人行天橋結(jié)構(gòu)計算書

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-CAL-本頁僅作為文檔封面，使用請直接刪除人行天橋結(jié)構(gòu)計算書(總46頁)44-林州市人行天橋結(jié)構(gòu)計算書審定：審核：設(shè)計：2012年2月目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一. 工程概況 -1-二. 設(shè)計原則與標(biāo)準(zhǔn) -1-三. 結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)件截面 -2-結(jié)構(gòu)布置 -2-桿件截面 -3-支座和邊界約束 -3-四. 荷載與作用 -4-五. 材料 -9-六. 構(gòu)件包絡(luò)應(yīng)力 -9-整體應(yīng)力分布 -9-拱結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài) -9-橋面主梁、次梁應(yīng)力狀態(tài) -11-吊桿應(yīng)力狀態(tài) -13-七. 模態(tài)分析 -14-特征周期 -14-特征模態(tài) -14-八. 橋梁變形 -16-豎向變形 -16-水平變形 -17-九. 橋梁整體穩(wěn)定分析 -18-屈曲特征值 -18-屈曲模態(tài) -18-十．節(jié)點計算 -20-吊桿節(jié)點 -20-主梁ZL與GHL2連接處支座驗算 -23-主梁ZL與橋臺連接節(jié)點驗算 -26-十一基礎(chǔ)驗算 -32-基礎(chǔ)底面地基承載力驗算 -32-基礎(chǔ)背面地基承載力驗算 -37-基礎(chǔ)側(cè)面地基承載力驗算 -42-抗剪栓釘驗算 -43-施工安裝階段柱腳底板驗算 -44-工程概況河南省林州市人行天橋項目。采用中承式拱橋設(shè)計原則與標(biāo)準(zhǔn)1、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）2、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）3、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）4、《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ81-2002）5、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》（GBJ50205-2001）6、《城市橋梁設(shè)計準(zhǔn)則》（CJJ11-93）7、《城市橋梁設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ77-98）8、《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69-95）9、《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》（JTJ004-93）10、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD60-2004）11、《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（JTJ025-86）12、《公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTJ024-85）13、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）14、《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（）15、《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ81-2002；J218-2002）16、《公路橋梁板式橡膠支座規(guī)格系列》（JT/T663-2006）17、《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4-2004）結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)件截面結(jié)構(gòu)布置圖1三維結(jié)構(gòu)圖圖2立面布置圖圖3平面布置圖桿件截面支座和邊界約束拱結(jié)構(gòu)與橋面結(jié)構(gòu)之間通過單向可滑動支座進(jìn)行連接，支座型號為GJZF4350x550x72(單向)NR，實現(xiàn)橋面梁沿橋縱向可滑動，橫向與拱結(jié)構(gòu)協(xié)同工作。拱腳與基礎(chǔ)固結(jié)約束；橋面結(jié)構(gòu)的四個角點中，除一個為約束三個平動自由度外，其他三個支座均為只約束豎向自由度。邊界約束情況如圖4所示（途中約束六位數(shù)字分別表示：平動x向、平動y向、平動z向；轉(zhuǎn)動繞x軸；轉(zhuǎn)動繞y軸；轉(zhuǎn)動繞z軸，0表示釋放；1表示約束）。圖4邊界約束布置圖荷載與作用設(shè)計使用年限為100年設(shè)計地震烈度為7度（）第二組Ⅲ類場地根據(jù)《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69-95）的規(guī)定，地震工礦組合中，考慮永久荷載和kN/m2的人群荷載。橋面永久荷載47mm厚(平均厚度)細(xì)石混凝土：q10mm厚EPDM聚亞安脂混合顆粒塑膠：q考慮可能以后采用廣場瓷磚：q壓型鋼板自重：q綜上：橋面均布恒荷載q=2.0kN/欄桿自重：kN/m廣告牌自重：kN/m掉面吊掛荷載：kN/可變荷載（1）、人群荷載：根據(jù)《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69-95），加載長度超過20m的情況下，人群荷載為;w=在計算中取m2（用于整體結(jié)構(gòu)計算）在設(shè)計喬面板時，人群荷載取m2（用于橋面板計算）（2）、按100年考慮基本雪荷載：m2（3）、風(fēng)荷載基本風(fēng)壓：m2（按100年為設(shè)計周期）廣告牌：由于兩側(cè)廣告牌之間空間開放，因此分別考慮兩側(cè)風(fēng)荷載，且其數(shù)值和方向相同單側(cè)廣告牌體型系數(shù)：風(fēng)振系數(shù)：高度分布系數(shù)：（按B類場地，20m高度）單側(cè)廣告牌上的風(fēng)荷載作用于主梁上，折算線荷載：p=1.5×1.3×1.25×0.55×4.2=5.63拱側(cè)面（考慮兩片拱承受風(fēng)荷載，數(shù)值相同，方向相同）：單片拱體型系數(shù)：風(fēng)振系數(shù)：高度分布系數(shù)：（按B類場地，20m高度）單側(cè)拱側(cè)面上的風(fēng)荷載，折算線荷載（考慮拱側(cè)面寬度為）：p=1.5×1.4×1.25×0.55×1.5=2.16綜上，風(fēng)荷載在計算模型中的分布情況如圖5.圖5風(fēng)荷載布置圖（4）、雪荷載基本風(fēng)壓：kN/m2（按100年考慮）（5）、欄桿荷載水平力：kN/m豎向力：kN/m溫度作用設(shè)計溫度變化范圍：-210C～+570C，合攏溫度為±100C荷載組合非地震組合組合恒荷載人群荷載風(fēng)荷載升溫降溫組合恒荷載人群荷載風(fēng)荷載升溫降溫130231332433534635736837938103911401241134214431544164517461847194820492150225123521245312554126551275612857129地震組合組合恒荷載人群荷載風(fēng)荷載水平地震y水平地震x豎向地震組合恒荷載人群荷載風(fēng)荷載水平地震y水平地震x豎向地震167126813691470157116721773187419751107611177112781137911480115811168211783118841198512086121871228812389124901259112692127931289412995130961319713298133991341001351011361021371031381041391051401061411071421081431091441101451111461121471131481141491151501161511171521181531191541201551211561221571231581241591251601261611271621281631291641301651311661321設(shè)計溫度變化范材料鋼材：主梁、主拱、吊桿、橫梁、耳板、肋板等采用Q345B銷軸采用45號鋼混凝土：橋面、基礎(chǔ)采用C30混凝土構(gòu)件包絡(luò)應(yīng)力整體應(yīng)力分布圖6整體應(yīng)力分布計算結(jié)果表明：采用本設(shè)計方案的拱橋整體強度應(yīng)力處于安全狀態(tài)，最大應(yīng)力發(fā)生在拱腳附近區(qū)域。下文將詳細(xì)介紹各主要構(gòu)件的應(yīng)力數(shù)值。拱結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)圖7拱結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布圖圖7所示的是主拱和拱橫梁的應(yīng)力分布情況，最大應(yīng)力發(fā)生在拱腳附近，最大值為142MPa，小于Q345鋼的屈服強度；若不考慮加勁肋對箱形截面的作用，即僅考慮40tw（tw為腹板厚度）的有效截面，則拱結(jié)構(gòu)的應(yīng)力比如圖8。圖8拱結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布圖(僅考慮有效截面)計算結(jié)果文件如下圖：圖9拱腳計算結(jié)果(僅考慮有效截面)上圖所示的計算結(jié)果表明：即使僅考慮40tw的有效截面，拱腳最大應(yīng)力比為，因此，拱結(jié)構(gòu)強度滿足要求。橋面主梁、次梁應(yīng)力狀態(tài)圖10橋面梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布圖橋面梁的最大應(yīng)力比在以下，因此滿足要求，計算結(jié)果如圖11。圖11主梁計算結(jié)果吊桿應(yīng)力狀態(tài)圖12吊桿應(yīng)力分布圖圖12所示的計算結(jié)果表明：吊桿的最大拉應(yīng)力為152MPa，因此滿足鋼材Q345B強度要求，計算結(jié)果見圖13。圖13吊桿計算結(jié)果模態(tài)分析特征周期表1特征周期表階數(shù)特征周期/s階數(shù)特征周期/s16273849510特征模態(tài)圖14第一階模態(tài)圖15第二階模態(tài)圖16第三階模態(tài)圖17第四階模態(tài)圖18第五階模態(tài)圖14～圖18所示的計算結(jié)果表明：在前五階特征模態(tài)中，第一階、第二階和第五階特征模態(tài)是橫橋向模態(tài)；第三階和第四階模態(tài)為豎向模態(tài)，其中第三階模態(tài)所對應(yīng)的特征頻率為，滿足《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69-95）中關(guān)于人行天橋豎向頻率至少3Hz的要求。橋梁變形豎向變形圖19豎向變形在永久荷載和人群荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合作用下，橋梁的最大豎向變形為，按支座間距離為計算，撓度為1/2500，滿足《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69-95）中關(guān)于人行天橋主梁豎向撓度小于1/600的要求，另外，由于撓度小于1/1600，因此可不預(yù)起拱，但為了更好的排水，在本設(shè)計中，主梁沿縱向設(shè)置%的坡度。水平變形考慮到橋梁兩側(cè)面掛有大面積廣告牌，橫向風(fēng)荷載對橋梁的作用較大，因此需關(guān)注橋梁的橫向變形。圖20顯示了橋梁在橫向風(fēng)荷載作用下的變形。圖20水平變形圖20所示的結(jié)果表明拱頂點的最大水平位移為51mm（拱跨為，變形約為1/1400）；橋面最大橫向位移為26mm（橋面梁跨度按為，變形約為1/2800）。橋梁整體穩(wěn)定分析屈曲特征值表2屈曲特征值階數(shù)特征值階數(shù)特征值16273849510屈曲模態(tài)圖21第一階屈曲模態(tài)圖22第二階屈曲模態(tài)圖23第三階屈曲模態(tài)圖24第四階屈曲模態(tài)圖25第五階屈曲模態(tài)上述結(jié)果表明：橋梁的前五階屈曲模態(tài)主要表現(xiàn)為拱結(jié)構(gòu)平面外失穩(wěn)。其中，第一階屈曲模態(tài)所對應(yīng)的特征值是，表明整體結(jié)構(gòu)具有較好的穩(wěn)定性。十．節(jié)點計算吊桿節(jié)點吊桿采用圓管127x8，與主拱和橋面橫梁的連接方式如圖26所示：圖26吊桿節(jié)點銷軸計算計算結(jié)果顯示吊桿最大拉力為455kN，吊桿截面為圓管127x8，其截面積為2991mm。銷軸（45號鋼）直徑為60mm，其截面積A1:A根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（JTJ025-86）給出的45號鋼的允許剪應(yīng)力為125MPa，所對應(yīng)的極限抗剪承載力FV為：F因此，銷軸的抗剪承載力滿足要求。按銷軸抗彎較不利情況考慮，計算簡圖如下兩種情況：圖27銷軸抗彎計算簡圖對于第一種情況，最大彎矩：W=0.25×455×0.056=截面轉(zhuǎn)動慣性矩I=1/64×3.14159×銷軸彎曲應(yīng)力為σ=6370×對于第二種情況，最大彎矩：W=0.5×11.4×銷軸彎曲應(yīng)力為σ=2280×因此，滿足《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（JTJ025-86）給出的45號鋼的允許彎應(yīng)力為360MPa耳板計算耳板有效截面抗拉承載力計算耳板最小有效截面積：AP?=滿足《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（）中大于的要求。耳板承壓計算耳板承壓應(yīng)力：σ=455/《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（JTJ025-86）中規(guī)定Q345鋼的銷軸承壓應(yīng)力限值為300MPa，因此滿足要求。耳板抗剪計算耳板抗剪截面：A=2t?=因此耳板抗剪強度滿足要求。耳板抗剪計算孔徑與銷軸直徑相差不大于1mm，滿足要求。孔端耳板a=>=，滿足要求。主梁ZL與GHL2連接處支座驗算支座驗算根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和受力大小，在主梁ZL與GHL2之間的連接采用四氟滑板橡膠支座GJZF4350x550x72(單向)NR，根據(jù)《公路橋梁板式橡膠支座規(guī)格系列》（JT/T663-2006）確定，該支座的最大承壓力標(biāo)準(zhǔn)值為1836kN，順橋向最大位移為90mm，允許轉(zhuǎn)角為（按照寒冷地區(qū)考慮）。通過本橋梁的計算，得到支座處最大承壓力為680kN，支座處順橋向最大位移為39mm，最大轉(zhuǎn)角為，另外側(cè)向通過抵擋構(gòu)造實現(xiàn)側(cè)向約束。因此本支座滿足結(jié)構(gòu)要求。擋塊驗算圖28支座節(jié)點支座處水平力為980kN。需驗算的內(nèi)容包括，ZL與支座上鋼板間的焊縫、下鋼板與GHL2之間的焊縫、擋塊的強度驗算。上鋼板與ZL之間的連接τ=滿足要求下鋼板與GHL之間的連接有水平引起彎矩W為W=980×0.15=147kN?mτ=980/(2×0.7×14×900)=55.6MPaσ=147×(滿足要求擋塊強度驗算圖25擋塊截面截面特性如下：質(zhì)心到截面上、下外邊沿的距離分別為：

yyA=24600I=1.1379×W=7.202×σ=平均剪力：τ=σ滿足要求。主梁ZL與橋臺連接節(jié)點驗算圖26主梁橋臺支座第一類支座，如圖26圖26第一類橋臺支座整體結(jié)構(gòu)計算得到反力：豎向壓力：豎向拉力：在豎向壓力作用下，僅考慮主梁與底板連梁的角焊縫傳遞豎向力：F在豎向拉力作用下，抗拉構(gòu)造的受力如下圖：圖27抗拉構(gòu)造受力簡圖最大彎矩:M最小抗彎截面轉(zhuǎn)動慣性矩:I最大抗彎應(yīng)力:σ=底部焊縫最大正應(yīng)力:I=A=2×200×σ=上述計算結(jié)果表明第一類橋臺支座滿足要求。第二類支座，如圖28圖28第二類橋臺支座整體結(jié)構(gòu)計算得到反力：縱向水平力：橫向水平力：豎向力：（拉力）；（壓力）（A）連接角焊縫驗算不考慮側(cè)向肋板的作用，即僅考慮通過主梁與底板連梁的角焊縫傳遞作用力：由于側(cè)向水平力的作用點位于主梁截面中心，因此應(yīng)考慮水平力引起的彎矩：M=98.8×1.28/2=63.2kN?m在豎向力和彎矩的共同作用下的焊縫正應(yīng)力為：σ=在水平力作用下的焊縫剪應(yīng)力為：τ=綜合應(yīng)力為：（（B）錨栓抗拉驗算錨栓承受豎向力的作用，采用6個M36的錨栓，單個極限抗拉承載力為。錨栓所承受的最大拉力為：F=（C）埋件驗算圖29埋件圖1）當(dāng)埋件在豎向拉力、彎矩和剪力同時作用下（假設(shè)不考慮錨栓的作用）：彎矩：

M=98.8×拉力：F=280.9kN剪力：V=A其中：因此：V實配As2）當(dāng)埋件在豎向壓力、彎矩和剪力同時作用下：彎矩：

M=98.8×壓力：N=156.3kN剪力：V=AA其中：因此：V-0.3NM-0.4Nz實配As十一基礎(chǔ)驗算驗算內(nèi)容：基礎(chǔ)底面地基承載力驗算基礎(chǔ)背面地基承載力驗算基礎(chǔ)側(cè)面地基承載力驗算抗剪栓釘驗算施工安裝階段柱腳底板驗算基礎(chǔ)傾覆驗算（考慮結(jié)構(gòu)整體，不會發(fā)生平面內(nèi)傾覆，不需驗算）基礎(chǔ)底面地基承載力驗算已知條件：基礎(chǔ)尺寸(單位mm):b1=7300,b11=3650,a1=4000,a11=1300,h1=9234柱:方柱,A=600mm,B=2000mm設(shè)計值：N=,Mx=My=標(biāo)準(zhǔn)值：Nk=,Mxk=Myk=混凝土強度等級：C30,fc=mm2鋼筋級別：HRB400,fy=360N/mm2基礎(chǔ)混凝土保護(hù)層厚度：40mm基礎(chǔ)與覆土的平均容重：m3修正后的地基承載力特征值：1000kPa基礎(chǔ)埋深：作用力位置標(biāo)高：計算要求：(1)基礎(chǔ)抗彎計算(2)基礎(chǔ)抗剪驗算(3)基礎(chǔ)抗沖切驗算(4)地基承載力驗算單位說明：力：kN,力矩：,應(yīng)力：kPa基底反力計算：統(tǒng)計到基底的荷載標(biāo)準(zhǔn)值:Nk=,Mkx=,Mky=設(shè)計值:N=,Mx=,My=承載力驗算時,底板總反力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa):[相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合]pkmax=(Nk+Gk)/A+|Mxk|/Wx+|Myk|/Wy=kPapkmin=(Nk+Gk)/A-|Mxk|/Wx-|Myk|/Wy=kPapk=(Nk+Gk)/A=kPa各角點反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPa強度計算時,底板凈反力設(shè)計值(kPa):[相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合]pmax=N/A+|Mx|/Wx+|My|/Wy=kPapmin=N/A-|Mx|/Wx-|My|/Wy=kPap=N/A=kPa各角點反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPapmin=<0,地基承載力驗算:pk=<fa=,滿足pkmax=<*fa=,滿足基礎(chǔ)抗剪驗算:抗剪驗算公式V<=*βh*ft*Ac[GB50010-2002第條](剪力V根據(jù)最大凈反力pmax計算)第1階(kN):V下=,V右=,V上=,V左=砼抗剪面積(m2):Ac下=,Ac右=,Ac上=,Ac左=抗剪滿足.基礎(chǔ)抗沖切驗算:抗沖切驗算公式Fl<=*βhp*ft*Aq[GB50007-2002第條](沖切力Fl根據(jù)最大凈反力pmax計算)第1階(kN):Fl下=,Fl右=,Fl上=,Fl左=砼抗沖面積(m2):Aq下=,Aq右=,Aq上=,Aq左=抗沖切滿足.基礎(chǔ)受彎計算:彎矩計算公式M=1/6*la2*(2b+b')*pmax[la=計算截面處底板懸挑長度]配筋計算公式As=M/*fy*h0)第1階:M下=,M右=,M上=,M左=,h0=9189mm計算As(mm2/m):As下=36,As右=238,As上=207,As左=238基礎(chǔ)板底構(gòu)造配筋(構(gòu)造配筋E12@200).底板配筋:X向?qū)嵟銭12@200(565mm2/m)>=As=565mm2/mY向?qū)嵟銭12@200(565mm2/m)>=As=565mm2/m配筋簡圖基礎(chǔ)背面地基承載力驗算已知條件：基礎(chǔ)尺寸(單位mm):b1=9234,b11=4617,a1=4000,a11=2000,h1=5233柱:方柱,A=600mm,B=2000mm設(shè)計值：N=,Mx=My=標(biāo)準(zhǔn)值：Nk=,Mxk=Myk=混凝土強度等級：C30,fc=mm2鋼筋級別：HRB400,fy=360N/mm2基礎(chǔ)混凝土保護(hù)層厚度：40mm基礎(chǔ)與覆土的平均容重：m3修正后的地基承載力特征值：1000kPa基礎(chǔ)埋深：作用力位置標(biāo)高：計算要求：(1)基礎(chǔ)抗彎計算(2)基礎(chǔ)抗剪驗算(3)基礎(chǔ)抗沖切驗算(4)地基承載力驗算單位說明：力：kN,力矩：,應(yīng)力：kPa基底反力計算：統(tǒng)計到基底的荷載標(biāo)準(zhǔn)值:Nk=,Mkx=,Mky=設(shè)計值:N=,Mx=,My=承載力驗算時,底板總反力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa):[相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合]基底全反力計算出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū)，按應(yīng)力重分布計算：基底各點位置及反力(以左下角為原點)：(x,y)反力(kPa),,,,,,pk=(Nk+Gk)/A=kPapkmax=kPa,pkmin=kPa強度計算時,底板凈反力設(shè)計值(kPa):[相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合]p=kPapmax=kPa,pmin=kPa各角點反力p1=kPa,p2=kPa,p3=kPa,p4=kPa地基承載力驗算:pk=<fa=,滿足pkmax=<*fa=,滿足基礎(chǔ)抗剪驗算:抗剪驗算公式V<=*βh*ft*Ac[GB50010-2002第條](剪力V根據(jù)最大凈反力pmax計算)第1階(kN):V下=,V右=,V上=,V左=砼抗剪面積(m2):Ac下=,Ac右=,Ac上=,Ac左=抗剪滿足.基礎(chǔ)抗沖切驗算:抗沖切驗算公式Fl<=*βhp*ft*Aq[GB50007-2002第條](沖切力Fl根據(jù)最大凈反力pmax計算)第1階(kN):Fl下=,Fl右=,Fl上=,Fl左=砼抗沖面積(m2):Aq下