人行天桥结构计算书
林州市人行天桥
结构计算书
审定：
审核：
设计：
2012年2月
目录
一.工程概况................................................................................................................................................... - 1 -
二.设计原则与标准 ....................................................................................................................................... - 1 -
三.结构布置和构件截面................................................................................................................................ - 2 -
3.1结构布置 (2)
3.2杆件截面 (3)
3.3支座和边界约束 (3)
四.荷载与作用 ............................................................................................................................................... - 4 -
五.材料......................................................................................................................................................... - 10 -
六.构件包络应力 ......................................................................................................................................... - 10 -
6.1整体应力分布 (10)
6.2拱结构应力状态 (10)
6.3桥面主梁、次梁应力状态 (12)
6.4吊杆应力状态 (14)
七.模态分析................................................................................................................................................. - 15 -
7.1特征周期 (15)
7.2特征模态 (15)
八.桥梁变形................................................................................................................................................. - 17 -
8.1竖向变形 (17)
8.2水平变形 (18)
九.桥梁整体稳定分析.................................................................................................................................. - 19 -
9.1屈曲特征值 (19)
9.2屈曲模态 (19)
十．节点计算 ..................................................................................................................................................... - 21 -
10.1吊杆节点 (21)
10.2主梁ZL与GHL2连接处支座验算 (24)
10.3主梁ZL与桥台连接节点验算 (27)
十一基础验算 ................................................................................................................................................... - 34 -
11.1基础底面地基承载力验算 (34)
11.2基础背面地基承载力验算 (39)
11.3基础侧面地基承载力验算 (45)
11.4抗剪栓钉验算 (46)
11.5施工安装阶段柱脚底板验算 (48)
一.工程概况
河南省林州市人行天桥项目。
采用中承式拱桥
二.设计原则与标准
1、《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2001）
2、《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）
3、《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）
4、《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ 81-2002）
5、《钢结构工程施工及验收规范》（GBJ 50205-2001）
6、《城市桥梁设计准则》（CJJ 11-93）
7、《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ 77-98）
8、《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ 69-95）
9、《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-93）
10、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
11、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）
12、《公路桥涵地基及基础设计规范》（JTJ024-85）
13、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
14、《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）
15、《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002；J218-2002）
16、《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》（JT/T 663-2006）
17、《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T 4-2004）
三.结构布置和构件截面
3.1 结构布置
图1 三维结构图
图2 立面布置图
图3 平面布置图
3.2 杆件截面
3.3 支座和边界约束
拱结构与桥面结构之间通过单向可滑动支座进行连接，支座型号为GJZF4 350x550x72(单向) NR，实现桥面梁沿桥纵向可滑动，横向与拱结构协同工作。
拱脚与基础固结约束；桥面结构的四个角点中，除一个为约束三个平动自由度外，其他三个支座均为只约束竖向自由度。边界约束情况如图4所示（途中约束六位数字分别表示：平动x向、平动y向、平动z向；转动绕x轴；转动绕y轴；转动绕z轴，0表示释放；1表示约束）。
图4 边界约束布置图
四.荷载与作用
1、设计使用年限为100年
2、设计地震烈度为7度（0.15g）
第二组
Ⅲ类场地
根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ 69-95）的规定，地
震工矿组合中，考虑永久荷载和1.0 kN/m2的人群荷载。
3、桥面永久荷载
47mm厚(平均厚度)细石混凝土：
10mm厚EPDM聚亚安脂混合颗粒塑胶：
考虑可能以后采用广场瓷砖：
压型钢板自重：
综上：桥面均布恒荷载
栏杆自重：0.2
广告牌自重：1.0，两侧全长均有广告牌，高度为4.2m
掉面吊挂荷载：0.15
4、可变荷载
（1）、人群荷载：
根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ 69-95），加载长度超过20m的情况下，人群荷载为;
在计算中取3.5kN/m2（用于整体结构计算）
在设计乔面板时，人群荷载取5.0kN/m2（用于桥面板计算）
（2）、按100年考虑基本雪荷载：0.45kN/m2
（3）、风荷载
基本风压：0.55kN/m2（按100年为设计周期）
a、广告牌：
由于两侧广告牌之间空间开放，因此分别考虑两侧风荷载，且
其数值和方向相同
单侧广告牌体型系数：1.3
风振系数：1.5
高度分布系数：1.25（按B类场地，20m高度）
单侧广告牌上的风荷载作用于主梁上，折算线荷载：
b、拱侧面（考虑两片拱承受风荷载，数值相同，方向相同）：
单片拱体型系数：1.4
风振系数：1.5
高度分布系数：1.25（按B类场地，20m高度）
单侧拱侧面上的风荷载，折算线荷载（考虑拱侧面宽度为
1.5m）：
综上，风荷载在计算模型中的分布情况如图5.
图5 风荷载布置图
（4）、雪荷载
基本风压：0.45 kN/m2（按100年考虑）
（5）、栏杆荷载
水平力：2.5 kN/m
竖向力：1.2 kN/m
5、温度作用
设计温度变化范围：-210C～+570C，合拢温度为±100C
6、荷载组合
A、非地震组合
组恒荷人群风荷载升温降温组恒荷人群风荷升温降温
B、地震组合
设计温度变化范
五.材料
钢材：主梁、主拱、吊杆、横梁、耳板、肋板等采用Q345B
销轴采用45号钢
混凝土：桥面、基础采用C30混凝土
六.构件包络应力
6.1整体应力分布
图6 整体应力分布
计算结果表明：采用本设计方案的拱桥整体强度应力处于安全状态，最大应力发生在拱脚附近区域。下文将详细介绍各主要构件的应力数值。
6.2拱结构应力状态
图7 拱结构应力分布图
图7所示的是主拱和拱横梁的应力分布情况，最大应力发生在拱脚附近，最大值为142MPa，小于Q345钢的屈服强度；若不考虑加劲肋对箱形截面的作用，即仅考虑40t w（t w为腹板厚度）的有效截面，则拱结构的应力比如图8。
图8 拱结构应力分布图(仅考虑有效截面)
计算结果文件如下图：
图9 拱脚计算结果(仅考虑有效截面)
上图所示的计算结果表明：即使仅考虑40tw的有效截面，拱脚最大应力比为0.9，因此，拱结构强度满足要求。
6.3 桥面主梁、次梁应力状态
图10 桥面梁结构应力分布图
桥面梁的最大应力比在0.35以下，因此满足要求，计算结果如图11。
图11 主梁计算结果
6.4 吊杆应力状态
图12 吊杆应力分布图
图12所示的计算结果表明：吊杆的最大拉应力为152MPa，因此满足钢材Q345B强度要求，计算结果见图13。
图13 吊杆计算结果
七.模态分析
7.1特征周期
表1 特征周期表
阶数特征周期/s 阶数特征周期/s
1 0.59 6 0.18
2 0.47 7 0.16
3 0.33 8 0.16
4 0.27 9 0.15
5 0.27 10 0.14 7.2特征模态
图14 第一阶模态 图15 第二阶模态
图16 第三阶模态
图17 第四阶模态
图18 第五阶模态
图14～图18所示的计算结果表明：在前五阶特征模态中，第一阶、第二阶和第五阶特征模态是横桥向模态；第三阶和第四阶模态为竖向模态，其中第三阶模态所对应的特征频率为3.03Hz，满足《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ 69-95）中关于人行天桥竖向频率至少3Hz的要求。
八.桥梁变形
8.1 竖向变形
图19 竖向变形
在永久荷载和人群荷载的标准组合作用下，桥梁的最大竖向变形为26.4mm，按支座间距离为66.04m计算，挠度为1/2500，满足《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ 69-95）中关于人行天桥主梁竖向挠度小于1/600的要求，另外，由于挠度小于1/1600，因此可不预起拱，但为了更好的排水，在本设计中，主梁沿纵向设置0.5%的坡度。
8.2 水平变形
考虑到桥梁两侧面挂有大面积广告牌，横向风荷载对桥梁的作用较大，因此需关注桥梁的横向变形。图20显示了桥梁在横向风荷载作用下的变形。
图20 水平变形
图20所示的结果表明拱顶点的最大水平位移为51mm（拱跨为70.8m，变形