北京市第八届大学生结构设计大赛参赛作品过街天桥计算书secretWord文档下载推荐.docx
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《公路工程抗震设计规范》
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《建筑地基基础设计规范》
《建筑桩基技术规范》
国家及xx市各部门颁布的有关规定技术规程，以及大赛主办方提供的相关文件。
四设计理念
轻盈、动态、美丽，是蝶的身影。
勤劳、坚持、飞舞，是蝶的灵魂。
xx的繁华神圣，xx的车水马龙，在这一方不息的流动中，侧目、驻足似乎都不易，因为眼前的美景应接不暇、顾此失彼，要想锁住那一汪清谭的眼神，需要的是无可复制的美、内外兼修的美。
所以有了“蝶·
舞”的概念与诞生。
“黄四娘家花满蹊，千朵万朵压枝低。
留连戏蝶时时舞，自在娇莺恰恰啼。
”“蝶·
舞”姿态潇洒可爱，不免使漫步的人也流连忘返，在xx这样一个车水马龙的商业中心坐落着一只舞动的“蝴蝶”，不免能吸引更多的中外游客、商旅、投资商驻足停留，从而带动中国的经济展翅腾飞，“乘风飞去急，映日舞来徐。
”相信不久的将来，祖国一定会以迅雷之势走向繁荣富强。
“穿花蛱蝶深深见，点水蜻蜓款款飞，传语风光共流转，暂时相伴莫相违。
”蝴蝶的美丽妙不可言，而xx的美，xx的美，xx人的淳朴美，更是不言而喻，xx这个现代文明孕育的润土，配合上大自然舞动的精灵，正是人与社会和谐发展的体现。
舞动的蝴蝶、别致的美丽、精致的生活、文化的膨胀、繁华的商业，悠久的历史，一切的一切似乎都在述说着祖国的繁荣昌盛、首都的和谐美好，奥运的魅力！
第一章结构设计计算书
一、结构形式选择
本工程位于繁华的xx大型商业区，考虑满足行人交通需要的建筑功能和建筑审美要求，又因为位于xx中心十字路口处，故考虑在该十字路口采用“蝶形”拱式斜拉桥，桥面采用钢箱梁结构，由于卵石层承载力高、埋深稳定、厚度大，所以采用钻孔灌注桩基础。
设有两道电梯，楼梯采用悬臂式，考虑到楼梯与柱的连接，将楼梯梁搁置在两个钢骨混凝土柱，踏面、踢面采用钢板焊接。
在建筑结构科学使用及与周围环境协调的原则下，优先经济的选用该结构形式，采用拉索减少桥面梁的截面弯矩，由于采用对称结构形式有更好整体性及空间刚度，钢结构便于制造，运输，安装，施工速度快，很好的解决了因施工给交通带来的不便。
整个桥体美观，通行量大。
栏杆采用玻璃板式，体现了现代建筑发展的方向，与环境融洽，且安全性高。
桥东西向跨度40m,南北向20m,桥面呈弧形。
桥底面机动车道最高净空高5.1m，两端最低净空高4.5m满足最低净空4.5m的规范要求。
拉索钢束直径d=４0mm，采用Q345钢，预应力值为300KN，采用防腐油脂＋发泡剂＋保护罩的防腐体系。
拱截面采用钢管式，采用Q345钢，直径500mm，壁厚40mm,两端实心，提高端部受力性能。
拉索与拱采用一般锚固连接，与钢箱梁采用锚箱连接，拱与地面采用栓焊结合。
拱采用圆弧形式，宽度40米，高13.88m。
钢箱梁高９00mm,上部宽5m,下部宽3.7m,截面形式如图，桥面和踏面面层均采用如下形式：
钢管混凝土柱，便于与钢箱梁及楼梯的连接，其截面：
二、荷载取值
1恒荷载：
桥面弧长S=43.53m，宽度B=5m。
钢箱梁：
=mg/2SB=136624.08×
9.8/（2×
43.53×
5）=3.08
其中质量m在施工图中已统计。
桥面混凝土厚t=40mm，密度由《城市人行天桥与人行地道技术规范》查得，
混凝土面层重：
斜拱自重：
斜拱最高点标高13.88m，与水平面呈60度，计算弧长为55.08m,截面直径500mm,壁厚40mm。
=π（R2-r2）×
ρ=3.14ώ-d到结合。
拱采用抛物线х（0.25х0.25-0.21х0.21）х78.2=1.417KN/m
2活荷载
a.基本可变荷载——人群荷载：
桥跨21m<
L=43.53m<
100m，由《城市人行天桥与人行地道技术规范》
第３．１．３．２条得：
单位面积上的人群荷载,
其中：
L--加载长度，43.53m;
B--半桥宽度，大于4m取4m;
换算成线荷载为17.65KN/m
b.风荷载：
按《城市人行天桥与人行地道技术规范》第３．１．９条得：
由《建筑结构荷载规范GB50009—2001》附录D基本雪压和风压的确定方法得
基本风压为0.45
风压标准值:
桥面风荷载为：
箱型截面与玻璃护栏截面总高2m，
横向风荷载
根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》３．１．９．２：
纵向风荷载
斜拱的风荷载：
c雪载：
按《城市人行天桥与人行地道技术规范》３．１．１４查《建筑结构荷载规范GB50009—2001》6.2屋面积雪分布系数,取拱形屋面积雪分布系数
且
，其中l为跨度,f为拱高。
本工程中l=40m,f=1.5m，计算得M=3.33>
1，取1。
由《建筑结构荷载规范GB50009—2001》附录D基本雪压和风压的确定方法得基本雪压：
—屋面积雪分布系数
—基本雪压
3偶然荷载
a汽车撞击荷载：
由于柱子布置在人行道外缘，不存在汽车撞击的可能。
b地震荷载：
按《建筑抗震设计规范》GB50011-2001，xx设计地震分组为第一组，（卵石层作为桥基持力层，覆盖层厚度d=1.0+1.0+2.0+0.6+1.5=6.1m）场地类型为Ⅱ类，场地卓越周期取0.4s，设计基本加速度为0.2g，基本地震烈度8度，阻尼比0.02。
重力荷载代表值为100%恒荷载（不考虑雪荷载），一般不考虑桥面活荷载。
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001，第5.1.1规定8、9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。
计算地震反应的常用方法有振型分解反应谱法和时程分析法。
设计中由Midas\Civil2006用反应谱分析法计算。
地震作用按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规定的α反应谱曲线由软件计算。
三、计算模型选取
桥面上的荷载全部由钢箱梁承担，一部分传递到两端的钢管混凝土柱→基础→地基，另一部传递到拉索→斜拱→基础→地基。
利用Midas\Civil2006软件建立计算模型：
将每个桥面划分为40个梁单元，每个拱划分为为10个单元，拉索共14条，每条拉索为一单元；
模型中桥面与柱的连接方式为铰接，拱与地面的连接方式为刚接。
下面是不同角度所看到的计算模型：
三维视图为：
图3-1
侧立面视图为
图3-2
平面视图为
图3-3
根据经验选取箱梁、拱的尺寸以及拉索的预拉力，利用Midas建模并运行，观察拱的竖向挠度以及桥的自振频率，我们发现：
增大拉索的预拉力，桥面下沉减少，拱挠度增大（向上）；
减小拱的质量，拱的挠度增大，桥的自振频率增大；
增大拱的截面直径，刚度增大，其变形愈小。
最终，通过反复的调节各构件尺寸及拉索的预拉力，我们得出了如下数据：
钢箱梁截面：
高度９００ｍｍ，钢板厚度１０ｍｍ，布置６道连接上下桥面的加劲勒，分为７个箱室。
斜拱截面：
截面形式为管形，截面直径５００ｍｍ，壁厚４０ｍｍ。
拉索：
采用多股圆形截面钢丝绞制而成，总截面面积为１２５６平方米毫米，预拉力为１６０ＫＮ。
四、基本假定
1、构件符合小变形、小应变的假定；
2、材料为各向同性的线弹性材料；
3、荷载仅作用节点上。
五、结构设计计算
a承载能力极限状态：
按《建筑结构荷载规范》：
式中γG—永久荷载的分项系数；
γQi—第i个可变荷载的分项系数，其中γQ1为可变荷载Q1的分项系数;
SGK—按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值；
SQik—按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值,其中SQ1k为诸可变荷载效应中起控制作用者；
Ψci—可变荷载Qi的组合值系数；
n—参与组合的可变荷载数。
b正常使用极限状态：
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
按照《城市人行天桥与人行地道技术规范》3.1.1计算分析过程中考了
基本荷载工况的组合：
组合Ⅰ：
基本可变荷载与永久荷载的一种或几种相组合。
①承载能力极限状态1.2×
恒载+1.4×
基本可变荷载
②正常使用极限状态1.0×
恒载+1.0×
组合Ⅱ：
基本可变荷载与永久荷载的一种或几种与其他可变荷载的一种或几种相组合。
承载能力极限状态
1.2×
基本可变荷载+1.4×
0.6×
风荷载+1.4×
0.7×
雪荷载
④正常使用极限状态
1.0×
基本可变荷载+1.0×
风荷载+1.0×
雪荷载
组合Ⅲ：
结构重力、１ｋＮ/ｍ２人群荷载、预应力中的一种或几种与地震力相组合。
⑤1.2×
基本可变荷载+1.3×
水平地震荷载+0.5×
竖向地震荷载
⑴支座反力
组合
为最不利组合。
节点
Fx（kN）
Fy（kN）
Fz（kN）
Mx（kN*m）
My（kN*m）
Mz（kN*m）
1
6369.7306
3234.5876
859.0059
0.0000
41
-6377.4826
3237.8641
861.4478
42
6372.1680
-3248.6676
852.8627
82
-6376.0591
-3249.5865
853.2302
83
1502.9707
-895.5541
1663.4006
1304.3768
638.9167
-588.8960
93
-1504.3928
-896.3808
1664.0755
1307.2255
-640.9066
589.5827
94
1499.41066
887.3935
1661.5201
-1247.1974
620.9667
553.6405
104
-1499.4253
887.5383
1662.5119
-1245.6541
-617.4844
-554.5247
节点所对应的支座详见计算模型视图。
最不利组合下支座处反力图：
最不利组合下斜拱支座处弯矩图：
依据以上支座反力设计柱子和基础。
⑵位移分析：
组合②
组合④
21（桥面跨中）
X=0
Y=0.00012m
Y=0.000066
Z=-0.052849m
Z=-0.062092
D=0.053m
D=0.062m
88（拱的最高点）
Y=0.241156m
Y=0.325875
Z=0.13755m
Z=0.182863
D=0.372m
D=0.374m
利用荷载标准值组合进行位移验算：
21.0×
位移变形图为
白色为变形前，蓝色为变形后
位移等值线如图：
④1.0×
位移形状如图：
⑶箱梁和拱内力
在最不利组合3下拱的内力：
单元
轴向（kN）
剪力-y（kN）
剪力-z（kN）
扭矩（kN*m）
弯矩-y（kN*m）
弯矩-z（kN*m）
-3097.18
181.63
411.51
-563.04
4086.59
4116.46
-2917.63
451.56
330.44
-1100.11
1510.36
2373.27
84
-2527.03
386.02
178.2
-1273.69
-50.98
53.36
85
-2181.42
218.38
93.09
-1018.71
-781.27
-1589.21
86
-2003.01
60.77
34.83
-390.73
-1086.81
-2371.87
87
-2003.08
-60.25
-34.84
389.94
-1086.86
-2373.01
88
-2181.76
-218.14
-93.01
1018.44
-781.62
-1591.99
89
-2528.11
-386.53
-178.07
1274.08
-52.04
51.38
90
-2918.98
-451.88
-330.63
1100.72
1509.47
2373.61
91
-3098.73
-181.65
-412.03
563.55
4087.97
4117.87
在最不利组合3下箱梁的内力
-4321.86
795.75
-361.69
205.68
-434.21
2
-4344.69
640.71
-308.34
15.92
569.5
-1218.59
3
-4362.17
484.83
-255.6
45.34
873.56
-1833.8
4
-4374.26
328.31
-203.42
85.84
1118.43
-2278.84
5
-4380.96
171.35
-151.75
134.98
1304.68
-2552.98
6
-4382.27
14.15
-100.54
190.29
1432.87
-2655.7
7
-4378.2
-143.08
-49.75
249.33
1503.57
-2586.74
8
-4368.74
-300.15
0.69
309.61
1517.31
-2346.07
9
-4235.48
-78.54
-101.2
368.68
1557.57
-2140.31
10
-4228.56
-230.51
-50.65
431.01
1623.95
-1972.35
11
-4216.45
-382.2
-0.36
494.14
1633.48
-1638.43
12
-4199.19
-533.43
49.74
555.6
1586.54
-1138.9
13
-4083.51
-218.07
-131.73
612.9
1609.72
-728.55
14
-4072.14
-364.57
-81.32
673.95
1702.53
-410.09
15
-4055.8
-510.62
-31.02
736.26
1738.47
68.28
16
-4034.51
-656.04
19.22
797.37
1717.64
706
17
-3968.26
-360.07
-148.59
854.81
1762.75
1261.93
18
-3952.29
-502.43
-84.6
915.9
1855.04
1734.35
19
-3931.64
-644.18
-34.05
977.65
1886.29
2362.12
20
-3906.2
-785.12
16.57
1037.59
1860.03
3144.47
在最不利荷载组合3下轴力Fx：
在最不利荷载组合3下剪力Fy：
在最不利荷载组合3下剪力Fz：
在最不利荷载组合3下Mx图：
在最不利荷载组合3下My图：
在最不利荷载组合3下Mz图
⑷在最不利组合下应力分析：
由应力分布图可知：
在桥面中部以及斜拱顶部、两端组合应力较大，为受力危险单元。
⑸地震分析：
取前三阶振型
振型阶数
频率（Hz）
周期（s）
3.028173
0.330232
4.481609
0.223134
5.074504
0.197064
第一阶振型曲线：
白色代表变形前，蓝色变形后。
第二阶振型曲线：
三阶振型曲线：
（6）验算拉索
材料取16Mn钢，抗拉强度设计值为315N/
，拉索截面取0.04m，在最不利组合（组合3）下，拉索的最大内力（拉力）为333.5KN，则：
满足。
（7）验算斜拱
材料取Q235，截面取，环形截面直径D=650，壁厚t=18，在最不利组合下，最危险截面轴力为-3098.75KN（压）；
弯矩为-4087.97KN·
m（y向），4117.87KN·
m（z向）;
剪力为-181.65KN（y向），412.03KN（z向）
a验算强度：
满足要求
b验算刚度：
斜拱的竖向最大位移为18.2cm，满足要求。
（8）箱型梁截面验算
a强度：
正应力验算：
满足要求
剪应力验算：
剪力最大单元为1，
b刚度验算：
计算出在最不利组合下桥面跨中位移W=-0.061m（向下）<
L/600=0.066m根据《CJJ69-95城市人行天桥与人行地道技术规范》满足要求。
c整体稳定：
由于桥梁截面为箱型截面，其h/b0=6,且l1/b0<
95
h---截面高度0.9m
b0---桥面宽度5m
l1截面跨度，40m
按照《钢结构设计规范》第4.2.4条，可不进行整体稳定性验算
（9）柱子的设计计算
1、材料设定
钢：
选用3号钢，弹性模量Ea=206*103N/mm2
抗拉抗压强度设计值fa=215N/mm2
屈服强度fy=235N/mm2
混凝土：
选用C30的混凝土
抗压强度设计值fc=15N/mm2
抗压强度设计值ft=1.5N/mm2
弹性模量Ec=30*103N/mm2
2．尺寸设计
柱子直径：
D=300mm>
100mm（钢结构设计规范规定的最小柱子外径）
钢管壁厚：
t=8mm，《钢管混凝土结构设计与施工规程》规定：
钢管外径与壁厚之比d/t，宜限制在20在85
之间（fy为钢的屈服强度）。
故：
20<
d/t<
85，我们的设计d/t=37.5，满足设计要求。
3．钢管混凝土单肢柱的承载力计算
（1）根据《钢管混凝土结构设计与施工规程》可知：
钢管混凝土单肢的承载力应按下式计算：
式中
---钢管混凝土实心短柱的承载力设计值
---钢管混凝土的套箍指标
----混凝土的抗压强度设计值
Ac----钢管内混凝土的横截面面积
fa------钢管的抗拉、抗压强度设计值
Aa-----钢管的横截面积
Φ1--------考虑长细比影响的承载力折减系数
φ2--------考虑偏心率影响的承载力折减系数
在任何情况下均应满足下列条件：
为按轴心受压柱考虑的
值
（2）柱承载力验算：
满足规范0.3<
θ<
3的要求。
①φ2的确定：
因为不考虑偏心率的影响，故φ2=1
②φ1的确定：
由《钢管混凝土结构设计与施工规程》可知：
柱子的等效计算长度la=kul
k：
为等效长度系数，经查阅《钢管混凝土结构设计与施工规程》附表二，得k
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