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
一、工程概述1
二、主要技术标准1
三、设计规范1
四、主要材料及计算参数2
4.1混凝土2
4.2普通钢筋2
4.3钢材2
4.4计算荷载取值3
4.4.1永久作用3
4.4.2可变作用3
五、人行天桥计算模型3
5.1梁单元计算简图3
5.2有限元模型中梁截面模型4
六、人行天桥主桥上部结构分析结果描述4
6.1应力分析4
6.2.模态分析5
6.3挠度计算6
6.4整体稳定性计算6
6.5局部稳定性计算7
七、人行天桥主桥下部结构分析结果描述7
7.1主墩截面验算7
7.2桩基础验算8
八、人行天桥梯道梁上部结构分析结果描述9
8.1应力分析9
8.2模态分析10
8.3挠度计算结果11
九、人行天桥梯道梁下部结构分析结果描述11
9.1梯道墩截面验算11
9.2桩基础验算12
十、结论13
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。
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