人行天桥结构计算书

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-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除人行天桥结构计算书(总46页)44-林州市人行天桥结构计算书审定：审核：设计：2012年2月目录TOC\o"1-2"\h\z\u一. 工程概况 -1-二. 设计原则与标准 -1-三. 结构布置和构件截面 -2-结构布置 -2-杆件截面 -3-支座和边界约束 -3-四. 荷载与作用 -4-五. 材料 -9-六. 构件包络应力 -9-整体应力分布 -9-拱结构应力状态 -9-桥面主梁、次梁应力状态 -11-吊杆应力状态 -13-七. 模态分析 -14-特征周期 -14-特征模态 -14-八. 桥梁变形 -16-竖向变形 -16-水平变形 -17-九. 桥梁整体稳定分析 -18-屈曲特征值 -18-屈曲模态 -18-十．节点计算 -20-吊杆节点 -20-主梁ZL与GHL2连接处支座验算 -23-主梁ZL与桥台连接节点验算 -26-十一基础验算 -32-基础底面地基承载力验算 -32-基础背面地基承载力验算 -37-基础侧面地基承载力验算 -42-抗剪栓钉验算 -43-施工安装阶段柱脚底板验算 -44-工程概况河南省林州市人行天桥项目。采用中承式拱桥设计原则与标准1、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）2、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）3、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）4、《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）5、《钢结构工程施工及验收规范》（GBJ50205-2001）6、《城市桥梁设计准则》（CJJ11-93）7、《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）8、《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）9、《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-93）10、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）11、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）12、《公路桥涵地基及基础设计规范》（JTJ024-85）13、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）14、《铁路桥梁钢结构设计规范》（）15、《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002；J218-2002）16、《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》（JT/T663-2006）17、《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4-2004）结构布置和构件截面结构布置图1三维结构图图2立面布置图图3平面布置图杆件截面支座和边界约束拱结构与桥面结构之间通过单向可滑动支座进行连接，支座型号为GJZF4350x550x72(单向)NR，实现桥面梁沿桥纵向可滑动，横向与拱结构协同工作。拱脚与基础固结约束；桥面结构的四个角点中，除一个为约束三个平动自由度外，其他三个支座均为只约束竖向自由度。边界约束情况如图4所示（途中约束六位数字分别表示：平动x向、平动y向、平动z向；转动绕x轴；转动绕y轴；转动绕z轴，0表示释放；1表示约束）。图4边界约束布置图荷载与作用设计使用年限为100年设计地震烈度为7度（）第二组Ⅲ类场地根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）的规定，地震工矿组合中，考虑永久荷载和kN/m2的人群荷载。桥面永久荷载47mm厚(平均厚度)细石混凝土：q10mm厚EPDM聚亚安脂混合颗粒塑胶：q考虑可能以后采用广场瓷砖：q压型钢板自重：q综上：桥面均布恒荷载q=2.0kN/栏杆自重：kN/m广告牌自重：kN/m掉面吊挂荷载：kN/可变荷载（1）、人群荷载：根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95），加载长度超过20m的情况下，人群荷载为;w=在计算中取m2（用于整体结构计算）在设计乔面板时，人群荷载取m2（用于桥面板计算）（2）、按100年考虑基本雪荷载：m2（3）、风荷载基本风压：m2（按100年为设计周期）广告牌：由于两侧广告牌之间空间开放，因此分别考虑两侧风荷载，且其数值和方向相同单侧广告牌体型系数：风振系数：高度分布系数：（按B类场地，20m高度）单侧广告牌上的风荷载作用于主梁上，折算线荷载：p=1.5×1.3×1.25×0.55×4.2=5.63拱侧面（考虑两片拱承受风荷载，数值相同，方向相同）：单片拱体型系数：风振系数：高度分布系数：（按B类场地，20m高度）单侧拱侧面上的风荷载，折算线荷载（考虑拱侧面宽度为）：p=1.5×1.4×1.25×0.55×1.5=2.16综上，风荷载在计算模型中的分布情况如图5.图5风荷载布置图（4）、雪荷载基本风压：kN/m2（按100年考虑）（5）、栏杆荷载水平力：kN/m竖向力：kN/m温度作用设计温度变化范围：-210C～+570C，合拢温度为±100C荷载组合非地震组合组合恒荷载人群荷载风荷载升温降温组合恒荷载人群荷载风荷载升温降温130231332433534635736837938103911401241134214431544164517461847194820492150225123521245312554126551275612857129地震组合组合恒荷载人群荷载风荷载水平地震y水平地震x竖向地震组合恒荷载人群荷载风荷载水平地震y水平地震x竖向地震167126813691470157116721773187419751107611177112781137911480115811168211783118841198512086121871228812389124901259112692127931289412995130961319713298133991341001351011361021371031381041391051401061411071421081431091441101451111461121471131481141491151501161511171521181531191541201551211561221571231581241591251601261611271621281631291641301651311661321设计温度变化范材料钢材：主梁、主拱、吊杆、横梁、耳板、肋板等采用Q345B销轴采用45号钢混凝土：桥面、基础采用C30混凝土构件包络应力整体应力分布图6整体应力分布计算结果表明：采用本设计方案的拱桥整体强度应力处于安全状态，最大应力发生在拱脚附近区域。下文将详细介绍各主要构件的应力数值。拱结构应力状态图7拱结构应力分布图图7所示的是主拱和拱横梁的应力分布情况，最大应力发生在拱脚附近，最大值为142MPa，小于Q345钢的屈服强度；若不考虑加劲肋对箱形截面的作用，即仅考虑40tw（tw为腹板厚度）的有效截面，则拱结构的应力比如图8。图8拱结构应力分布图(仅考虑有效截面)计算结果文件如下图：图9拱脚计算结果(仅考虑有效截面)上图所示的计算结果表明：即使仅考虑40tw的有效截面，拱脚最大应力比为，因此，拱结构强度满足要求。桥面主梁、次梁应力状态图10桥面梁结构应力分布图桥面梁的最大应力比在以下，因此满足要求，计算结果如图11。图11主梁计算结果吊杆应力状态图12吊杆应力分布图图12所示的计算结果表明：吊杆的最大拉应力为152MPa，因此满足钢材Q345B强度要求，计算结果见图13。图13吊杆计算结果模态分析特征周期表1特征周期表阶数特征周期/s阶数特征周期/s16273849510特征模态图14第一阶模态图15第二阶模态图16第三阶模态图17第四阶模态图18第五阶模态图14～图18所示的计算结果表明：在前五阶特征模态中，第一阶、第二阶和第五阶特征模态是横桥向模态；第三阶和第四阶模态为竖向模态，其中第三阶模态所对应的特征频率为，满足《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）中关于人行天桥竖向频率至少3Hz的要求。桥梁变形竖向变形图19竖向变形在永久荷载和人群荷载的标准组合作用下，桥梁的最大竖向变形为，按支座间距离为计算，挠度为1/2500，满足《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）中关于人行天桥主梁竖向挠度小于1/600的要求，另外，由于挠度小于1/1600，因此可不预起拱，但为了更好的排水，在本设计中，主梁沿纵向设置%的坡度。水平变形考虑到桥梁两侧面挂有大面积广告牌，横向风荷载对桥梁的作用较大，因此需关注桥梁的横向变形。图20显示了桥梁在横向风荷载作用下的变形。图20水平变形图20所示的结果表明拱顶点的最大水平位移为51mm（拱跨为，变形约为1/1400）；桥面最大横向位移为26mm（桥面梁跨度按为，变形约为1/2800）。桥梁整体稳定分析屈曲特征值表2屈曲特征值阶数特征值阶数特征值16273849510屈曲模态图21第一阶屈曲模态图22第二阶屈曲模态图23第三阶屈曲模态图24第四阶屈曲模态图25第五阶屈曲模态上述结果表明：桥梁的前五阶屈曲模态主要表现为拱结构平面外失稳。其中，第一阶屈曲模态所对应的特征值是，表明整体结构具有较好的稳定性。十．节点计算吊杆节点吊杆采用圆管127x8，与主拱和桥面横梁的连接方式如图26所示：图26吊杆节点销轴计算计算结果显示吊杆最大拉力为455kN，吊杆截面为圆管127x8，其截面积为2991mm。销轴（45号钢）直径为60mm，其截面积A1:A根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）给出的45号钢的允许剪应力为125MPa，所对应的极限抗剪承载力FV为：F因此，销轴的抗剪承载力满足要求。按销轴抗弯较不利情况考虑，计算简图如下两种情况：图27销轴抗弯计算简图对于第一种情况，最大弯矩：W=0.25×455×0.056=截面转动惯性矩I=1/64×3.14159×销轴弯曲应力为σ=6370×对于第二种情况，最大弯矩：W=0.5×11.4×销轴弯曲应力为σ=2280×因此，满足《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）给出的45号钢的允许弯应力为360MPa耳板计算耳板有效截面抗拉承载力计算耳板最小有效截面积：APϕ=满足《铁路桥梁钢结构设计规范》（）中大于的要求。耳板承压计算耳板承压应力：σ=455/《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）中规定Q345钢的销轴承压应力限值为300MPa，因此满足要求。耳板抗剪计算耳板抗剪截面：A=2tϕ=因此耳板抗剪强度满足要求。耳板抗剪计算孔径与销轴直径相差不大于1mm，满足要求。孔端耳板a=>=，满足要求。主梁ZL与GHL2连接处支座验算支座验算根据结构特点和受力大小，在主梁ZL与GHL2之间的连接采用四氟滑板橡胶支座GJZF4350x550x72(单向)NR，根据《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》（JT/T663-2006）确定，该支座的最大承压力标准值为1836kN，顺桥向最大位移为90mm，允许转角为（按照寒冷地区考虑）。通过本桥梁的计算，得到支座处最大承压力为680kN，支座处顺桥向最大位移为39mm，最大转角为，另外侧向通过抵挡构造实现侧向约束。因此本支座满足结构要求。挡块验算图28支座节点支座处水平力为980kN。需验算的内容包括，ZL与支座上钢板间的焊缝、下钢板与GHL2之间的焊缝、挡块的强度验算。上钢板与ZL之间的连接τ=满足要求下钢板与GHL之间的连接有水平引起弯矩W为W=980×0.15=147kN∙mτ=980/(2×0.7×14×900)=55.6MPaσ=147×(满足要求挡块强度验算图25挡块截面截面特性如下：质心到截面上、下外边沿的距离分别为：

yyA=24600I=1.1379×W=7.202×σ=平均剪力：τ=σ满足要求。主梁ZL与桥台连接节点验算图26主梁桥台支座第一类支座，如图26图26第一类桥台支座整体结构计算得到反力：竖向压力：竖向拉力：在竖向压力作用下，仅考虑主梁与底板连梁的角焊缝传递竖向力：F在竖向拉力作用下，抗拉构造的受力如下图：图27抗拉构造受力简图最大弯矩:M最小抗弯截面转动惯性矩:I最大抗弯应力:σ=底部焊缝最大正应力:I=A=2×200×σ=上述计算结果表明第一类桥台支座满足要求。第二类支座，如图28图28第二类桥台支座整体结构计算得到反力：纵向水平力：横向水平力：竖向力：（拉力）；（压力）（A）连接角焊缝验算不考虑侧向肋板的作用，即仅考虑通过主梁与底板连梁的角焊缝传递作用力：由于侧向水平力的作用点位于主梁截面中心，因此应考虑水平力引起的弯矩：M=98.8×1.28/2=63.2kN∙m在竖向力和弯矩的共同作用下的焊缝正应力为：σ=在水平力作用下的焊缝剪应力为：τ=综合应力为：（（B）锚栓抗拉验算锚栓承受竖向力的作用，采用6个M36的锚栓，单个极限抗拉承载力为。锚栓所承受的最大拉力为：F=（C）埋件验算图29埋件图1）当埋件在竖向拉力、弯矩和剪力同时作用下（假设不考虑锚栓的作用）：弯矩：

M=98.8×拉力：F=280.9kN剪力：V=A其中：因此：V实配As2）当埋件在竖向压力、弯矩和剪力同时作用下：弯矩：

M=98.8×压力：N=156.3kN剪力：V=AA其中：因此：V-0.3NM-0.4Nz实配As十一基础验算验算内容：基础底面地基承载力验算基础背面地基承载力验算基础侧面地基承载力验算抗剪栓钉验算施工安装阶段柱脚底板验算基础倾覆验算（考虑结构整体，不会发生平面内倾覆，不需验算）基础底面地基承载力验算已知条件：基础尺寸(单位mm):b1=7300,b11=3650,a1=4000,a11=1300,h1=9234柱:方柱,A=600mm,B=2000mm设计值：N=,Mx=My=标准值：Nk=,Mxk=Myk=混凝土强度等级：C30,fc=mm2钢筋级别：HRB400,fy=360N/mm2基础混凝土保护层厚度：40mm基础与覆土的平均容重：m3修正后的地基承载力特征值：1000kPa基础埋深：作用力位置标高：计算要求：(1)基础抗弯计算(2)基础抗剪验算(3)基础抗冲切验算(4)地基承载力验算单位说明：力：kN,力矩：,应力：kPa基底反力计算：统计到基底的荷载标准值:Nk=,Mkx=,Mky=设计值:N=,Mx=,My=承载力验算时,底板总反力标准值(kPa):[相应于荷载效应标准组合]pkmax=(Nk+Gk)/A+|Mxk|/Wx+|Myk|/Wy=kPapkmin=(Nk+Gk)/A-|Mxk|/Wx-|Myk|/Wy=kPapk=(Nk+Gk)/A=kPa各角点反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPa强度计算时,底板净反力设计值(kPa):[相应于荷载效应基本组合]pmax=N/A+|Mx|/Wx+|My|/Wy=kPapmin=N/A-|Mx|/Wx-|My|/Wy=kPap=N/A=kPa各角点反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPapmin=<0,地基承载力验算:pk=<fa=,满足pkmax=<*fa=,满足基础抗剪验算:抗剪验算公式V<=*βh*ft*Ac[GB50010-2002第条](剪力V根据最大净反力pmax计算)第1阶(kN):V下=,V右=,V上=,V左=砼抗剪面积(m2):Ac下=,Ac右=,Ac上=,Ac左=抗剪满足.基础抗冲切验算:抗冲切验算公式Fl<=*βhp*ft*Aq[GB50007-2002第条](冲切力Fl根据最大净反力pmax计算)第1阶(kN):Fl下=,Fl右=,Fl上=,Fl左=砼抗冲面积(m2):Aq下=,Aq右=,Aq上=,Aq左=抗冲切满足.基础受弯计算:弯矩计算公式M=1/6*la2*(2b+b')*pmax[la=计算截面处底板悬挑长度]配筋计算公式As=M/*fy*h0)第1阶:M下=,M右=,M上=,M左=,h0=9189mm计算As(mm2/m):As下=36,As右=238,As上=207,As左=238基础板底构造配筋(构造配筋E12@200).底板配筋:X向实配E12@200(565mm2/m)>=As=565mm2/mY向实配E12@200(565mm2/m)>=As=565mm2/m配筋简图基础背面地基承载力验算已知条件：基础尺寸(单位mm):b1=9234,b11=4617,a1=4000,a11=2000,h1=5233柱:方柱,A=600mm,B=2000mm设计值：N=,Mx=My=标准值：Nk=,Mxk=Myk=混凝土强度等级：C30,fc=mm2钢筋级别：HRB400,fy=360N/mm2基础混凝土保护层厚度：40mm基础与覆土的平均容重：m3修正后的地基承载力特征值：1000kPa基础埋深：作用力位置标高：计算要求：(1)基础抗弯计算(2)基础抗剪验算(3)基础抗冲切验算(4)地基承载力验算单位说明：力：kN,力矩：,应力：kPa基底反力计算：统计到基底的荷载标准值:Nk=,Mkx=,Mky=设计值:N=,Mx=,My=承载力验算时,底板总反力标准值(kPa):[相应于荷载效应标准组合]基底全反力计算出现零应力区，按应力重分布计算：基底各点位置及反力(以左下角为原点)：(x,y)反力(kPa),,,,,,pk=(Nk+Gk)/A=kPapkmax=kPa,pkmin=kPa强度计算时,底板净反力设计值(kPa):[相应于荷载效应基本组合]p=kPapmax=kPa,pmin=kPa各角点反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPa地基承载力验算:pk=<fa=,满足pkmax=<*fa=,满足基础抗剪验算:抗剪验算公式V<=*βh*ft*Ac[GB50010-2002第条](剪力V根据最大净反力pmax计算)第1阶(kN):V下=,V右=,V上=,V左=砼抗剪面积(m2):Ac下=,Ac右=,Ac上=,Ac左=抗剪满足.基础抗冲切验算:抗冲切验算公式Fl<=*βhp*ft*Aq[GB50007-2002第条](冲切力Fl根据最大净反力pmax计算)第1阶(kN):Fl下=,Fl右=,Fl上=,Fl左=砼抗冲面积(m2):Aq下