城市人行天桥(钢结构)结构计算书
目 录
一、工程概述 ................................................................................................................ 1 二、主要技术标准 ........................................................................................................ 1 三、设计规范 ................................................................................................................ 1 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 ................................................................................................ 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 ................................................................ 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局部稳定性计算............................................................................................... 7 七 、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 .......................................................... 10
8.1 应力分析........................................................................................................ 10 8.2 模态分析........................................................................................................ 11 8.3 挠度计算结果................................................................................................ 12 九 、人行天桥梯道梁下部结构分析结果描述 ........................................................ 12
9.1 梯道墩截面验算............................................................................................ 12 9.2 桩基础验算.................................................................................................... 13 十、结论 ...................................................................................................................... 14
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
(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:Ⅰ类; (5)设计基准期:100年。
三、设计规范
(1)《公路工程技术标准》(JTG B01—2003) (2)《城市桥梁设计规范》(CJJ 11-2011)
(3)《城市人行天桥与人行地道技术规范》(CJJ69-95) (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 4.1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=3.0x104Mpa。
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=1.65Mpa,弹性模量Ec=3.25x104Mpa。
4.2 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fsk≥300Mpa,弹性模量Es=2.1×105Mpa。 HRB400钢筋:抗拉标准强度fsk≥400Mpa,弹性模量Es=2.0×105Mpa。
4.3钢材
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
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
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
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
5.2有限元模型中梁截面模型
人行天桥钢箱梁截面模型
人行天桥梯道钢梁截面模型
六、人行天桥主桥上部结构分析结果描述 6.1 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要求。
6.2. 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
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
根据《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)4.2.4条规定:
h/b01300/22480.5786,l1/b028.05/2.24812.48235
78.4,所以整345
体稳定满足要求。
6.5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:
h0/tw1291.6/1680.72580
235
66.03,故需设横向加劲,采用横隔板进行加劲。 fy
235
123.80,故不需设纵向加劲。 fy
h0/tw1291.6/1680.725150
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:
57.52.2172.06跨中截面: 0.5921,满足要求。
310177.03308.782.111.1172.06支点截面: 0.5591,满足要求。
310
180
310
2
2
2
2
七 、人行天桥主桥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
(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:
r0Nd0.9(fcdAf'sdA's)
Ψ——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-A's; A's——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.
(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,
0Vd≤0.501032ftdbh0(kN)
公式左边为:1.1496.0=545.6kN
公式右边为:0.50101.01.6565028321517.66kN
3
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
由[Ra]= C1Apfrk+u∑c2ihi+1/2ζsu∑liqik 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;
ζs----覆盖层土的侧阻力发挥系数,根据桩端frk确定:当2MPa≤frk<15 MPa时,取0.80;当
15MPa≤frk<30 MPa时,取0.50;当frk>30 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5.3.3-1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.
计算得到
计算结果
八、人行天桥梯道梁上部结构分析结果描述 8.1 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
10
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足要求。
8.2 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梯道梁单元,空间模型如下:
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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
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 、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
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:
r0Nd0.9(fcdAf'sdA's)
Ψ——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-A's;
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A's——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.
9.2 桩基础验算
由[Ra]= C1Apfrk+u∑c2ihi+1/2ζsu∑liqik
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;
ζs----覆盖层土的侧阻力发挥系数,根据桩端
frk确定:当2MPa≤frk<15 MPa时,取0.80;当
15MPa≤frk<30 MPa时,取0.50;当frk>30 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5.3.3-1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.
13
计算得到
十、结论
(1)经对人行天桥主桥及下部结构计算可知,桥梁满足安全,适用,耐久的条件;
(2)经对人行天桥梯道钢梁及下部结构计算可知,梯道钢梁满足安全,适用,耐久的条件。
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