人行天桥四跨钢箱梁桥设计计算书.docx

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人行天桥四跨钢箱梁桥设计计算书

人行天桥四跨钢箱梁桥

设计计算书

2004年4月14日

箱梁各构件应力分析

对人行天桥用空间8节点薄壳单元进行模拟，结构计算的有限元整体模型和局部板件薄壳模型如图1所示，去除顶板后的局部节段模型图见图2所示：

图1人行天桥静力分析计算模型

图2人行天桥静力分析去除顶板后局部节段计算模型

计算荷载包括结构自重、二期恒载及栏杆、人群荷载。

薄壳单元部分的加劲梁按均布面荷载加载，人群荷载按照均不面荷载加以考虑。

加载图见图3：

图3人行天桥静力分析加载模型

计算结果

根据两种工况人群荷载的作用情况，分别考虑人群满布及人群隔跨布置两种情况。

计算结果如下：

根据两种工况的荷载作用情况得到两组应力计算结果，这里给出了板件在各种工况最大应力下的应力分布云图。

（1）顶板的应力

（a）顺桥向应力（kPa）

（b）横桥向应力（kPa）

（c）Mises应力（kPa）

（d）顺桥向应力（kPa）（局部放大）

（e）横桥向应力（kPa）（局部放大）

（f）Mises应力（kPa）（局部放大）

图4顶板应力分布图

由图4看出：

顶板在支座处应力较大，最大约-150MPa，其它部位的要小一些，大部分顶板的顺桥向压应力在－50MPa以下。

顶板的Mises应力大部分在50MPa以下，只有在支座附近的Mises应力较大，最大约160Mpa，高应力区域面积较小，应力集中。

（2）底板的应力

（a）顺桥向应力（kPa）

（b）横桥向应力（kPa）

（c）竖向应力（kPa）

（d）Mises应力（kPa）

（e）顺桥向应力（kPa）（局部放大）

（f）横桥向应力（kPa）（局部放大）

（g）竖向应力（kPa）（局部放大）

（h）Mises应力（kPa）（局部放大）

图5底板应力分布图

由图5看出：

底板在支座处应力较大，最大约-130MPa，其它部位的要小一些，大部分顶板的顺桥向压应力在－40MPa以下。

底板的Mises应力大部分在40MPa以下，只有在支座附近的Mises应力较大，最大约130Mpa，高应力区域面积较小，应力集中。

（3）腹板的应力

（a）顺桥向应力（kPa）

（b）竖向应力（kPa）

（c）Mises应力（kPa）

（d）顺桥向应力（局部放大）（kPa）

（e）竖向应力（局部放大）（kPa）

（f）Mises应力（局部放大）（kPa）

图6顶板U肋应力分布图

由图6看出：

腹板在支座处应力较大，最大约70MPa，其它部位的要小一些，大部分顶板的顺桥向压应力在30MPa以下。

腹板的Mises应力大部分在30MPa以下，只有在支座附近的Mises应力较大，最大约70Mpa。

（4）I肋应力

（a）顺桥向应力（kPa）

（b）竖向应力（kPa）

（c）Mises应力（kPa）

（d）顺桥向应力（局部放大）（kPa）

（e）竖向应力（局部放大）（kPa）

（f）Mises应力（局部放大）（kPa）

图7I肋应力分布图

由图7看出：

I肋在支座处应力较大，最大约75MPa，其它部位的要小一些，大部分顶板的顺桥向压应力在35MPa以下。

I肋的Mises应力大部分在40MPa以下，只有在支座附近的Mises应力较大，最大约75Mpa。

（5）横隔板的应力

（a）横桥向应力（kPa）

（b）竖桥向应力（kPa）

（c）Mises应力（kPa）

（d）横桥向应力（kPa）（局部放大）

（e）竖桥向应力（kPa）（局部放大）

（f）Mises应力（kPa）（局部放大）

图8横隔板应力分布图

由图8看出：

横隔板在支座处应力较大，最大约125MPa，其它部位的要小一些，大部分顶板的顺桥向压应力在70MPa以下。

横隔板的Mises应力大部分在75MPa以下，只有在支座附近的Mises应力较大，最大约125Mpa。

（6）支座处局部加强加劲肋应力

（a）顺桥向应力（kPa）

（b）横桥向应力（kPa）

（c）竖桥向应力（kPa）

（d）Mises应力（kPa）

（e）顺桥向应力（kPa）（局部放大）

（f）横桥向应力（kPa）（局部放大）

（g）竖桥向应力（kPa）（局部放大）

（h）Mises应力（kPa）（局部放大）

图9支座处局部加强加劲肋应力分布图

由图8看出：

支座处局部加强板件在支座处应力较大，最大约140MPa，其它部位的要小一些，大部分顶板的顺桥向压应力在50MPa以下。

支座处局部加强板件的Mises应力大部分在50MPa以下，只有在支座附近的Mises应力较大，最大约120Mpa。

（6）应力分析结论

对全桥进行全桥板壳模型进行分析，通过以上的应力结果分析可以看到，顶底板外其余部位的板件的应力，包括主应力及MISES应力皆远小于所选钢材Q345D的极限强度，小于280Mpa，在顶底板的局部位置，板件的应力可能达到160Mpa左右，但是高应力区域的面积非常小，属于应力集中现象。

因而应力分析的结果表明在正常使用荷载下该桥的各构件的应力满足设计要求。

箱梁整体受力分析

给分析主要包括人行天桥的刚度分析，支座反力分析及在模态分析。

对整体分析采用平面杆系进行。

杆系模型如图10所示，显示截面模型如图11所示：

图10人行天桥整体分析杆系计算模型

图11人行天桥整体分析杆系计算模型

支座反力汇总最大支座反力：

中墩最大支座反力为466.05KN，边墩最大支座反力为103.99KN，，3号墩最大支座反力为381.13KN。

2．刚度分析

在自重、二期横载及人群荷载作用下计算得到主梁的竖向位移如图12所示，

图12箱梁竖向位移图

的最大位移为-0.02727m。

满足要求。

2．模态分析

人群荷载的频率是在1.5～2.3HZ模态分析分析在人群荷载作用下结构发生共振的可能性，发生震动时，初始几阶频率的能量较大，因而结构的初始几阶频率应该落在1.5～2.3HZ之外，模态分析采用平面杆系进行分析，分析模型如图12所示：

图12人行天桥模态分析模型

分析显示结构的一阶频率为0.818，二阶频率比为1.188，三阶频率为1.605，四阶频率为2.12，五阶频率为2.84。

其中三四阶频率落在1.5～2.3HZ之内，一二阶小于1.5～2.3HZ其他阶频率阶大于1.5～2.3HZ，当人群荷载发生步伐统一时有可能激发三四阶频率的共振，但三四阶频率在整个能量分部中远小于一二阶频率。

因而结构安全。

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