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 ........................................................ 13

9.1 梯道墩截面验算............................................................................................ 13 9.2 桩基础验算.................................................................................................... 13 十、结论 ...................................................................................................................... 15

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)

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（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

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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。 12345671011121314151617181920212223242526 人行天桥钢箱梁主桥计算模型 3

345678121110912131415181716 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。

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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：

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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/b01300/22480.5786,l1/b028.05/2.24812.4895235所以整78.4，

345体稳定满足要求。

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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/tw1291.6/1680.72580235故需设横向加劲，采用横隔板进行加劲。 66.03，

fy235123.80，故不需设纵向加劲。 fyh0/tw1291.6/1680.725150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:

57.52.2172.06跨中截面： 0.5921,满足要求。310177.03308.782.111.1172.06支点截面： 0.5591,满足要求。3101803102222七 、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:

r0Nd0.9(fcdAf'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。

r0 1.1 Nd(KN） 991。9 Ψ 1。0 A（m2） A's（m2） fcd(KN/m2） fsd’（KN/m2) 0.65 7

0.01374518400 330000 2 左边（KN） 1091。1 右边（KN) 14846。3 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≤0.501032ftdbh0(kN) 公式左边为：1.1496.0=5.6kN

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公式右边为:0.50101.01.6565028321517.66kN

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. 条件 良好 一般 较差

计算得到 桩基直径 d 端阻发挥系数 c1 岩层的层数 m 岩层的侧阻发挥系数 c2i c21 c22 9

C1 0。6 0。5 0。4 C2 0。05 0.04 0.03 1.5 0.5 1 0。04 0.04 m c23 h1 桩嵌入各岩层部分的厚度 hi h2 h3 桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值 frki 土层的层数 n q1k 土层的侧阻力标准值 qik q2k q3k l1 各土层的厚度 li 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 l2 l3 frk1 frk2 frk3 0。04 0 0 6 0 6000 6000 0 0 0 0 0 0 0.8 2043 1。8 4。7 m m m kPa kPa kPa kPa kPa kPa m m m kN m2 m 计算过程参数 桩端截面面积 Ap 各土层或各岩层部分桩身周长 u 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。

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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.

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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：

r0Nd0.9(fcdAf'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。

r0 1.1 375。9 6006.3 Nd（KN) 341。7 是否满足 满足 Ψ 1.0

A（m2） A's（m2） fcd(KN/m2） fsd'（KN/m2） 0。25 0.006284

18400

330000 左边（KN） 右边（KN） 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）；

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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。 条件 良好 一般 较差

计算得到 桩基直径 d 端阻发挥系数 c1 岩层的层数 m c21 岩层的侧阻发挥系数 c2i c22 c23 h1 桩嵌入各岩层部分的厚度 hi h2 h3 桩端岩石饱和单轴抗压强度标准值 frki 土层的层数 n q1k 土层的侧阻力标准值 qik q2k q3k l1 各土层的厚度 li 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 l2 l3 frk1 frk2 frk3 1。0 0。5 1 0。04 0。04 0。04 0 0 4 0 6000 6000 0 0 0 0 0 0 0。8 657。0 0.785 3.14 14

C1 0。6 0。5 0.4 C2 0。05 0.04 0.03 m m m m kPa kPa kPa kPa kPa kPa m m m kN m2 m 计算过程参数

桩端截面面积 Ap 各土层或各岩层部分桩身周长 u 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。

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