的材料要求。

C25混凝土：

轴心抗压强度设计值fcd=11.5Mpa，轴心抗拉强度设计值ftd=1.23Mpa，弹性模量Ec=2.8x104Mpa。

C30混凝土：

轴心抗压强度设计值fcd=13.8Mpa，轴心抗拉强度设计值ftd=1.39Mpa，弹性模量Ec=3.0x104Mpa。

C40混凝土：

轴心抗压强度设计值fcd=18.4Mpa，轴心抗拉强度设计值ftd=1.65Mpa，弹性模量Ec=3.25x104Mpa。

4.2普通钢筋

一般钢筋直径大于等于12mm者为HRB400钢筋，直径小于等于10mm者为HPB300钢筋。

HPB300、HRB400钢筋标准应分别符合《钢筋混凝土用钢第1部分：

热轧光圆钢筋》（GB1499.1-2008），《钢筋混凝土用钢第2部分：

热轧带肋钢筋》（GB1499.2-2007）标准的规定。

HPB300钢筋：

抗拉标准强度fsk≥300Mpa，弹性模量Es=2.1×105Mpa。

HRB400钢筋：

抗拉标准强度fsk≥400Mpa，弹性模量Es=2.0×105Mpa。

4.3钢材

钢材的弹性模量、设计抗压（拉）强度参数等基本参数均按规范取值。

Q345钢材：

拉、压设计强度值为310MPa

4.4计算荷载取值

4.4.1永久作用

一期恒载：

按照实际结构尺寸考虑。

二期恒载（桥面铺装与栏杆总和）：

设计按9.0kN/m取值。

4.4.2可变作用

a、人群荷载

整体计算中按照4.36kN/m2设计。

b、温度荷载

结构整体升温：

20℃

结构整体降温：

-20℃；

五、人行天桥计算模型

桥梁纵向计算按梁单元建模计算，根据实际施工过程及使用过程的最不利状况，进行荷载组合，求得结构最不利状态下的应力和位移，按规范中所规定的各项容许指标，并得出结构自振频率，验算主梁是否满足要求。

5.1梁单元计算简图

采用midas2012有限元软件，建立天桥主桥模型。

注意：

在P0-1号、P1-1号墩方向存在梯步。

为了简化模型的建立，单独建立梯道部分模型，对主体结构影响不明显。

人行天桥钢箱梁主桥计算模型

人行天桥梯道钢梁计算模型

5.2有限元模型中梁截面模型

人行天桥钢箱梁截面模型

人行天桥梯道钢梁截面模型

六、人行天桥主桥上部结构分析结果描述

6.1应力分析

组合按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），并进行构件应力验算（所有组合系数取1）。

设计是按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）取用Q345钢材。

Q345钢，拉、压设计强度值为310MPa。

承载能力极限状态梁顶板应力包络图

承载能力极限状态梁底板应力包络图

根据midas有限元模型计算分析可知：

顶板最大压应力为35.6MPa，底板最大拉应力为58.6MPa。

从上部结构纵向计算几种组合的验算结果可以看出，天桥主梁的应力验算满足要求。

6.2.模态分析

模态分析采用midas2012有限元软件进行分析，用梁单元建立了上部主梁单元，空间模型如下：

质量源选取：

主梁自重及桥面铺装等恒荷载。

经计算钢结构一阶竖向自振频率为3.95Hz，满足规范规定大于3Hz要求，桥梁使用性满足要求。

一阶模态振形图：

（周期T=0.284）

6.3挠度计算

根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》2.5.2条规定，由人群荷载计算的最大竖向挠度为13.238mm，小于规范要求的允许值L/600=4.675cm。

6.4整体稳定性计算

根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）4.2.4条规定：

所以整体稳定满足要求。

6.5局部稳定性计算

对于主梁腹板位置，根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）4.3.2条规定：

故需设横向加劲，采用横隔板进行加劲。

故不需设纵向加劲。

加劲区域稳定验算：

根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）4.3.3条规定，若满足

，则满足要求，具体如下：

跨中截面：

支点截面：

七、人行天桥主桥下部结构分析结果描述

由于桥梁规模较小，引起水平荷载不显著。

故可近似的按轴心受压构件计算.

桥墩验算，采用桥梁博士进行墩身截面验算

7.1主墩截面验算

（1）墩身抗压承载能力验算

桥梁最大支座反力991.9KN，主墩自重为122.5KN。

考虑按矩形截面计算取，最小截面1.0mx0.65m，按照JTGD62-20045.3.1条计算，由：

Ψ——控制稳定性,与lo（构件计算长度）有关;

A——构件毛截面面积,当钢筋配筋率大于3%时An=A-A's;

A's——为全部纵向钢筋面积;

fcd——混凝土轴心抗压强度设计值，C40取18.4MPa.

r0

Nd（KN）

Ψ

A（m2）

A's（m2）

fcd（KN/m2）

fsd'（KN/m2）

1.1

991.9

1.0

0.65

0.0137452

18400

330000

左边（KN）

右边（KN）

是否满足

1091.1

14846.3

满足

（2）墩顶局部抗剪承载能力验算

主墩采用花瓶型桥墩，墩顶支座位置对应竖向截面需验算局部抗剪承载能力验算。

其中，单个支座最大反力496.0KN。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）第5.2.10条，

公式左边为：

公式右边为：

满足公式及规范要求，故可不进行斜截面抗剪承载力验算。

7.2桩基础验算

由[Ra]=C1Apfrk+u∑c2ihi+1/2ζsu∑liqik

式中:

[Ra]---单桩轴向受压容许承载力（kpa），桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；

C1----据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数，按表5.3.4采用;

Ap----桩端截面面积（m2）,对于扩底桩，取扩底截面面积;

frk----桩端截岩石饱和单轴极限抗压强度（kpa），粘土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值；

C2i----据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，按表5.3.4采用;

u----各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；

hi----桩嵌入各岩层部分的厚度（m），不包括强风化层和全风化层；

m----岩层的层数不包括强风化层和全风化层；

ζs----覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端frk确定：

当2MPa≤frk＜15MPa时，取0.80;当15MPa≤frk＜30MPa时，取0.50;当frk＞30MPa时，取0.20；

li----各土层的厚度（m）；

qi----桩侧第i层土的侧阻标准值（Kpa），宜采用单桩摩阻力试验值，当无试验条件时，对钻（挖）孔桩按本规范表5.3.3-1选用，对于沉桩按本规范表5.3.3-4选用；

n----土层的层数，强风化和全风化岩层按土层考虑.

条件

C1

C2

良好

0.6

0.05

一般

0.5

0.04

较差

0.4

0.03

计算得到

桩基直径d

1.5

m

端阻发挥系数c1

0.5

岩层的层数m

1

岩层的侧阻发挥系数c2i

c21

0.04

c22

0.04

c23

0.04

桩嵌入各岩层部分的厚度hi

h1

0

m

h2

0

m

h3

6

m

桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值frki

frk1

0

kPa

frk2

6000

kPa

frk3

6000

kPa

土层的层数n

0

土层的侧阻力标准值qik

q1k

0

kPa

q2k

0

kPa

q3k

kPa

各土层的厚度li

l1

0

m

l2

0

m

l3

0

m

覆盖层土的侧阻发挥系数ζs

0.8

单桩轴向受压承载力设计值P

2043

kN

计算过程参数

桩端截面面积Ap

1.8

m2

各土层或各岩层部分桩身周长u

4.7

m

计算结果

单桩轴向受压承载力容许值[Ra]

12081

kN

承载能力是否满足

满足

八、人行天桥梯道梁上部结构分析结果描述

8.1应力分析

组合按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），并进行构件应力验算（所有组合系数取1）。

设计是按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）取用Q345钢材。

Q345钢，拉、压设计强度值为310MPa。

承载能力极限状态梁顶板应力包络图

极限承载能力状态梁底板应力包络图

根据midas有限元模型计算分析可知：

顶板最大拉应力为51.6MPa，最大压应力为34.0MPa

底板最大拉应力为33.9MPa，最大压应力为51.6MPa

从上部结构纵向计算几种组合的验算结果可以看出，天桥梯道梁的应力验算满足要求。

8.2模态分析

模态分析采用midas2012有限元软件进行分析，用梁单元建立了上部梯道梁单元，空间模型如下：

质量源选取：

主梁自重及桥面铺装等恒荷载。

经计算钢结构一阶竖向自振频率为6.97Hz，满足规范规定大于3Hz要求，桥梁使用性满足要求。

一阶模态振形图：

（周期T=0.143）

8.3挠度计算结果

根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》2.5.2条规定，由人群荷载计算的最大竖向挠度为1.402mm，小于规范要求的允许值L/600=1.25cm。

九、人行天桥梯道梁下部结构分析结果描述

由于桥梁规模较小，引起水平荷载不显著。

故可近似的按轴心受压构件计算.

桥墩验算，采用桥梁博士进行墩身截面验算

9.1梯道墩截面验算

桥梁最大支座反力316.7KN，梯道墩自重为25.0KN。

考虑按矩形截面计算取，最小截面0.6mx0.6m，按照JTGD62-20045.3.1条计算，由：

Ψ——控制稳定性,与lo（构件计算长度）有关;

A——构件毛截面面积,当钢筋配筋率大于3%时An=A-A's;

A's——为全部纵向钢筋面积;

fcd——混凝土轴心抗压强度设计值，C40取18.4MPa.

r0

Nd（KN）

Ψ

A（m2）

A's（m2）

fcd（KN/m2）

fsd'（KN/m2）

1.1

341.7

1.0

0.25

0.006284

18400

330000

左边（KN）

右边（KN）

是否满足

375.9

6006.3

满足

9.2桩基础验算

由[Ra]=C1Apfrk+u∑c2ihi+1/2ζsu∑liqik

式中:

[Ra]---单桩轴向受压容许承载力（kpa），桩身自重与置换土重（当自重计入浮力时，置换土重也计入浮力）的差值作为荷载考虑；

C1----据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的端阻发挥系数，按表5.3.4采用;

Ap----桩端截面面积（m2）,对于扩底桩，取扩底截面面积;

frk----桩端截岩石饱和单轴极限抗压强度（kpa），粘土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值；

C2i----据清孔情况、岩石破碎程度等因素而定的第i层岩层的侧阻发挥系数，按表5.3.4采用;

u----各土层或各岩层部分的桩身周长（m）；

hi----桩嵌入各岩层部分的厚度（m），不包括强风化层和全风化层；

m----岩层的层数不包括强风化层和全风化层；

ζs----覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端frk确定：

当2MPa≤frk＜15MPa时，取0.80;当15MPa≤frk＜30MPa时，取0.50;当frk＞30MPa时，取0.20；

li----各土层的厚度（m）；

qi----桩侧第i层土的侧阻标准值（Kpa），宜采用单桩摩阻力试验值，当无试验条件时，对钻（挖）孔桩按本规范表5.3.3-1选用，对于沉桩按本规范表5.3.3-4选用；

n----土层的层数，强风化和全风化岩层按土层考虑.

条件

C1

C2

良好

0.6

0.05

一般

0.5

0.04

较差

0.4

0.03

计算得到

桩基直径d

1.0

m

端阻发挥系数c1

0.5

岩层的层数m

1

岩层的侧阻发挥系数c2i

c21

0.04

c22

0.04

c23

0.04

桩嵌入各岩层部分的厚度hi

h1

0

m

h2

0

m

h3

4

m

桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值frki

frk1

0

kPa

frk2

6000

kPa

frk3

6000

kPa

土层的层数n

0

土层的侧阻力标准值qik

q1k

0

kPa

q2k

0

kPa

q3k

kPa

各土层的厚度li

l1

0

m

l2

0

m

l3

0

m

覆盖层土的侧阻发挥系数ζs

0.8

单桩轴向受压承载力设计值P

657.0

kN

计算过程参数

桩端截面面积Ap

0.785

m2

各土层或各岩层部分桩身周长u

3.14

m

计算结果

单桩轴向受压承载力容许值[Ra]

5369

kN

承载能力是否满足

满足

十、结论

（1）经对人行天桥主桥及下部结构计算可知，桥梁满足安全，适用，耐久的条件；

（2）经对人行天桥梯道钢梁及下部结构计算可知，梯道钢梁满足安全，适用，耐久的条件。