城市人行天桥钢筋结构结构计算书.docx
《城市人行天桥钢筋结构结构计算书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《城市人行天桥钢筋结构结构计算书.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![城市人行天桥钢筋结构结构计算书.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-2/22/9085bb52-d53c-4204-89c7-f7237b719e0a/9085bb52-d53c-4204-89c7-f7237b719e0a1.gif)
城市人行天桥钢筋结构结构计算书
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0.5x0.5mC40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:
4.36kN/m2;
二期恒载(桥面铺装与栏杆总和):
9.0kN/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
(1)《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)
(2)《城市桥梁设计规》(CJJ11-2011)
(3)《城市人行天桥与人行地道技术规》(CJJ69-95)
(4)《公路桥涵设计通用规》(JTGD60-2004)
(5)《公路圬工桥涵设计规》(JTGD61-2005)
(6)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规》(JTGD62-2004)
(7)《公路桥涵地基与基础设计规》(JTGD63-2007)
(8)《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02-01-2008)
(9)《公路桥涵施工技术规》(JTG/TF50-2011)
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》(JTGD62-2004)以及《公路圬工桥涵设计规》(JTGD61-2005)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》(GB1499.1-2008),《钢筋混凝土用钢第2部分:
热轧带肋钢筋》(GB1499.2-2007)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9.0kN/m取值。
4.4.2可变作用
a、人群荷载
整体计算中按照4.36kN/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midas2012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。
人行天桥钢箱梁主桥计算模型
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
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》(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》(GB50017-2003)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midas2012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》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》(GB50017-2003)4.2.4条规定:
所以整体稳定满足要求。
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》(GB50017-2003)4.3.2条规定:
故需设横向加劲,采用横隔板进行加劲。
故不需设纵向加劲。
加劲区域稳定验算:
根据《钢结构设计规》(GB50017-2003)4.3.3条规定,若满足
,则满足要求,具体如下:
跨中截面:
支点截面:
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991.9KN,主墩自重为122.5KN。
考虑按矩形截面计算取,最小截面1.0mx0.65m,按照JTGD62-20045.3.1条计算,由:
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.
r0
Nd(KN)
Ψ
A(m2)
A's(m2)
fcd(KN/m2)
fsd'(KN/m2)
1.1
991.9
1.0
0.65
0.0137452
18400
330000
左边(KN)
右边(KN)
是否满足
1091.1
14846.3
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496.0KN。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规》(JTGD62-2004)第5.2.10条,
公式左边为:
公式右边为:
满足公式及规要求,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<15MPa时,取0.80;当15MPa≤frk<30MPa时,取0.50;当frk>30MPa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)孔桩按本规表5.3.3-1选用,对于沉桩按本规表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
C1
C2
良好
0.6
0.05
一般
0.5
0.04
较差
0.4
0.03
计算得到
桩基直径d
1.5
m
端阻发挥系数c1
0.5
岩层的层数m
1
岩层的侧阻发挥系数c2i
c21
0.04
c22
0.04
c23
0.04
桩嵌入各岩层部分的厚度hi
h1
0
m
h2
0
m
h3
6
m
桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值frki
frk1
0
kPa
frk2
6000
kPa
frk3
6000
kPa
土层的层数n
0
土层的侧阻力标准值qik
q1k
0
kPa
q2k
0
kPa
q3k
kPa
各土层的厚度li
l1
0
m
l2
0
m
l3
0
m
覆盖层土的侧阻发挥系数ζs
0.8
单桩轴向受压承载力设计值P
2043
kN
计算过程参数
桩端截面面积Ap
1.8
m2
各土层或各岩层部分桩身周长u
4.7
m
计算结果
单桩轴向受压承载力容许值[Ra]
12081
kN
承载能力是否满足
满足
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》(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》(GB50017-2003)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
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midas2012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》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316.7KN,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JTGD62-20045.3.1条计算,由:
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.
r0
Nd(KN)
Ψ
A(m2)
A's(m2)
fcd(KN/m2)
fsd'(KN/m2)
1.1
341.7
1.0
0.25
0.006284
18400
330000
左边(KN)
右边(KN)
是否满足
375.9
6006.3
满足
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<15MPa时,取0.80;当15MPa≤frk<30MPa时,取0.50;当frk>30MPa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)孔桩按本规表5.3.3-1选用,对于沉桩按本规表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
C1
C2
良好
0.6
0.05
一般
0.5
0.04
较差
0.4
0.03
计算得到
桩基直径d
1.0
m
端阻发挥系数c1
0.5
岩层的层数m
1
岩层的侧阻发挥系数c2i
c21
0.04
c22
0.04
c23
0.04
桩嵌入各岩层部分的厚度hi
h1
0
m
h2
0
m
h3
4
m
桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值frki
frk1
0
kPa
frk2
6000
kPa
frk3
6000
kPa
土层的层数n
0
土层的侧阻力标准值qik
q1k
0
kPa
q2k
0
kPa
q3k
kPa
各土层的厚度li
l1
0
m
l2
0
m
l3
0
m
覆盖层土的侧阻发挥系数ζs
0.8
单桩轴向受压承载力设计值P
657.0
kN
计算过程参数
桩端截面面积Ap
0.785
m2
各土层或各岩层部分桩身周长u
3.14
m
计算结果
单桩轴向受压承载力容许值[Ra]
5369
kN
承载能力是否满足
满足
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。