城市人行天桥(钢结构)结构计算书

1、. ；. 目目 录录 一、工程概述一、工程概述.1 二、主要技术标准二、主要技术标准.1 三、设计规范三、设计规范.1 四、主要材料及计算参数四、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

2、局部稳定性计算.7 七七 、人行天桥主桥下部结构分析结果描述、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 九九 、人行天桥梯道梁下部结构分析结果描述、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、结论十、结论.13 . ；. 一、工程概述一、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

3、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 0.5x0.5m C40

4、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、主要技术标准二、主要技术标准 （1）设计荷载： 人群荷载：4.36 kN/m2； 二期恒载（桥面铺装与栏杆总和）：9.0 kN/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：类； （5）设计基准期：100 年。 三、设计规范三、设计规范 （1） 公路工程技术标准(JTG B012003) （2） 城市桥梁设计规范 （CJJ 112011） （3） 城市人行天桥与人行地道技术规范 （CJ

5、J69-95） （4） 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) （5） 公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005) . ；. （6） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004) （7） 公路桥涵地基与基础设计规范 （JTG D63-2007） （8） 公路桥梁抗震设计细则 （JTG/T B02-01-2008） （9） 公路桥涵施工技术规范 （JTG/T F50-2011） 四、主要材料及计算参数四、主要材料及计算参数 4.1 混凝土混凝土 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

6、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 (JTG D62-2004)以及公路圬工桥涵设计规范 （JTG D61-2005）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=3.0 x104Mpa。 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=1.65Mp

7、a，弹性模量 Ec=3.25x104Mpa。 4.2 普通钢筋普通钢筋 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 （GB 1499.1-2008） ， 钢筋混凝土用钢 第 2 部分：热轧带肋钢 筋 （GB 1499.2-2007）标准的规定。 HPB300 钢筋：抗拉标准强度 fsk300Mpa，弹性模量 Es=2.1105Mpa。 HRB400 钢筋：抗拉标准强度 fsk400Mpa，弹性模量 Es=2.0105Mpa。 4.3 钢材钢

8、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 9.0 kN/m 取值。 4.4.2 可变作用 a、人群荷载 整体计算中按照 4.36 kN/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

9、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 梁单元计算简图梁单元计算简图 采用 midas 2012 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。 1234567891011121314151617181920212223 24 2526 人行天桥钢箱梁主桥计算模型人行天桥钢箱梁主桥计算模型 . ；. 123 4 5 6 7 8 91011 12 13 14 15 161718 人行天桥梯道钢梁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有限元模

10、型中梁截面模型 人行天桥钢箱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六、人行天桥主桥上部结构分析结果描述 6.1 应力分析应力分析 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 （GB 50017-2003）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顶板应力包络图 承载能力极限状态梁底板应力包络图承载能力极限状态梁底板应力包络图 根据 mida

11、s 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。要求。 6.2. 模态分析模态分析 模态分析采用 midas 2012 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 挠度计算挠度计算

12、 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 整体稳定性计算整体稳定性计算 根据钢结构设计规范 （GB 50017-2003）4.2.4 条规定： ,所以整 4.78 345 235 9548.12248.2/05.28/,6578.02248/1300/ 010 blbh 体稳定满足要求。 . ；. 6.5 局部稳定性计算局部稳定性计算 对于主梁腹板位置，根据钢结构设计规范 （GB 50017-2003）4.3.2 条规定： ,故需设横向加劲，采用横隔板进行加劲。03.6

13、6 235 80725.8016/ 6 . 1291/ 0 y w f th ,故不需设纵向加劲。80.123 235 150725.8016/ 6 . 1291/ 0 y w f th 加劲区域稳定验算： 根据钢结构设计规范 （GB 50017-2003）4.3.3 条规定，若满足 ，则满足要求，具体如下： 跨中截面： 满足要求。, 1592.0 78.308 06.172 03.177 2.2 310 5.57 22 支点截面： 满足要求。, 1559.0 310 06.172 180 1.11 310 1.2 22 七七 、人行天桥主桥下部结构分析结果描述、人行天桥主桥下部结构分析结果描

14、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 991.9 KN，主墩自重为 122.5KN。 考虑按矩形截面计算取，最小截面 1.0m x 0.65m，按照 JTG D62-2004 5.3.1 条计 算，由： )(9 . 0 0ssdcdd AfAfNr 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-As; As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.

15、. ；. r0Nd（KN）A（m2） As（m2 ） fcd（KN/m2 ） fsd（KN/m2 ） 1.1991.91.00.650.013745218400330000 左边 （KN）右边（KN）是否满足 1091.114846.3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 496.0 KN。 根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)第 5.2.10 条， . ；. 3 02td0 0.50 10(kN) d Vf bh 公式左边为：1.1 496.0=545.6kN

16、 公式右边为： 3 0.50 101.0 1.65 650 28321517.66kN 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 桩基础验算桩基础验算 由Ra= C1Apfrk+uc2ihi+1/2suliqik 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； C2

17、i-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； s-覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端 frk 确定：当 2MPafrk15 MPa 时，取 0.80;当 15MPafrk30 MPa 时，取 0.50;当 frk30 MPa 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.

18、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C1C2 良好0.60.05 一般0.50.04 较差0.40.03 计算得到计算得到 桩基直径 d1.5m 端阻发挥系数 c10.5 岩层的层数 m1 . ；. c210.04 c220.04岩层的侧阻发挥系数 c2i c230.04 h10m h20m桩嵌入各岩层部分的厚度 hi h36m frk10kPa frk26000kPa 桩端岩石饱和单轴抗压强度 标准值 frki frk36000kPa 土层的层数 n0 q1k0kPa q2k0kPa土层的侧阻力标准值 qik q3kk

19、Pa l10m l20m各土层的厚度 li l30m 覆盖层土的侧阻发挥系数 s0.8 单桩轴向受压承载力设计值 P2043kN 计算过程参数计算过程参数 桩端截面面积 Ap1.8m2 各土层或各岩层部分桩身周长 u4.7m 计算结果计算结果 单桩轴向受压承载力容许值 Ra12081kN 承载能力是否满足承载能力是否满足满足满足 八、人行天桥梯道梁上部结构分析结果描述八、人行天桥梯道梁上部结构分析结果描述 8.1 应力分析应力分析 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 （GB 50017-2003）取用

20、 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顶板应力包络图 极限承载能力状态梁底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。足要求。 8.2 模态分析模态分析 模态分析采用 midas 2012

21、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。 . ；. 九九 、人行天桥梯道梁下部结构分析结果描述、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

22、件计算. 桥墩验算，采用桥梁博士进行墩身截面验算 9.1 梯道墩截面验算梯道墩截面验算 桥梁最大支座反力 316.7 KN，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 JTG D62-2004 5.3.1 条计算， 由： )(9 . 0 0ssdcdd AfAfNr 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-As; As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. r0Nd（KN）A（m2） As（m2 ） fcd（KN/m2 ） fsd（KN/m2 ） 1

23、.1341.71.00.250.00628418400330000 左边（KN） 右边 （KN）是否满足 375.96006.3满足 9.2 桩基础验算桩基础验算 由Ra= C1Apfrk+uc2ihi+1/2suliqik 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； s-覆盖层土的侧阻力发挥系数，根据桩端 frk 确定：