某人行天桥结构计算

1.    工程概况    1

2.    验算依据和内容    1

2.1    验算依据    1

2.2    计算内容    1

3.    技术标准    2

3.1    技术标准    2

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    6

5.1    计算方法    6

5.2    施工方法    6

5.3    荷载组合    

6.    主桥验算结果    7

6.1    支座反力汇总    7

6.2    施工阶段强度验算    6

6.3    成桥阶段应力验算    6

6.4    结构刚度验算    7

    6.5    轴力作用下杆件强度验算

    6.6    节点板验算

7.    验算结论    11

XXXXX人行天桥

结构复核计算

1.工程概况

XXXXX人行天桥采用下承式平行钢桁架连续梁，桥梁全长42.4m，共分1联，跨径组合为18.2+24.2m，分设四道步梯。 

本桥钢桁架采用工厂加工，现场吊装安装。设计采用板材为Q345，板厚为12mm，本次计算采用同类板材，板厚10mm，验算钢桁架结构是否满足要求。主梁采用《MADAS CIVIL》以空间梁分析计算，节点板部分采用空间板结构进行验算。

2.验算依据和内容

2.1验算依据

现行国家及行业有关法规、标准、规程、规范。

2.2验算内容

2.2.1  施工阶段截面内力计算

2.2.2  施工阶段截面正应力验算

2.2.3  成桥阶段截面正应力验算

2.2.4  正常使用状态截面正应力验算

2.2.5  正常使用状态截面主应力验算

2.2.5  承载能力极限状态正截面强度验算

2.2.6  承载能力极限状态斜截面抗剪强度验算

2.2.7  结构刚度验算

2.2.8  杆件强度验算

2.2.10  节点板撕裂强度验算

2.2.11 节点板水平截面、竖直截面剪应力验算

2.2.12 节点板水平截面、竖直截面法向应力验算

3.技术标准

3.1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3.5m。

3.1.3人行天桥；

3.1.4桥面横坡：计算时不计。

3.1.5荷载标准：城市荷载。

3.1.5.1人行荷载：3.7KPa

3.1.5.2地震动峰值加速度：0.05g。（不作抗震验算）

3.1.5.3风力：按最不力全截面风载取值（桥梁纵向全设置广告牌），不计纵向风载。按CJJ69-95第3.1.9条取值。

3.2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-）

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》              （CJJ 69-95）

3.2.5《公路桥涵施工技术规范》                     （JTJ 041-2000）

3.2.6《公路桥涵地基与基础设计规范》               （JTJ 024-85）

4.设计参数

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

4.1.2  设计假定

      桁架结构考虑节点刚性影响，按轴向力和节点刚性弯矩共同作用进行验算。根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，考虑节点刚性影响时，荷载组合一，杆件的容许应力可按第1.2.5条规定的数值提高20％，荷载组合二～五，提高40％。

4.2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〕。在程序中表现为自重。

4.2.1.2二期恒载

二期恒载为桥面护栏、桥面钢板、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：1.25KN/m2。（楼面荷载）

步梯梁荷载：11.25KN/m（线荷载作用在梁单元上）。

         10mm厚钢板0.08kN/m2（楼面荷载）。

       广告牌按均布荷载：1.0KN/m。（线载，作用在纵梁上，计入广告牌重量。）雨棚荷载：1.5KN/ m2（楼面荷载）

4.2.2可变荷载

基本可变荷载：人群W=(5-2*（L-20）/80)*((20-B)/20)＝(5-2*（42.4-20）/80)*((20-3.3)/20)＝3.7KN/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不作横折减，单位长度S横＝2.7m2。作用在面积的形心位置，W＝0.3KN/ m2。 换算到纵梁的中心，N=0.8KN/m，应增加M＝1.13KN/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。（计算时不作考虑）

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°，20cm以下0°。

2、翼板降温-7°，翼板下10cm腹板降温-2.75°，20cm以下0°。

施工阶段荷载组合：

   组合一：施工荷载（约0.5KN/m2）＋1.2×一、二期恒载

使用阶段荷载组合：

   组合一：人群＋一、二期恒载

   组合二：人群＋一、二期恒载＋风力＋整体升温（使用阶段）

   组合三：人群＋一、二期恒载＋风力＋整体降温（使用阶段）

   组合四：人群＋一、二期恒载＋风力＋整体升温＋梯度升温（承载能力）

   组合五：人群＋一、二期恒载＋风力＋整体升温＋梯度降温（承载能力）

 详细组合系数如下：DESIGN TYPE : 钢结构设计

1    sLCB1         承载能力           相加      

自重( 1.000) +桥面铺装＋10mm钢板( 1.000) +人群荷载( 1.000)

---------------------------------------------------------------------------------------------

2    sLCB2         承载能力           相加      

自重( 1.000) +桥面铺装＋10mm钢板( 1.000) +人群荷载( 1.000) +                 风力( 1.000) +整体升温( 1.000) +梯度升温( 1.000)

---------------------------------------------------------------------------------------------

3    sLCB3         承载能力           相加      

  自重( 1.000) +桥面铺装＋10mm钢板( 1.000) +人群荷载( 1.000) +                 风力( 1.000) +整体升温( 1.000) +梯度降温( 1.000)

---------------------------------------------------------------------------------------------

4    sLCB4         承载能力           相加      

自重( 1.000) +桥面铺装＋10mm钢板( 1.000) +人群荷载( 1.000) +                 风力( 1.000) +整体降温( 1.000) +梯度升温( 1.000)

---------------------------------------------------------------------------------------------

5    sLCB5         承载能力           相加      

自重( 1.000) +桥面铺装＋10mm钢板( 1.000) +人群荷载( 1.000)

 +风力( 1.000) +整体降温( 1.000) + 梯度降温( 1.000)

---------------------------------------------------------------------------------------------

6    sLCB6         使用性能           相加      

自重( 1.200) +桥面铺装＋10mm钢板( 1.000) +人群荷载( 1.150)

---------------------------------------------------------------------------------------------

7    sLCB7         使用性能           相加      

自重( 1.200) +桥面铺装＋10mm钢板( 1.000) +人群荷载( 1.150) +                 风力( 1.000) +整体升温( 1.000) +梯度升温( 1.000)

---------------------------------------------------------------------------------------------

8    sLCB8         使用性能           相加      

自重( 1.200) +桥面铺装＋10mm钢板( 1.000) +人群荷载( 1.150) +                 风力( 1.000) +整体升温( 1.000) +梯度降温( 1.000)

---------------------------------------------------------------------------------------------

9    sLCB9         使用性能           相加      

自重( 1.200) +桥面铺装＋10mm钢板( 1.000) +人群荷载( 1.150)

 +风力( 1.000) +整体降温( 1.000) +梯度升温( 1.000)

---------------------------------------------------------------------------------------------

10   sLCB10        使用性能           相加      

自重( 1.200) +桥面铺装＋10mm钢板( 1.000) +人群荷载( 1.150)

 +风力( 1.000) +整体降温( 1.000) +梯度降温( 1.000)

---------------------------------------------------------------------------------------------

11   cs            钝化               相加      

自重( 1.200) +桥面铺装＋10mm钢板( 1.000) +步梯梁荷载( 1.000)

 +广告牌( 1.000) +雨棚荷载( 1.000) +施工荷载( 1.000)

5.主桥计算概述

5.1计算方法

总体静力计算采用空间梁格理论，按照实际施工截面、实际的加工位置建立结构计算模型。总体计算根据桥梁加载步骤划分结构计算阶段，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《MADAS CIVIL》进行计算。再根据最不利原则选取最不利受力断面进行杆件的稳定计算，选取各组合的最大组合受力位置，建立节点板的细部空间模型，查看细部分析结果，进行节点板的强度、剪应力、法向应力验算。根据计算结果，在正常使用阶段SLCB9组合为最不利组合。承载能力极限状态SCBL4为最不利组合。此次仅选取SCLB9进行结果比较。

5.2施工方法

本桥采用分节段吊装施工，三个吊装节段，节段间现场焊接连接。结构模型图建立如下：

结构模型图

6.主桥验算结果

6.1支座反力汇总

支座反力计算   单位：KN

                          支座反力表                            

其中，SCLB6、7、8、9、10组合反力Fz最大，出现在69号节点，N=333.7KN。 

参见支反力汇总表。

6.2施工阶段强度验算

施工阶段荷载组合为CS，参见图，图中反映了主梁在施工完成状态下的截面的各向最大、最小正应力。

组合应力（轴力＋弯矩）

组合应力最大=40MPa＜200 MPa，最小Sax=-62MPa＜200 MPa。

满足要求。

6.3成桥阶段正应力验算

成桥阶段极限承载能力

SCLB1、2、3、4、5组合应力（轴力＋弯矩）

组合应力最大=74MPa＜200 MPa，最小Sax=-52MPa＜200 MPa。

满足要求。

成桥阶段正常使用状态

SCLB6、7、8、9、10组合应力（轴力＋弯矩）

组合应力最大=83MPa＜200 MPa，最小Sax=-59MPa＜200 MPa。

满足要求。

6.4结构刚度验算

      选取最不利荷载组合SCBL9，在该荷载作用下结构的Dz最大位移发生在5号节点，为向下6.6mm，结构的最大向上位移为0.06mm，结构的总位移为：6.12mm＜27mm＝L/600，结构挠度满足要求。

6.5轴力作用下杆件强度验算

根据各单元的受力情况，选取最不利荷载对截面进行验算。选取的单元有：76、91、92、94、205、501、582、9、666、743、745、847，各单元的强度验算如附图。

结论：各单元满足要求（荷载组合SLCB9）。

6.6节点板撕裂强度验算

模型：假定钢桁架的安装误差为3mm，（《钢结构工程施工质量验收规范》表8.5.1）

相当于在节点板处施加一个让斜腹杆、下弦杆或上弦杆伸长或压缩3mm的力，根据P-△原理，把该力施加于节点板的杆件进行计算。

选取单元编号为57、58、588、130进行梁细部分析。

分析结果见附表。

结论：组合荷载SCLB11

组合正应力最大=106.4MPa＜200 MPa，最小=-56.1MPa＜200 MPa。

组合主应力最大=107.4MPa＜200 MPa，最小=-55.1MPa＜200 MPa。Txy最大=4.1MPa＜120 MPa，最小=-－3.96MPa＜120 MPa。各单元满足要求（荷载组合SLCB11）。

7.结论

1、在施工阶段、成桥阶段、使用阶段，主桁架各截面上、下缘应力分布良好，板厚为10mm（支座大横梁、上平联楼梯顶撑按30mm计）可以满足规范要求。

2、主桁架正截面抗弯、斜截面抗剪均满足规范要求。

3、结构在自重和1/2人群荷载下的变形均满足使用要求，考虑支座沉降，设置预拱度为宜。

4、拼装节点板精度的要求是成桥阶段产生梁次内力的主要原因，因此在拼装过程中保证拼装精度可以大大提高结构的承载能力和使用性能。