人行通道及操作平台计算书.pdf

温州瓯江北口大桥
土建二标项目
人行通道及操作平台设计计算书
中交一公局瓯江北口大桥土建二标项目经理部
二零一八年七月
温州瓯江北口大桥土建二标项目
人行通道及操作平台设计计算书
编制：
审核：
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中交一公局瓯江北口大桥土建二标项目经理部
二〇一八年七月
目录
人行通道及操作平台设计计算书
1 设计概况
人行通道及操作平台设计宽度80cm ，采用110×70×6mm 不等肢角钢作为主受力构件，11cm 高侧肢兼踢脚板功能，角钢通过间接不超过100cm 的5（10）cm 宽6mm 厚钢板加劲肋连成整体，上铺设4mm 厚花纹钢板作为面板。

栏杆立柱设计为Φ50×3mm 钢管，间距不超过100cm ；扶手采用Φ50×3mm 钢管，距离面板120cm ；中间横杆为Φ50×3mm 钢管，横杆与扶手间距44.5cm ，中间横杆间距44.5cm ，最底层横杆距离面板20cm 。

结构及尺寸如图1-1所示。

970
1000
970
857
800
标准段平面图
1200
970
1000
970
300445
445标准段立面图
857
800
1200
300
445445标准段断面图
图1-1 人行通道及操作平台结构图
2 编制依据
1.《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012
2. 《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153-2008
3.《公路钢结构桥梁设计规范》JTG D64-2015 5.《公路工程施工安全技术规范》JTG F90-2015； 6. 《固定式钢梯及平台安全要求》GB4053.3 2009； 7.《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）；
3 计算说明
本计算书对顶推拼装平台、临时墩、南金线桥面板滑移支架的人员通道、操作平台在温州瓯江北口大桥BKTJ-02项目北引桥钢混组合梁顶推施工过程的使用工况进行了分析、计算，施工时间段目前按照2018.08~2020.08考虑，施工荷载仅考虑人行荷载，本次计算结构重要性系数取用γ0=1。

3.1 工况分析
人行通道及护栏均只考虑使用工况，参照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)取用荷载。

效果图
3.2荷载分析
荷载取值参照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)取人行通道均布荷载3.5kN/m2。

3.2.1恒载
恒载考虑结构自重，标准段长3m，重量209kg（含护栏），折算到单支角钢上线荷载为0.35kN/m，电算复核时软件自动计算。

3.2.2活载
活载为人群荷载，参照标准取用3.5kN/m2。

3.2.3荷载分项系数
参照《钢结构设计规范》，承载能力验算时恒载分项系数取用1.2，活载分项系数取用1.4；挠度验算时分项系数皆为1.0。

3.2.4荷载组合
承载能力验算时荷载组合为1.2恒+1.4活；挠度验算时荷载组合为1.0恒+1.4活。

3.2.5材料特性
1）960×768×4mm钢板
计算宽度lx=960mm，计算跨度ly=768mm，为截面上下对称结构，截面面积 A = 3840 mm2，自重 W = 0.295 kN/m，面积矩 S = 1920 mm3，抗弯惯性矩 I = 5120 mm4，抗弯模量 W = 2560 mm3，塑性发展系数γ = 1.20；材质Q235，抗拉、压、弯强度设计值 f =215
= 125 MPa。

MPa，抗剪强度设计值 f
v
2） 110×70×6mm不等肢角钢
为截面上下不对称结构，截面面积 A = 1064 mm2，自重 W = 0.082 kN/m，面积矩 S = 16740 mm3，抗弯惯性矩 I = 1333700 mm4，抗弯模量 W = 17854(上边缘) / 37782(下边缘) mm3，塑性发展系数γ = 1.20(上边缘) / 1.05(下边缘)；材质Q235，抗拉、压、弯强度设计值 f = 215 MPa，抗剪强度设计值 fv = 125 MPa。

3） 50×5mm角钢
截面面积 A=480.3 mm2，x轴方向回转半径 ix=9.818 mm，y轴方向回转半径
iy=19.246 mm；材质Q235，抗拉、压、弯强度设计值 f = 215 MPa，抗剪强度设计值 fv = 125 MPa。

4）Φ50×3mm钢管
为截面上下对称结构，截面面积 A = 443 mm2，自重 W = 0.034 kN/m，面积矩 S = 3318 mm3，抗弯惯性矩 I = 122812 mm4，抗弯模量 W = 4912 mm3，塑性发展系数γ = 1.15；
= 125 MPa。

材质Q235，抗拉、压、弯强度设计值 f = 215 MPa，抗剪强度设计值 f
v
5）Φ30×3mm钢管
截面面积 A = 254.5 mm2，自重 W = 0.020 kN/m ，面积矩 S = 1098 mm3，抗弯惯性矩 I = 23475 mm4，抗弯模量 W = 1565 mm3，塑性发展系数γ = 1.15；材质Q235，
= 125 MPa。

抗拉、压、弯强度设计值 f = 215 MPa，抗剪强度设计值 f
v
6） I12.6工字钢
截面面积 A= 1810 mm2，x轴方向回转半径 ix= 51.9 mm，Wx=77.4cm3, Sx=44.2 cm3，t=5mm，y轴方向回转半径iy= 16.1 mm；材质Q235，抗拉、压、弯强度设计值 f = 215 MPa，抗剪强度设计值 fv = 125 MPa。

7） I25a工字钢
截面面积 A= 4850 ，x轴方向回转半径 ix= 101.8 mm，Wx=401.4cm3,Sx=230.7 cm3，t=8mm，y轴方向回转半径iy= 24 mm；材质Q235，抗拉、压、弯强度设计值 f = 215 MPa，抗剪强度设计值 fv = 125 MPa。

8）Φ273×6mm钢管
截面面积 A = 5442 mm2，自重 W = 0.42 kN/m ，面积矩 S = 230868 mm3，抗弯惯性矩 I = 4.8×107mm4，抗弯模量 W = 354150 mm3，塑性发展系数γ = 1.15；材质Q235，
= 125 MPa。

抗拉、压、弯强度设计值 f = 215 MPa，抗剪强度设计值 f
v
4定型通道支架计算
4.1960mm×768mm×4mm钢板
正常使用状态下钢板承受自重恒载及人行活载，简化为支撑于角钢上两边简支板计算，进一步可用简支梁计算来替代，计算跨度768mm，宽度960mm，计算简图如图4.1-1所示：
a 总体结构信息
b 活荷载为满布均布荷载3.36kN/m
图 4.1-1 960×768×4mm计算简图
采用MSteel结构工具箱辅助手算，计算弯矩图、剪力图如图4.1-2所示：
a （1.20恒+1.40活）弯矩图
b （1.20恒+1.40活）剪力图
图4.2-2 （1.20恒+1.40活）弯矩图及剪力图
最大剪应力τ = Vmax * S / I / tw
= 1.97 * 1920 / 5120 / 960.0 * 1000
= 0.8 MPa ≤ fv = 110 MPa
最大正应力σ = Mmax / γ / W
= 0.38 / 1.20 / 2560 * 1e6
= 123.1 MPa ≤ f = 190 MPa
整体稳定系数φb = 0.80
最大压应力σ = Mmax / φb / W
= 0.38 / 0.80 / 2560 * 1e6
= 184.7 MPa ≤ f = 190 MPa
满足使用要求。

4.2110mm×70mm×6mm不等肢角钢
角钢承受钢板传递的荷载并将荷载传递到三角支架上，角钢承受整个结构自重自重荷载0.35kN/m及钢板传递的人行活载1.360 kN/m，三角支架最大间距3.2m，以最不利简支状态计算，计算简图如下：
a 总体结构信息
b 恒荷载为满布均布荷载0.35kN/m
c 活荷载为满布均布荷载1.36kN/m
图 4.2-1 110×70×6mm不等肢角钢计算简图
采用MSteel结构工具箱辅助手算，计算弯矩图、剪力图如图4.2-2所示：
a （1.20恒+1.40活）弯矩图
b （1.20恒+1.40活）剪力图
图4.2-2 （1.20恒+1.40活）弯矩图及剪力图
最大剪应力τ = Vmax * S / I / tw
= 3.72 * 16740 / 1333700 / 6.0 * 1000
= 7.8 MPa ≤ fv = 125 MPa
上边缘最大正应力σ上 = Mmax / γ上 / W上
= 2.97 / 1.20 / 17854 * 1e6
= 138.8 MPa ≤ f = 215 MPa
下边缘最大正应力σ下 = Mmax / γ下 / W下
= 2.97 / 1.05 / 37782 * 1e6
= 75.0 MPa ≤ f = 215 MPa
整体稳定系数φb = 0.80，
最大压应力σ = Mmax / φb / W
= 2.97 / 0.80 / 17854 * 1e6
= 208.3 MPa ≤ f = 215 MPa
满足使用要求
计算反力（传递到三角支架上荷载）如图4.2-3所示：
b 活载工况
图4.2-3 支反力计算结果示意图
4.3 三角支架计算
三角支架除承受自重荷载外还承受角钢传递的结构自重荷载1.2kN ，活载人行荷载4.4kN 。

简化为三角桁架计算，计算简图如图4.3-1所示：
P=3.8kN
图4.3-1 三角支架计算简图
通过静力分析可求得各杆件最大内力如图4.3.2所示：
图4.3.2 三角支架内力示意图
各杆件都采用50×5mm角钢焊接，验算N3杆件即可。

绕X轴计算长度为 1.27 m，绕X轴长细比为 129.351，绕X轴截面为b类截面；绕Y轴计算长度为 1.27 m，绕Y轴换算长细比为 74.683 (按照GB 50017--2003 第41页计算)，绕Y轴截面为b类截面。

按 GB 50017--2003 第132页注1 计算，算得绕X轴受压稳定系数φx = 0.390，算得绕Y轴受压稳定系数φy = 0.722。

轴压力 N = 5.37 kN
由最大板厚 5 mm 得截面抗拉抗压抗弯强度设计值 f = 215 MPa
计算得强度应力为 N/A = 11.181 MPa ≤ f =215MPa
计算得绕X轴稳定应力为 N/φxA = 28.633 MPa ≤ f =215MPa
计算得绕Y轴稳定应力为 N/φyA = 15.486 MPa ≤ f=215MPa
三角支架各构件满足使用要求。

4.4扶手及立柱计算
参照GB4053.3 2009 《固定式钢梯及平台安全要求》第3部分：工业防护栏杆及钢平台的相关要求进行验算扶手及立柱。

扶手焊接固定于立柱上，立柱标准（最大）间距1m，扶手可简化为支撑于立柱上的三跨连续梁。

计算简图如图4.4-1所示：
a 总体结构信息
b 活荷载为距左端1.50m集中力荷载0.89kN
c 活荷载为满布均布荷载0.7kN/m
图 4.4-1 110×70×6mm不等肢角钢计算简图
水平荷载作用下计算结果如图4.4-2所示：
a 集中力作用下弯矩图
b 集中力作用下剪力图
c 集中力作用下挠度图
d 均布荷载作用下弯矩图
e 均布荷载作用下剪力图
f 均布荷载作用下挠度图
图 4.4-2水平荷载下扶手计算结果示意图集中力荷载作用下扶手应力计算如下：
最大剪应力τ = Vmax * S / I / tw
= 0.65 * 3318 / 122812 / 6.0 * 1000 = 2.9 MPa ≤ fv = 125 MPa
最大正应力σ = Mmax / γ / W
= 0.22 / 1.15 / 4912 * 1e6
= 38.8 MPa ≤ f = 215 MPa
闭合截面，整体稳定系数φb = 1.0
最大压应力σ = Mmax / φb / W
= 0.22 / 1.00 / 4912 * 1e6
= 44.6 MPa ≤ f = 215 MPa
均布荷载作用下扶手应力计算结果如下：
最大剪应力τ = Vmax * S / I / tw
= 0.62 * 3318 / 122812 / 6.0 * 1000
= 2.8 MPa ≤ fv = 125 MPa
最大正应力σ = Mmax / γ / W
= 0.10 / 1.15 / 4912 * 1e6
= 18.2 MPa ≤ f = 215 MPa
闭合截面，整体稳定系数φb = 1.0
最大压应力σ = Mmax / φb / W
= 0.10 / 1.00 / 4912 * 1e6
= 20.9 MPa ≤ f = 215 MPa
扶手结构受力满足使用要求；扶手相邻柱间最大挠度0.4mm，对应挠跨比1/2475小于规范要求的1/250，满足相关要求。

支反力计算结果如图4.4-3所示：
a 集中力作用下扶手反力图（单位：N）
b 均布荷载作用下扶手反力图（单位：N）
图4.4-3 扶手反力计算示意图
由支反力计算结果可以看出，扶手传递到立柱上的荷载均未达到890N，立柱采用890N 荷载进行验算。

立柱可以简化为铰接支撑于下部20cm长钢管内的钢管，计算简图如图4.4-4所示所
示：
a 总体信息
b 活荷载为最右端集中力荷载0.89kN
图4.4-4 立柱计算简图
采用MSteel结构工具箱辅助手算，计算结果如图4.4-5所示：
a 活载作用下弯矩图
b 活载作用下剪力图
c 活载作用下挠度图
d 活载作用下反力图
图4.4-5 立柱计算结果示意图
最大剪应力τ = V
max * S / I / t
w
= 4.45 * 3318 / 122812 / 6.0 * 1000 = 20.0 MPa ≤ f
v
= 125 MPa
最大正应力σ = M
max
/ γ / W
= 0.89 / 1.15 / 4912 * 1e6
= 157.5 MPa ≤ f = 215 MPa
闭合截面，整体稳定系数φ
b
= 1.0
最大压应力σ = M
max / φ
b
/ W
= 0.89 / 1.00 / 4912 * 1e6
= 181.2 MPa ≤ f = 215 MPa
扶手及立柱满足使用受力要求。

4.5中间栏杆计算
参照GB4053.3 2009 《固定式钢梯及平台安全要求》第3部分：工业防护栏杆及钢平台的相关要求进行验算中间栏杆。

中间栏杆焊接固定于立柱上，立柱标准（最大）间距1m，扶手可简化为支撑于立柱上的简支梁。

计算简图如图4.4-1所示：
a 结构信息
b 活载为作用于跨中的集中力700N
图4.5-1 中间栏杆计算简图
采用MSteel结构工具箱辅助手算，计算结果如图4.5-2所示：
a 活载作用下弯矩图
b 活载作用下剪力图
c 活载作用下挠度图
图4.5-2 中间栏杆计算结果示意图
最大剪应力τ = V
max * S / I / t
w
= 0.35 * 1098 / 23475 / 6.0 * 1000 = 2.7 MPa ≤ f
v
= 125 MPa
最大正应力σ = M
max
/ γ / W
= 0.17 / 1.15 / 1565 * 1e6
= 97.2 MPa ≤ f = 215 MPa
闭合截面，整体稳定系数φ
b
= 1.0
最大压应力σ = M
max / φ
b
/ W
= 0.17 / 1.00 / 1565 * 1e6
= 111.8 MPa ≤ f = 215 MPa
中间栏杆受力满足使用要求；最大挠度3.0mm小于75mm，满足规范要求。

4.6焊缝计算
立柱固定于套筒内，套筒与角钢采用角焊缝，焊缝高不小于3mm，焊缝示意图如图4.6-1所示：
图4.6-1 焊缝结构示意图
立柱顶部最大荷载为水平集中力荷载890N，可等效为焊接区域承受890N水平拉力叠加890N×1.145m=1.02kN.m弯矩，焊缝区域高度110mm，考虑到引息弧的不利影响，焊缝长度取用90mm计算。

焊缝截面数据为截面积A=25mm×90mm=2250mm2，抗弯截面模量W=25×902/6mm3=33750mm3。

焊缝
焊缝强度满足使用要求。

4.7固定螺栓计算
三角架采用M10螺栓固定，当固定物是钢结构时也可以采用不低于套筒与角钢的焊缝规格焊接固定。

当采用螺栓固定时，共设计3组6个螺栓；计算时只选取上下4个螺栓进行计算，中部两个螺栓作为安全储备。

两组螺栓分别对应三角架的两个顶点，左右各一个螺栓。

根据上面计算可知，最上面一组螺栓承受3.8kN的剪力与3.8kN的拉力，最下面一组螺栓承受3.8kN的剪力与3.8kN的压力，验算最上面一组螺栓即可。

参照《路桥施工计算手册》第12章相关内容进行计算。

R N =N/2=1.9kN R
Q
=N/2=1.9kN
螺栓设置满足使用要求。

4.8电算复核
4.8.1建模说明
采用Midas civil 2017 Web验证版进行电算复核，考虑到模型处理难度，复核面板、110mm×70mm×6mm不等肢角钢及加劲钢板时将栏杆及三角架去除，以荷载及支撑的模式体现，面板采用板单元模拟，角钢及加劲采用梁单元模拟。

复核栏杆时仅建立栏杆模型，采用梁单元模拟，假定栏杆固结于连接钢管上。

三角架受力时以所有构件建立模型，三角架采用桁架单元模拟。

模型结构如图5.1-1所示。

a 面板、110mm×70mm×6mm不等肢角钢及加劲模型结构
b 栏杆模型结构
c 总体结构信息模型
图 4.8-1 模型结构示意图
4.8.2面板、110mm×70mm×6mm不等肢角钢及加劲
图4.8-2 面板有效应力图由图5.2.1-1可看出面板最大拉压应力121.1MPa。

a 110mm×70mm×6mm不等肢角钢上缘压应力图
b 110mm×70mm×6mm不等肢角钢下缘拉应力图
图4.8-3 110mm×70mm×6mm不等肢角钢应力图由图5.2.1-2可看出不等肢角钢上缘最大压应力75.7MPa，下缘最大拉应力156.4MPa。

图4.8-3 加劲应力图
由图5.2.1-3可看出加劲最大拉压应力为171.4MPa。

4.8.3栏杆
图4.8-4 立柱700N集中力作用下应力图
a 扶手700N/m均布荷载下应力图
b 扶手700N/m均布荷载下变形图
图4.8-5 扶手700N/m均布荷载下计算结果
由图5.2.2-2可知扶手在700N/m均布荷载作用下最大应力123.7MPa，变形最大8mm
（立柱变形为主），相邻立柱间变形约2mm。

a 扶手890N集中力作用下应力图
b 扶手890N集中力作用下变形图
图4.8-6 扶手890N集中力作用下计算结果
由图5.2.2-3可知在扶手890N集中力作用下最大应力为176.6MPa，最大变形12mm，相邻立柱间最大变形约2mm。

a 中间栏杆700N集中力作用下应力图
b 中间栏杆700N集中力作用下变形图
图4.8-7 中间栏杆700N集中力作用下计算结果
由图5.2.2-4可知中间栏杆在700N集中力作用下最大应力88.4MPa，绝对变形值2.4mm，相邻立柱间相对变形值1.5mm。

4.8.4三角架
图4.8-8 三角架在3.5kN/m2人群荷载作用下应力图
由图5.2.3-1可知三角架在3.5kN/m2人群荷载作用下最大应力20.8MPa。

4.9结论
统计主要构件的最大应力情况如表6-1所示：
表6-1 主要构件的最大应力统计一览表
构件名称最大应力MPa 材料设计值MPa 应力比手算与电算的相对差（%）
4mm厚面板手算184.7 215 0.86
34 电算121.1 215 0.56
不等肢角钢手算208.3 215 0.97
25 电算156.4 215 0.73
钢管立柱手算181.2 215 0.84
3 电算176.6 215 0.82
中间栏杆手算111.8 215 0.52
21 电算88.4 215 0.41
三角架手算28.6 215 0.13
27 电算20.8 215 0.10
由表6-1主要构件的最大应力统计一览表可以看出，手算与电算结果除钢管立柱外
差值均达到20以上，究其原因是在手算时采用简化模式，未考虑结构整体对应力分布的影响。

而钢管立柱受力计算时荷载、结构相对简单，故结果接近。

从结算结果来看，人行通道各构件满足使用受力要求，采用3组6个M10螺栓锚固能够满足锚固要求。

建议：
1、加强构件制作质量检查，尤其是套管与不等肢角钢的焊接质量检查，确保焊接满足设计要求；
2、三角架固定于混凝土构件时可采用符合设计规格要求的膨胀螺栓；固定于钢构件时可通过增加短槽钢或钢板焊接于钢构件上，拆除时割除增加的短槽钢或钢板即可，保证三角架可以周转利用；
3、使用长度超过标准段时，在保障立柱、三角架不大于标准段的条件下可做成任意长度；当遇到直角转弯时，需要调整栏杆长度，但立柱间距必须不大于标准段立柱间距。

4、也可以采用满足承载要求的钢丝网替代面板，周转使用时防腐设计请根据使用环境、使用时间另行专项设计。

5现场临时通道计算
因上面已经对定型支架及钢板进行计算故此部分不做重复计算。

5.1N37-N36顶推施工平台计算
5.1.1I25a分配梁计算
定型通道支架因空间有限，可能存在人员满载情况，而现场临时通道因施工空间较大，且高空作业存在人员限制，故考虑人群荷载取用1.0kN/m2。

I25a分配梁按顺桥向1m 间距布设在平联管上，最大间距9.6m，均布荷载1.4×1+1.2×0.35=1.82KN/m。

图5.1.1-1 计算简图
图5.1.1-2 弯矩图
图5.1.1-3 剪力图
抗弯强度：[]6max max 5
20.621051.42154.0110
M Mpa Mpa W σσ⨯===<=⨯，合格； 抗剪强度：3max max
78.6610230700 4.99[]1255108
x F S MPa MPa It ττ⨯⨯===<=⨯⨯，合格；
5.1.2 φ273×6mm 验算
定型通道支架因空间有限，可能存在人员满载情况，而现场临时通道因施工空间较大，且高空作业存在人员限制，故考虑人群荷载取用1.0kN/m 2。

支架取平联跨度最大7m 处进行验算，其上有7根I25a 分配梁，单根分配梁作用力由以上可得6.89KN 。

图5.1.2-1 计算简图
图5.1.2-2 弯矩图
图5.1.2-3 剪力图
抗剪强度：τ = Vmax * S / I / tw
= 24.12 × 230868 / 4.8×107 / 6.0 * 1000 = 19.3 MPa ≤ fv = 125 MPa 抗弯强度：σ = Mmax / γ / W
= 42.2 / 1.15 / 354150×106 = 103 MPa ≤ f = 215 MPa
5.2 临时顶推墩施工平台计算
5.2.1 I12.6分配梁计算
I12.6分配梁按顺桥向75cm 间距布设在平联管上，最大间距4.8m ，均布荷载取值（1.4×1+1.2×0.35）×0.75=1.4KN/m 。

图5.2.1-1 计算简图
图5.2.1-2 弯矩图
图5.2.1-3 剪力图
抗剪强度：3max max
71.751044200 1.9[]1250.5108
x F S MPa MPa It ττ⨯⨯===<=⨯⨯抗弯强度：
[]6
max max
5
0.71090.42150.77410
M Mpa Mpa W σσ⨯===<=⨯，合格； ，合格；
5.2.2 φ273×6mm 验算
取平联跨度最大9.6m 处进行验算，其上有13根I25a 分配梁，单根分配梁作用力由上可得3.15KN 。

其上线荷载为4.3KN/m 。

图5.2.2-1 计算简图
图5.2.2-2 弯矩图
图5.2.2-3 剪力图
抗剪强度：τ = Vmax * S / I / tw
= 20.64 × 230868 / 4.8×107 / 6.0 * 1000 = 16.5 MPa ≤ fv = 125 MPa
抗弯强度：σ = Mmax / γ / W
= 49.54 / 1.15 / 354150×106
= 121.6 MPa ≤ f = 215 MPa。