城市人行天桥结构计算书.docx
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城市人行天桥结构计算书
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,主梁跨径布置为++=,桥面全宽,其横向布置为(栏杆)+(净宽)+(栏杆)=。
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,宽,在梯道梁上设置预制C30钢筋砼梯踏步,梯道全宽,其横向布置为(栏杆)+(净宽)+(栏杆)=。
下部结构主桥墩采用C40钢筋砼花瓶形桥墩,厚;基础采用直径为的C30钢筋砼桩基础。
梯道桥墩采C40钢筋砼矩形桥墩,基础采用直径为的C30钢筋砼桩基础。
二、主要技术标准
(1)设计荷载:
人群荷载:
kN/m2;
二期恒载(桥面铺装与栏杆总和):
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》(JTGB01—2003)
(2)《城市桥梁设计规范》(CJJ11-2011)
(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》(JTGD60-2004)
(5)《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)
(6)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)
(7)《公路桥涵地基与基础设计规范》(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范》(JTG/TF50-2011)
四、主要材料及计算参数
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》(JTGD62-2004)以及《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)的材料要求。
C25混凝土:
轴心抗压强度设计值fcd=,轴心抗拉强度设计值ftd=,弹性模量Ec=。
C30混凝土:
轴心抗压强度设计值fcd=,轴心抗拉强度设计值ftd=,弹性模量Ec=。
C40混凝土:
轴心抗压强度设计值fcd=,轴心抗拉强度设计值ftd=,弹性模量Ec=。
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),《钢筋混凝土用钢第2部分:
热轧带肋钢筋》(GB)标准的规定。
HPB300钢筋:
抗拉标准强度fsk≥300Mpa,弹性模量Es=×105Mpa。
HRB400钢筋:
抗拉标准强度fsk≥400Mpa,弹性模量Es=×105Mpa。
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
计算荷载取值
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kN/m取值。
可变作用
a、人群荷载
整体计算中按照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。
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
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
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》(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,底板最大拉应力为。
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。
.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,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=)
挠度计算
根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》条规定,由人群荷载计算的最大竖向挠度为,小于规范要求的允许值L/600=。
整体稳定性计算
根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)条规定:
所以整体稳定满足要求。
局部稳定性计算
对于主梁腹板位置,根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)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《钢结构设计规范》(GB50017-2003)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,引起水平荷载不显着。
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
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KN,主墩自重为。
考虑按矩形截面计算取,最小截面x,按照JTGD62-2004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.
r0
Nd(KN)
Ψ
A(m2)
A's(m2)
fcd(KN/m2)
fsd'(KN/m2)
18400
330000
左边(KN)
右边(KN)
是否满足
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KN。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)第条,
公式左边为:
公式右边为:
满足公式及规范要求,故可不进行斜截面抗剪承载力验算。
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;当15MPa≤frk<30MPa时,取;当frk>30MPa时,取;
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
一般
较差
计算得到
桩基直径d
m
端阻发挥系数c1
岩层的层数m
1
岩层的侧阻发挥系数c2i
c21
c22
c23
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
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
m2
各土层或各岩层部分桩身周长u
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
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》(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,最大压应力为
底板最大拉应力为,最大压应力为
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。
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,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=)
挠度计算结果
根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》条规定,由人群荷载计算的最大竖向挠度为,小于规范要求的允许值L/600=。
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,引起水平荷载不显着。
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
梯道墩截面验算
桥梁最大支座反力KN,梯道墩自重为。
考虑按矩形截面计算取,最小截面,按照JTGD62-2004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.
r0
Nd(KN)
Ψ
A(m2)
A's(m2)
fcd(KN/m2)
fsd'(KN/m2)
18400
330000
左边(KN)
右边(KN)
是否满足
满足
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;当15MPa≤frk<30MPa时,取;当frk>30MPa时,取;
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
一般
较差
计算得到
桩基直径d
m
端阻发挥系数c1
岩层的层数m
1
岩层的侧阻发挥系数c2i
c21
c22
c23
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
单桩轴向受压承载力设计值P
kN
计算过程参数
桩端截面面积Ap
m2
各土层或各岩层部分桩身周长u
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。