城市人行天橋(鋼結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)計(jì)算書

1、目錄 一、工程概述 1 二、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1 三、設(shè)計(jì)規(guī)范 1 四、主要材料及計(jì)算參數(shù) 2 4.1 混凝土2. 4.2 普通鋼筋 2. 4.3 鋼材2. 4.4 計(jì)算荷載取值 3. 4.4.1 永久作用 3. 4.4.2可變作用 3. 五、人行天橋計(jì)算模型 3 5.1 梁單元計(jì)算簡圖 3. 5.2 有限元模型中梁截面模型 4. 六、人行天橋主橋上部結(jié)構(gòu)分析結(jié)果描述 4 6.1 應(yīng)力分析 4. 6.2. 模態(tài)分析 5. 6.3 撓度計(jì)算 6. 6.4 整體穩(wěn)定性計(jì)算 6. 6.5 局部穩(wěn)定性計(jì)算 7. 七 、人行天橋主橋下部結(jié)構(gòu)分析結(jié)果描述 7 7.1 主墩截面驗(yàn)算 7. 7.2 樁基礎(chǔ)驗(yàn)算 8

2、. 八、人行天橋梯道梁上部結(jié)構(gòu)分析結(jié)果描述 10 8.1 應(yīng)力分析 1.0. 8.2 模態(tài)分析 1.1. 8.3 撓度計(jì)算結(jié)果 1.2. 九 、人行天橋梯道梁下部結(jié)構(gòu)分析結(jié)果描述 12 9.1 梯道墩截面驗(yàn)算 1.2. 9.2 樁基礎(chǔ)驗(yàn)算 1.3. 十、結(jié)論 14 、工程概述 xxx 路人行過街系統(tǒng)位于 xxxx 附近，結(jié)構(gòu)形式為鋼箱梁人行天橋。 主橋的設(shè) 計(jì)采用直線 Q345 鋼箱 梁主梁， 梁高 1.5m ，主梁跨 徑布置 為 1.15m+28.05m+1.15m=30.35m，橋面全寬 3.7m，其橫向布置為 0.1(欄桿)+3.5m(凈 寬)+0.1(欄桿) =3.7m。 梯道的設(shè)計(jì)采

3、用梯道梁與梯踏步組合而成，梯道梁采用 Q345 鋼板焊接，梁高 0.3m,寬1.0m，在梯道梁上設(shè)置預(yù)制 C30鋼筋砼梯踏步，梯道全寬2.3m，其橫向 布置為0.1(欄桿)+2.1m(凈寬)+0.1(欄桿)=2.3m。 下部結(jié)構(gòu)主橋墩采用C40鋼筋砼花瓶形橋墩，厚0.65m；基礎(chǔ)采用直徑為1.5m 的C30鋼筋砼樁基礎(chǔ)。梯道橋墩采0.5x0.5m C40鋼筋砼矩形橋墩，基礎(chǔ)采用直徑為 1.0m 的 C30 鋼筋砼樁基礎(chǔ)。 二、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ( 1 )設(shè)計(jì)荷載： 人群荷載： 4.36 kN/m2； 二期恒載(橋面鋪裝與欄桿總和) ：9.0 kN/m； 結(jié)構(gòu)整體升降溫：土 20C。 (2)地震烈度

4、：抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g,橋梁抗 震設(shè)防類別為 D 類； ( 3)設(shè)計(jì)安全等級：一級； (4) 環(huán)境類別：1類； (5) 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期： 100年。 三、設(shè)計(jì)規(guī)范 ( 1 )公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) (JTG B01 2003) (2)城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范(CJJ 11 2011) ( 3)城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范 ( CJJ69-95) (4) 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 (JTG D60-2004) ( 5)公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 (JTG D61-2005) (6) 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 (JTG D62-2004) (7) 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范

5、(JTG D63-2007) (8) 公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則 (JTG/T B02-01-2008) (9) 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范 ( JTG/T F50-2011) 四、主要材料及計(jì)算參數(shù) 4.1 混凝土 人行天橋橋墩采用C40混凝土，梯踏步、樁基礎(chǔ)均采用C30混凝土，梯步底部 砌體調(diào)整平臺結(jié)構(gòu)采用 C25 片石混凝土。其軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度、 軸心抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度、 彈性模量等指標(biāo)應(yīng)滿足公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D62-2004)以及公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D61-2005)的材料要求。 C25 混凝土：軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fcd=11.5Mpa， 軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

6、ftd=1.23Mpa，彈性模量 Ec=2.8x104Mpa。 C30 混凝土：軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fcd=13.8Mpa， 軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ftd=1.39Mpa，彈性模量 Ec=3.0 x104Mpa。 C40 混凝土：軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fcd=18.4Mpa， 軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ftd=1.65Mpa，彈性模量 Ec=3.25x104Mpa。 4.2 普通鋼筋 一般鋼筋直徑大于等于 12mm 者為 HRB400 鋼筋，直徑小于等于 10mm 者為 HPB300鋼筋。HPB300、HRB400鋼筋標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)分別符合鋼筋混凝土用鋼 第1部分： 熱軋光圓鋼筋(GB 1499.1-2008)

7、,鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋(GB 1499.2-2007)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 HPB300鋼筋：抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fsk為00Mpa，彈性模量Es=2.1XI05Mpa。 HRB400鋼筋：抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fsk羽00Mpa，彈性模量Es=2.0X05Mpa。 4.3 鋼材 鋼材的彈性模量、設(shè)計(jì)抗壓(拉)強(qiáng)度參數(shù)等基本參數(shù)均按規(guī)范取值。 Q345鋼材：拉、壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度值為 310MPa 3 4.4計(jì)算荷載取值 4.4.1永久作用 一期恒載：按照實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸考慮。 二期恒載（橋面鋪裝與欄桿總和）：設(shè)計(jì)按9.0 kN/m取值。 4.4.2可變作用 a、人群荷載 整體計(jì)算中按照4.36 kN/m2設(shè)計(jì)。

8、 b、溫度荷載 結(jié)構(gòu)整體升溫：20 C 結(jié)構(gòu)整體降溫：-20 C； 五、人行天橋計(jì)算模型 橋梁縱向計(jì)算按梁單元建模計(jì)算，根據(jù)實(shí)際施工過程及使用過程的最不利狀況， 進(jìn)行荷載組合，求得結(jié)構(gòu)最不利狀態(tài)下的應(yīng)力和位移，按規(guī)范中所規(guī)定的各項(xiàng)容許 指標(biāo)，并得出結(jié)構(gòu)自振頻率，驗(yàn)算主梁是否滿足要求。 5.1梁單元計(jì)算簡圖 采用midas 2012有限元軟件，建立天橋主橋模型。注意：在P0-1號、P1-1號 墩方向存在梯步。為了簡化模型的建立，單獨(dú)建立梯道部分模型，對主體結(jié)構(gòu)影響 不明顯。 6789101112131415161718192021 22 26 4 人行天橋鋼箱梁主橋計(jì)算模型 3 1 人行天橋梯道

9、鋼梁計(jì)算模型 5.2有限元模型中梁截面模型 人行天橋鋼箱梁截面模型 人行天橋梯道鋼梁截面模型 六、人行天橋主橋上部結(jié)構(gòu)分析結(jié)果描述 6.1應(yīng)力分析 組合按照公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTGD60-2004),并進(jìn)行構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算(所 有組合系數(shù)取1)。設(shè)計(jì)是按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50017-2003)取用Q345鋼材。 Q345鋼，拉、壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度值為 310MPa。 承載能力極限狀態(tài)梁頂板應(yīng)力包絡(luò)圖 tit n tt 11 ri ii 111 r 111 11 HIFTT h : TrffflTt 11 r FF-n-r r -1 j j里込m 1 a 琴 V1 * Sl-*r-CWi iI 1

10、*捕13*4 I nj-auw 化出h 口 n I KCZT-CmL 7 工 TlL I F 13 ! *2 -3 =-FS !ILA=?JW S M4 53MB-HI L 5 3JW3-CflL *l i T|j|n.44u 3- lT3-44-M e 2 uim.xni: 1 nii I1*対工皿1. 旨a UlOiMiHSB 已駄 il- F” Mr- H n唱 gh.RtE 承載能力極限狀態(tài)梁底板應(yīng)力包絡(luò)圖 根據(jù)midas有限元模型計(jì)算分析可知： 頂板最大壓應(yīng)力為35.6MPa,底板最大拉應(yīng)力為58.6MPa。 天橋主梁的應(yīng)力驗(yàn)算滿足 從上部結(jié)構(gòu)縱向計(jì)算幾種組合的驗(yàn)算結(jié)果可以看出, 要

11、求。 62模態(tài)分析 模態(tài)分析采用midas 2012有限元軟件進(jìn)行分析，用梁單元建立了上部主梁單元, 空間模型如下： 質(zhì)量源選?。褐髁鹤灾丶皹蛎驿佈b等恒荷載。經(jīng)計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)一階豎向自振頻率 為3.95Hz，滿足規(guī)范規(guī)定大于3Hz要求，橋梁使用性滿足要求。 一階模態(tài)振形圖：（周期T=0.284） pm- Or- ll.iilHH Z-Z- ETf U TWOZn az. Djuoaoa IW*3 HAST! !i4 V K =* 巧I =M 077.-2tliS 6.3撓度計(jì)算 根據(jù)城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范2.5.2條規(guī)定，由人群荷載計(jì)算的最 大豎向撓度為13.238mm,小于規(guī)范要求的允許

12、值L/600=4.675cm。 6.4整體穩(wěn)定性計(jì)算 根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB 50017-2003)4.2.4 條規(guī)定： h/b01300 /22480.578 r 6,l1 /b028.05 / 2.24812.489523578.4 ,所以整 345 體穩(wěn)定滿足要求。 6.5局部穩(wěn)定性計(jì)算 對于主梁腹板位置，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50017-2003) 4.3.2條規(guī)定: h0/tw 1291.6/16 80.725 66.03,故需設(shè)橫向加勁，采用橫隔板進(jìn)行加勁。 h0/tw 1291.6/16 加勁區(qū)域穩(wěn)定驗(yàn)算： 80.725 150 235 123.80，故不需設(shè)縱向加勁。

13、根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50017-2003)4.3.3條 規(guī)定，若滿足 2 57.5 2 2.2 172 .06 跨屮截面: 310 177 .03 308 .78 (之)十(士) 1，則滿足要求，具體如下: 0.592 1,滿足要求。 支點(diǎn)截面： 2 2.1 2 11 .1 172 .06 310 180 310 0.5591,滿足要求。 七、人行天橋主橋下部結(jié)構(gòu)分析結(jié)果描述 由于橋梁規(guī)模較小，引起水平荷載不顯著。故可近似的按軸心受壓構(gòu)件計(jì)算. 橋墩驗(yàn)算，采用橋梁博士進(jìn)行墩身截面驗(yàn)算 7.1主墩截面驗(yàn)算 (1)墩身抗壓承載能力驗(yàn)算 橋梁最大支座反力991.9 KN，主墩自重為122.5K

14、N。 考慮按矩形截面計(jì)算取，最小截面1.0m x 0.65m,按照J(rèn)TG D62-2004 5.3.1條計(jì)算, 由： 譏 0.9 (GA fsdA；) Y控制穩(wěn)定性，與lo(構(gòu)件計(jì)算長度)有關(guān)； A構(gòu)件毛截面面積，當(dāng)鋼筋配筋率大于 3%時(shí)An=A-As; As 為全部縱向鋼筋面積； fcd 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，C40取18.4MPa. r0 Nd (KN) A (m2) As (m2) fcd( KN/m 2) fsd (KN/m 2) 1.1 991.9 1.0 0.65 0.0137452 18400 330000 左邊(KN ) 右邊(KN ) 是否滿足 1091.1 14846.

15、3 滿足 (2)墩頂局部抗剪承載能力驗(yàn)算 主墩采用花瓶型橋墩，墩頂支座位置對應(yīng)豎向截面需驗(yàn)算局部抗剪承載能力驗(yàn) 算。其中，單個(gè)支座最大反力 496.0 KN。 * 400 ,1200400 1O1* 根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D62-2004)第5.2.10 條, 3 V 0.50 102ftdbh(kN) 公式左邊為：1.1 496.0=545.6kN 公式右邊為：0.50 10 3 1.0 1.65 650 28321517.66kN 滿足公式及規(guī)范要求，故可不進(jìn)行斜截面抗剪承載力驗(yàn)算。 7.2樁基礎(chǔ)驗(yàn)算 由Ra= CiApfrk+u 刀 c2ihi+1/2 Z

16、 su刀 liqik 式中： Ra-單樁軸向受壓容許承載力（kpa），樁身自重與置換土重（當(dāng)自重計(jì)入浮力時(shí)，置換土重也 計(jì)入浮力）的差值作為荷載考慮； C1-據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的端阻發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用； Ap-樁端截面面積（m2），對于擴(kuò)底樁，取擴(kuò)底截面面積； frk-樁端截巖石飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度（kpa），粘土質(zhì)巖取天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值； C2i-據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的第i層巖層的側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用； u-各土層或各巖層部分的樁身周長（m）; hi-樁嵌入各巖層部分的厚度（m），不包括強(qiáng)風(fēng)化層和全風(fēng)化層； m-巖層的層數(shù)不包括強(qiáng)風(fēng)

17、化層和全風(fēng)化層； Zs-覆蓋層土的側(cè)阻力發(fā)揮系數(shù)，根據(jù)樁端frk確定：當(dāng)2MPa 30 MPa 時(shí)，取 0.20 ； li-各土層的厚度（m）; qi-樁側(cè)第i層土的側(cè)阻標(biāo)準(zhǔn)值（Kpa）,宜采用單樁摩阻力試驗(yàn)值，當(dāng)無試驗(yàn)條件時(shí)，對鉆（挖） 孔樁按本規(guī)范表5.3.3-1選用，對于沉樁按本規(guī)范表533-4選用； n- 土層的層數(shù)，強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化巖層按土層考慮 條件 C1 C2 良好 0.6 0.05 一般 0.5 0.04 較差 0.4 0.03 計(jì)算得到 樁基直徑 d 1.5 m 端阻發(fā)揮系數(shù) C1 0.5 巖層的層數(shù) m 1 巖層的側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)C2i C21 0.04 C22 0.04 C23

18、 0.04 樁嵌入各巖層部分的厚度hi h1 0 m h2 0 m h3 6 m 樁端巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度 標(biāo)準(zhǔn)值frki frk1 0 kPa frk2 6000 kPa frk3 6000 kPa 土層的層數(shù) n 0 土層的側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik q1k 0 kPa q2k 0 kPa q3k kPa 各土層的厚度 li l1 0 m |2 0 m 丨3 0 m 覆蓋層土的側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)ZT 0.8 單樁軸向受壓承載力設(shè)計(jì)值P 2043 kN 計(jì)算過程參數(shù) ：樁端截面面積 Ap 1.8 2 m 各土層或各巖層部分樁身周長 u 4.7 m 計(jì)算結(jié)果 單樁軸向受壓承載力容許值 Ra 12081 kN

19、 承載能力是否滿足 滿足 八、人行天橋梯道梁上部結(jié)構(gòu)分析結(jié)果描述 8.1應(yīng)力分析 -t 組合按照公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTGD60-2004),并進(jìn)行構(gòu)件應(yīng)力驗(yàn)算(所 有組合系數(shù)取1)。設(shè)計(jì)是按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50017-2003)取用Q345鋼材。 Q345鋼，拉、壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度值為 310MPa。 NUTT? ua-ri j * 工勺屜EH Z S* , . J 1 d. 承載能力極限狀態(tài)梁頂板應(yīng)力包絡(luò)圖 mm MB-d J l fhmn *Z SB UqrfJCIJi T Ab I- I皿用血曲 1 06如站Tdi bJ.KAM*KL 極限承載能力狀態(tài)梁底板應(yīng)力包絡(luò)圖 根據(jù)midas有

20、限元模型計(jì)算分析可知： 頂板最大拉應(yīng)力為51.6MPa,最大壓應(yīng)力為34.0MPa 底板最大拉應(yīng)力為33.9MPa,最大壓應(yīng)力為51.6MPa 從上部結(jié)構(gòu)縱向計(jì)算幾種組合的驗(yàn)算結(jié)果可以看出，天橋梯道梁的應(yīng)力驗(yàn)算滿 足要求。 8.2模態(tài)分析 模態(tài)分析采用midas 2012有限元軟件進(jìn)行分析，用梁單元建立了上部梯道梁單 元，空間模型如下： 質(zhì)量源選?。褐髁鹤灾丶皹蛎驿佈b等恒荷載。經(jīng)計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)一階豎向自振頻率 為6.97Hz，滿足規(guī)范規(guī)定大于3Hz要求，橋梁使用性滿足要求。 一階模態(tài)振形圖：（周期T=0.143） 17 i -r- ih I-h,- M -.IDFLATiaN MODE ”. -

21、- 苗 th h rri D-Z. C.3fiGc7 g 4 WR AT. EUED* EF i 4XO MjBJ MThV M3-ri J xl = z： Q.mo 8.3撓度計(jì)算結(jié)果 根據(jù)城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范2.5.2條規(guī)定，由人群荷載計(jì)算的最 大豎向撓度為1.402m m，小于規(guī)范要求的允許值 L/600=1.25cm。 九、人行天橋梯道梁下部結(jié)構(gòu)分析結(jié)果描述 由于橋梁規(guī)模較小，引起水平荷載不顯著。故可近似的按軸心受壓構(gòu)件計(jì)算. 橋墩驗(yàn)算，采用橋梁博士進(jìn)行墩身截面驗(yàn)算 9.1梯道墩截面驗(yàn)算 橋梁最大支座反力316.7 KN，梯道墩自重為25.0KN。 考慮按矩形截面計(jì)算取，最小

22、截面 0.6mx0.6m，按照J(rèn)TG D62-2004 5.3.1條計(jì)算, 由： rNd 0.9 （fcdA fsdAs） Y控制穩(wěn)定性，與lo（構(gòu)件計(jì)算長度）有關(guān)； A構(gòu)件毛截面面積，當(dāng)鋼筋配筋率大于 3%時(shí)An=A-As; As 為全部縱向鋼筋面積； fed 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， C40取18.4MPa. r0 Nd (KN ) A (m2) As (m2) fcd(KN/m 2) fsd (KN/m 2) 1.1 341.7 1.0 0.25 0.006284 18400 330000 左邊（KN ） 右邊（KN ） 是否滿足 375.9 6006.3 滿足 9.2樁基礎(chǔ)驗(yàn)算 由Ra= CiApfrk+u 刀 c2ihi+1/2 Z su刀 liqik 式中： Ra-單樁軸向受壓容許承載力（kpa），樁身自重與置換土重（當(dāng)自重計(jì)入浮力時(shí)，置換土重也 計(jì)入浮力）的差值作為荷載考慮； C1-據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的端阻發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用； Ap-樁端截面面積（m2），對于擴(kuò)底樁，取擴(kuò)底截面面積； frk-樁端截巖石飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度（kpa），粘土質(zhì)巖取天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值； C2i-據(jù)清孔情況、巖石破碎程度等因素而定的第i層巖層的側(cè)阻發(fā)揮系數(shù)，按表5.3.4采用； u-各土