人行天桥结构计算书 Revised as of 23 November 2020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》（）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 平面布置图杆件截面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（）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 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：q1=25×0.047=1.2kN/m210mm厚EPDM聚亚安脂混合颗粒塑胶：q2=15×0.010=0.15kN/m2考虑可能以后采用广场瓷砖：q2‘=0.65kN/m2压型钢板自重：q2‘=0.15kN/m2综上：桥面均布恒荷载q=2.0kN/m2栏杆自重： kN/m广告牌自重： kN/m2，两侧全长均有广告牌，高度为掉面吊挂荷载： kN/m24、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;w=[5−2×L−2080]×[20−B20]=3.26kN/m2在计算中取m2（用于整体结构计算）在设计乔面板时，人群荷载取 m2（用于桥面板计算）（2）、按100年考虑基本雪荷载：m2（3）、风荷载基本风压：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：风振系数：高度分布系数：（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：p=1.5×1.3×1.25×0.55×4.2=5.63kN/mb、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：风振系数：高度分布系数：（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）：p=1.5×1.4×1.25×0.55×1.5=2.16kN/m 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： kN/m2（按100年考虑）（5）、栏杆荷载水平力： kN/m竖向力： kN/m5、温度作用设计温度变化范围：-210C～+570C，合拢温度为±100C6、荷载组合A、非地震组合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。
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，因此，拱结构强度满足要求。
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以下，因此满足要求，计算结果如图11。
图11 主梁计算结果吊杆应力状态图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. 模态分析特征周期表1 特征周期表阶数特征周期 /s 阶数特征周期 /s1 62 73 84 95 10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，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，按支座间距离为计算，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%的坡度。
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，变形约为1/1400）；桥面最大横向位移为26mm（桥面梁跨度按为，变形约为1/2800）。
九. 桥梁整体稳定分析屈曲特征值表2 屈曲特征值阶数特征值阶数特征值1 62 73 84 95 10屈曲模态图21 第一阶屈曲模态图22 第二阶屈曲模态图23 第三阶屈曲模态图24 第四阶屈曲模态图25 第五阶屈曲模态上述结果表明：桥梁的前五阶屈曲模态主要表现为拱结构平面外失稳。
其中，第一阶屈曲模态所对应的特征值是，表明整体结构具有较好的稳定性。
十．节点计算吊杆节点吊杆采用圆管127x8，与主拱和桥面横梁的连接方式如图26所示：图26 吊杆节点（1）销轴计算计算结果显示吊杆最大拉力为455kN，吊杆截面为圆管127x8，其截面积为2991mm。
销轴（45号钢）直径为60mm，其截面积A1:A1=0.25×3.14159×602=2827.4mm2根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）给出的45号钢的允许剪应力为125MPa，所对应的极限抗剪承载力F V为：F V=2×2827.4×125=706.9kN>455kN因此，销轴的抗剪承载力满足要求。
按销轴抗弯较不利情况考虑，计算简图如下两种情况：图27 销轴抗弯计算简图对于第一种情况，最大弯矩：W=0.25×455×0.056=6370kN?mm截面转动惯性矩I=1/64×3.14159×604=6.36×10−7m4销轴弯曲应力为σ=6370×0.0306.36×10−7=300.5MPa对于第二种情况，最大弯矩：W=0.5×11.4×202=2280kN?mm 销轴弯曲应力为σ=2280×0.0306.36×10−7=107.5MPa因此，满足《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）给出的45号钢的允许弯应力为360MPa（2）耳板计算A、耳板有效截面抗拉承载力计算耳板最小有效截面积：A2=2×32×（78.5−30−0.5）=3072mm2P n=3072×295=906.2kN=906.3455=1.99>1.4满足《铁路桥梁钢结构设计规范》（）中大于的要求。
B、耳板承压计算耳板承压应力：σ=455/（32×60）=237MPa《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）中规定Q345钢的销轴承压应力限值为300MPa，因此满足要求。
C、耳板抗剪计算耳板抗剪截面：A=2t(a+d2)=2×32×(100−30.5+30)=6368mm2 =0.6×6368×295455×1000=2.44>1.33因此耳板抗剪强度满足要求。
D、耳板抗剪计算（1）孔径与销轴直径相差不大于1mm，满足要求。
（2）孔端耳板a=>=，满足要求。
主梁ZL与GHL2连接处支座验算（1）支座验算根据结构特点和受力大小，在主梁ZL与GHL2之间的连接采用四氟滑板橡胶支座GJZF4 350x550x72(单向) NR，根据《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》（JT/T 663-2006）确定，该支座的最大承压力标准值为1836kN，顺桥向最大位移为90mm，允许转角为（按照寒冷地区考虑）。
通过本桥梁的计算，得到支座处最大承压力为680kN，支座处顺桥向最大位移为39mm，最大转角为，另外侧向通过抵挡构造实现侧向约束。
因此本支座满足结构要求。
（2）挡块验算图28 支座节点支座处水平力为980kN。
需验算的内容包括，ZL与支座上钢板间的焊缝、下钢板与GHL2之间的焊缝、挡块的强度验算。