钢桁架人行天桥计算

一、工程概况

新建人行天桥位于新科三路以北，中心桩号为MK15+367.045，跨越江北大道主线。江北大道道路中央分隔带内有地铁11号线。主要是为满足交叉口行人过街的功能要求，天桥主桥为一跨钢桁架桥，跨径组合为:12.5m+46m+12.5m=71m。天桥两端均设置钢结构梯道。

本工程主桥结构可分为1联桁架以及2个人行梯道，本计算书即对主桥桁架、人行梯道及全桥下部结构进行验算。

二、设计采用主要规范

结构分析和验算采用的主要标准和规范如下：

（1）《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）

（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）

（3）《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）

（4）《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）

（5）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》（JTG D62-2004）

（6）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63－2007）

（7）《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02－01－2008）

（8）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》( JTJ025-1986 )

（9）《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)

三、主桥桁架结构分析

1、概述

本工程主桥桁架跨径为12.5+46+12.5

本次计算主要包括以下内容：

➢成桥阶段杆件强度校核

➢杆件疲劳校核

➢动力特性分析

➢正常使用阶段校核

2、结构几何模型

模型使用的单元类型均为平面梁单元，桁架几何模型如下所示。

桁架结构

整个几何模型可分为上弦杆、下弦杆、腹杆。

上、下弦杆均为矩形焊接截面，材料为Q345qD，上弦杆高45cm，下弦杆高60cm，截面如下：

上弦杆截面下弦杆截面

腹杆材料为Q345qD，矩形焊接截面，截面如下：

腹杆截面

3、模型建立

3、1 整体计算模型

整体结构分析程序采用桥博3.0。

计算模型桁架杆件均采用梁单元，所有节点均为刚接。所有杆件自重以程序自动计入。

主桁钢结构及中横梁、端横梁采用Q345qD钢材，模型使用到的材料按照图纸和相关规范取用。主要材料参数如下：

表3.1 有限元模型材料参数

材料名称弹性模量

(MPa)

泊松比线膨胀系数

比重

(KN/m)

1 Q345qD钢 2.06E+05 0.3 1.20E-05 7.85E+01

3、2 作用和作用效应组合

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）及《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）考虑以下作用：

永久作用：

➢结构重力（程序自动计入）

➢二期恒载：

①钢平联78.5KN/m3

②人行道板+防滑砖26 KN/m3

③单侧栏杆 2.0 KN/m

➢基础变位作用：考虑瞬时10mm变位，位置按最不利情况组合；

可变作用：

➢人群荷载：按《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）第3.1.3条取用➢温度作用：考虑结构整体升降温±20℃；

➢风荷载：按百年一遇设计风压0.4KN/ m2

4、强度校核

本桥使用的是Q345qD钢材，与《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）中的16Mn钢，以下校核中就取用16Mn钢。16Mn钢的容许应力见下表。

容许应力（MPa）

应力种类轴向应力[σ] 弯曲应力[σw] 剪应力[τ] 端部承压应力

16Mn钢200 210 120 300

下弦杆应力结果

上弦杆应力结果

腹杆应力计算结果

由上图可知，在荷载标准组合作用下，主桁杆件最大拉应力为62.0MPa，最大压应力为67.3MPa，小于容许应力210MPa，满足规范要求。

5、杆件疲劳校核

根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）表1.2.17-2计算杆件疲劳，在计算杆件应力过程中，考虑了杆件两方向的弯矩对应力的影响作用，即考虑了二次应力的影响。

根据表1.2.17-2中对于连接的分类定义，杆件自身连接均为横向对接焊缝，其容许应力类别为B ；弦杆与腹杆、横梁及平联的连接节点为熔透角焊缝，其容许应力类别为D 。

B 类容许应力的计算公式为： ➢ 最大应力（绝对值）为拉应力时

ρ*6.01190

-但≤〔σ〕

➢ 最大应力（绝对值）为压应力时ρ

-6.0190

但≤〔σ〕

D 类容许应力的计算公式为： ➢ 最大应力（绝对值）为拉应力时

ρ*6.01145

-但≤〔σ〕

➢ 最大应力（绝对值）为压应力时

ρ

-6.0145

但≤〔σ〕

其中max

min σ

σρ=

（同号应力为正，反号应力为负）

由于完全对称循环时，即ρ＝－1，疲劳强度最小，因此B 类容许应力的最小值为118.75MPa ，D 类容许应力的最小值为90.6MPa 。根据强度校核结果，对部分应力超过118.75MPa 的杆件进行详细疲劳验算，部分应力超过90.6MPa 的节点进行详细疲劳验算。

桁架中，杆件最大应力为67.3MPa ，小于B 类容许应力的最小值，无需再验算疲劳强度。腹杆与弦杆连接节点处最大应力为54.22MPa ，小于D 类容许应力的最小值，无需再验算疲劳强度。

6、动力特性分析

根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）第2.5.4条规定天桥上部结构竖向自振频率不应小于3Hz 。经结构动力特性分析，桁架的一阶振形频率均大于3 Hz ，首次出现竖弯振形频率均大于4 Hz ，满足规范要求。