人行天桥扩大基础计算.docx
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人行天桥扩大基础计算
目录
1.工程概况1
2.设计依据和内容1
2.1设计依据1
2.2计算内容1
3.技术标准1
3.1技术标准1
3.2设计规范2
4.设计参数2
4.1主要材料及其设计参数2
4.2设计荷载取值3
5.主桥计算概述4
5.1计算方法4
5.2施工方法4
6.主桥验算结果5
6.1支座反力5
6.2成桥阶段弯矩验算6
6.3剪力验算6
7.中间墩柱及其扩大基础验算7
7.1中间墩柱扩大基础及计算形式………………………………………………………7
7.2基础底面积验算…………………………………………………………………….....7
7.3受冲切承载力验算……………………………………………………………………8
7.4.基础底板的配筋计算………………………………………………………………….9
7.5.施工配筋图（附）………………………………………………………………………..10
8.结论…………………………………………………………………………………………...11
东深公路K39+267人行天桥
结构计算
1.工程概况
本桥全长64.0m，共分1联，为钢结构。
跨径为28.0m+28.0m，分设四道步梯。
本桥采用工厂加工，现场吊装，高强螺栓连接。
采用《ANSYS》以连续刚构桥计算。
2.设计依据和内容
2.4.1设计依据
现行国家及行业有关法规、标准、规程、规范。
2.4.1验算内容
2.2.1施工阶段截面正应力验算
2.2.2成桥阶段截面正应力验算
2.2.3正常使用状态截面正应力验算
2.2.4正常使用状态截面主应力验算
2.2.5结构刚度验算
2.2.6承载能力极限状态正截面强度验算
2.2.7承载能力极限状态斜截面抗剪强度验算
3.技术标准
3.4.1技术标准
3.1.1道路等级：
快速干道
3.1.2桥梁宽度：
全桥总宽3.3m。
3.1.3人行天桥；
3.1.4桥面横坡：
0.5%，计算时不计。
3.1.5荷载标准：
城市荷载。
3.1.5.1人行荷载：
5KPa
3.1.5.2地震动峰值加速度：
0.05g。
3.1.5.3风力：
按最不力全截面风载取值。
按CJJ69-95第3.1.9条取值。
3.4.1设计规范
3.2.1《公路工程技术标准》（JTJ001-97）
3.2.2《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）
3.2.3《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）
3.2.4《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）
3.2.5《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
3.2.6《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）
4.设计参数
4.4.1主要材料及其设计参数
4.1.1钢材各项力学指标见表1
表1
强
度
等
级
项
目
Q345
Q235
容许应力
规范要求
弹性模量（MPa）
2.1e+07
2.1e+07
设计值
310
线膨胀系数（1/[T]）
1.2e-05
1.2e-05
剪力
180
泊桑比
0.3
0.3
抗拉强度（MPa）
479.2
382.3
压力
0.5Fy
屈服强度Fy1（MPa）
351.8
239.6
拉力
0.6Fy
屈服强度Fy2（MPa））
331.4
229.4
强轴弯矩
0.6Fy
屈服强度Fy3（MPa））
300.8
219.2
弱轴弯矩
0.6Fy
屈服强度Fy4（MPa）
280.4
209.0
剪力
0.4Fy
注：
桥梁主梁采用高强螺栓连接者，计算抗剪时，表中屈服强度应乘以0.9～0.95折减系数。
4.4.1设计荷载取值
4.2.1恒载
4.2.1.1一期恒载
一期恒载包括主梁材料重量，钢材容重取7.85e+03〔Kg/m3〕。
4.2.1.2二期恒载
二期恒载为桥面护栏、桥面波形钢板、步梯梁荷载及桥面铺装。
其中：
桥面铺装容重按25KN/m3计。
铺装荷载：
2.3KN/m2。
（楼面荷载）
步梯梁荷载：
11.25KN/m（自重）。
波形钢板0.3kN/m2（楼面荷载）。
护栏和广告牌按均布荷载：
3.0KN/m。
（线载，作用在纵梁上，计入广告牌重量。
）
雨棚荷载：
3.9KN（节点荷载）
4.2.2可变荷载
基本可变荷载：
人群5KN/m2。
作用在虚拟梁上。
其它可变荷载：
⑴风力
横向风力为横向风压乘以迎风面积。
横向风压按下式计算
W=K1*K2*K3*K4*W0
W0=V2/1.6=350Pa；（惠阳风压）
K1=0.85；K2=1.3；K3＝1.0；K4=0.8
迎风面积S横不作折减，单位长度S横＝3.32m2。
作用在面积的形心位置，W＝1.0KN/m。
换算到纵梁的中心，应增加M＝1.35KN/m。
纵向风力：
单侧横向风压40％×S纵＝350*0.4*3.3*1/2/1000＝0.231KN/m。
⑵温度力
①体系升温20℃；体系降温20℃
②钢梁截面上下缘温度梯度变化模式：
1、翼板升温14°，翼板下10cm腹板升温7°，40cm以下0°。
2、翼板降温-7°，翼板下10cm腹板降温-2.75°，40cm以下0°。
4.2.4基础变位影响力（恒荷载）
1、各基础沉降按1cm计。
（组合计算）
荷载组合：
组合一：
人群＋基础变位影响力＋结构重力
组合二：
人群＋基础变位影响力＋结构重力＋风力＋温度力
组合三：
人群＋基础变位影响力＋结构重力＋汽车撞击力（不作验算）
组合四：
天桥施工阶段的验算按：
1.2×结构重力＋施工荷载。
组合五：
结构重力＋1KN/m2人群荷载＋地震力。
5.主桥计算概述
5.1计算方法
总体静力计算采用有限元分析理论和空间梁格理论，左右纵梁分别作为主梁，并通过横梁单元连接之，虚拟为平面线桥面。
总体计算根据桥梁施工流程划分结构计算阶段，根据荷载组合要求的内容进行内力、应力、主梁极限承载力计算，验算结构在施工阶段、运营阶段应力、主梁极限承载力及整体刚度是否符合规范要求。
总体计算采用《ANSYS》进行计算。
5.2施工方法
本桥采用分节段吊装施工，三个吊装节段，节段间留螺栓孔，设置高强螺栓连接。
全桥共3个施工节段，考虑到结构的对称，共分四个施工阶段。
结构离散图如下：
图5.2结构模型图
6主桥验算结果
6.1支座反力
各桥墩、主梁轴力图如下图所示，单位：
KN
轴力图
其中，桥墩反力是指墩柱底反力，左边墩总反力为460KN，右边墩反力为460KN；中支墩反力为790KN。
6.2主梁、墩柱弯矩
主梁、墩柱弯矩图
最大弯矩发生在中支墩1930KN*m，边支墩为1070KN*m。
6.3主梁、墩柱剪力
主梁、墩柱剪力图
7.中墩柱及其扩大基础验算
7.1中墩柱扩大基础及计算形式:
7.2基础底面积验算:
依据<<建筑地基基础设计规范>>（GB50007-2002）第5.2条
1.修正后的地基承载力特征值计算：
地基承载力特征值可按下式计算：
式中fak──地基承载力特征值，fak=180kN/mm2；
ηb──基础宽度的地基承载力修正系数，ηb=0.15；
ηd──基础埋深的地基承载力修正系数，ηd=1.4；
γ──基础底面以下土的重度，γ=17；
γm──基础底面以上土的加权平均重度，γm=17；
解得fa=180+0.15×17×（3.5-3）+1.4×17×（2-0.5）=216.975kN/m2。
地基承载力设计值实际取值:
fa=203.8kN/mm2；
2.基础底面荷载计算:
基础自重:
G1=[2×3.5×0.3+1.6×2.8×0.3+0×0×0+1.4×0.6×1.4]×25=115.500kN；
回填土重：
G2=[2×3.5×2-4.62]×17=159.46kN；
基础自重与回填土重之和:
Gk=115.5+159.46=274.96kN；
中支墩支座反力：
1分＝790kN,中支墩自身重力：
F2＝171Kn。
上部结构传至基础顶面的竖向力:
Fk=F1+F2=961kN，取Fk=1000kN；
X方向:
上部结构传至基础顶面的弯矩:
Mx=250kN.m。
X方向偏心距:
ex=250/（274.96+1000）=0.196m；
X方向基础底面的抵抗矩:
Wx=2×3.52/6=4.083m3；
由于My=0，所以按X方向单向偏心计算：
由于偏心距ex<=b/6,所以相应于荷载效应标准组合时,基础底面边缘的最大压力值:
解得:
pkmax=（1000+274.96）/（3.5×2）+250/4.083=243.36kN/m2；
pkmin=（1000+274.96）/（3.5×2）-250/4.083=120.91kN/m2；
最大净反力pj=243.36-274.96/7.00=204.08kN/m2；
受力图:
由于基础底面为偏心受压，而pkmax不大于1.2fa=244.56kN/m2，所以满足要求!
7.3.受冲切承载力验算:
依据<<建筑地基基础设计规范>>（GB50007-2002）第8.2.7条
对矩形截面的矩形基础，应验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力验算；
受冲切承载力按下式验算:
式中Fl──相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值；
βhp──受冲切承载力载面高度影响系数；
ft──混凝土轴心抗拉强度设计值；
am──冲切破坏锥体最不利一侧计算长度；
h0──基础冲切破坏锥体的有效高度；
at──冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长；
ab──冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在其基础范围内的下边长；
pj──扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时的地基土单位面积净反力；
Al──冲切验算时取用的部分基底面积。
1.柱和基础交接处冲切验算验算:
取:
hl=0.55m；am=1.150m；βhp=0.900；
解得:
Al=（3.5/2-1.4/2-0.55）×2-（2/2-0.6/2-0.55）2=0.98m2；
Fl=204.082×0.978=199.490kN；
Fj=0.7×0.900×1430.000×1.150×0.550=569.819kN；
由于Fj≥Fl，所以柱与基础交接处满足冲切要求!
2.第一变阶处（从下往上数）冲切验算验算:
取:
hl=0.25m；am=1.840m；βhp=0.900；
解得:
Al=（3.5/2-2.8/2-0.25）×2=0.20m2；
Fl=204.082×0.200=40.816kN；
Fj=0.7×0.900×1430.000×1.840×0.250=414.414kN；
由于Fj≥Fl，所以第一变阶处满足冲切要求!
7.4.基础底板的配筋计算:
依据<<建筑地基基础设计规范>>（GB50007-2002）第8.2.7条
1.弯矩计算，计算公式如下:
式中MI,MII──任意I-I,II-II处相应荷载效应基本组合时的弯矩设计值；
a1──任意截面I-I至边缘最大反力处的距离；
l,b──基础底面的边长；
p──任意截面I-I处基础底面地基反力设计值；
G──考虑荷载分项系数的基础自重及其上土的自重；
取:
a1=（3.5-1.4）/2=1.05m；l=2m；a'=0.6m
b=3.5m；G=1.35×274.96=371.196kN。
解得:
P=（243.362×（3.5-1.05）+120.913×1.05]/3.5=206.627kN；
MI=（1.0502×[（2×2+0.6）（243.362+206.627-2×371.196/7.000）+
（243.362-206.627）×2]/12=152.105kN.m；
MII=（2.000-0.600）2×（2×3.5+1.4）×（243.362+120.913-2×371.196/7.000）/48=88.569kN.m；
2.配筋面积计算，计算公式如下：
式中α1──系数，当混凝土强度不超过C50时，α1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，
α1取为0.94,期间按线性内插法确定；
fc──混凝土抗压强度设计值；
h0──底板的计算高度。
I-I截面：
取:
MI=152.105kN.m；α1=1.000fc=14.300N/mm2h0=0.250fy=300.000N/mm
解得:
αs=152.105/（1.000×14300.000×3.500×0.2502）=0.049
ξ=1-（1-2×0.049）0.5=0.050
γs=1-0.050/2=0.975
As=152.105×106/（0.975×250.000×300.0）=2079.921mm2。
故I-I截面配筋面积:
As=2079.921mm2。
I-I截面选筋:
2912@120（As=3280mm2）。
II-II截面：
取:
MII=88.569kN.m；α1=1.000fc=14.300N/mm2h0=0.250fy=300.000N/mm
解得:
αs=88.569/（1.000×14300.000×3.500×0.2502）=0.028
ξ=1-（1-2×0.028）0.5=0.029
γs=1-0.029/2=0.986
As=88.569×106/（0.986×250.000×300.0）=1198.127mm2。
故II-II截面配筋面积:
As=1198.127mm2。
II-II截面选筋:
1612@120（As=1810mm2）。
7.5.施工配筋图（附）
8.结论
在施工阶段、成桥阶段、使用阶段，主梁各截面上、下缘应力分布良好，可以满足规范使用要求，
各腹板的正截面抗弯、斜截面抗剪均满足规范要求。
结构在自重和人群荷载下的变形均满足使用要求，且可以不设置预拱度。
结构跨径布置合理；梁高合理，腹板厚度可以适当增减；
横梁布置合理，根据计算数据显示：
横梁应力最大的单元分别出现在各墩柱
顶部，该处布置的正是大横梁的断面。
中墩柱由原来的独立桩基础改为扩大基础，其底面积验算、受冲切承载力验算、配筋验算均满足各规范要求。
全桥设计是比较合理的,能够满足使用阶段的要求。
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