馮皓辰 李曉東 王玉凱

摘要：基于某工程實例，應用SAP2000有限元軟件對人行天橋進行了四種荷載組合下的靜力分析，得到其內(nèi)力、最大豎向撓度及最大應力比值，發(fā)現(xiàn)得出的結果與現(xiàn)有的力學理論分析結果一致，并且均滿足規(guī)范要求，說明該結構模型的可行性及結構靜力分析初選截面尺寸的合理性。

關鍵詞：人行天橋 有限元 靜力分析

一、工程概況

某工程旅客跨線天橋，其抗震設防烈度為7度、設計基本地震加速度值為0.2g、設計地震分組為第一組、特征周期為0.40秒、屬于對抗震有利地段?；炷两Y構的環(huán)境類別地上為一類，外露構件二b類；地下為二b類。場地類別為II類、場地土的標準凍結深度為2.04米。設計采用的活荷載標準值為4.0kN/m2。主要結構材料中鋼材選用Q235B號鋼，混凝土強度等級選用C30，鋼筋采用HRB335、HPB235兩個等級。該天橋為單跨鋼箱梁橋，跨度為25.65m，箱梁尺寸為500×1250×25×16mm，橋面標高為9.300m。

二、有限元靜力分析

本結構采用SAP2000有限元軟件進行建模分析，正確建立結構的計算模型是準確分析結構靜、動力特性的前提條件，本文所研究的人行天橋跨度較大且結構較復雜，為了得到軟件可以簡便分析模型，在采用SAP2000建立結構的有限元模型時進行了如下假設：

1. 主梁與柱的連接、次梁與主梁的連接，可近似看作鉸接；在建立模型時，這兩處的連接采用鉸接，除此而外，結構其他連接部分均采用剛接。

2. 在分析橋梁上部結構的自振頻率時，結構中的一些次要構件，如結構兩邊的樓梯，梯柱等，對主橋動力分析結果影響很小，為使模型簡便，在建模時將其忽略，僅分析主橋與墩柱。

圖1 旅客跨線天橋SAP2000有限元模型

3.橋墩不僅支撐了橋梁上部結構，還承擔了梯柱的作用，因此，在對天橋進行整體分析時，不作第2條中的簡化，附屬結構在模型中予以考慮，這種建模方式能發(fā)揮混凝土樓梯及梯柱對整體結構剛度的貢獻作用。

4.忽略樓梯踏步的影響，模型中用混凝土板坡道模擬。，模型建立如圖1所示。按照 《城市人行天橋與人行地道技術規(guī)范》（CJJ69-95 ）[1]3.1.2條的規(guī)定，并參照《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）[2]4.1.6條的關于荷載分項系數(shù)的規(guī)定，選擇下列四種荷載組合：

組合I：1.1恒+0.80×1.4活=1.1恒+1.12活

組合IV：1.1恒+1kN/m2+1.0地震力

組合II：1.1恒+0.80×1.1風=1.1恒+0.88風

組合V ：1.0活

組合III：1.1恒+0.70×1.4活+0.70×1.1風=1.1恒+0.98活+0.77風

分別分析不同的荷載組合情況下的內(nèi)力，發(fā)現(xiàn)“組合I”對結構最不利，主梁的最大彎矩出現(xiàn)在跨中，Mmax= 3054kN.m；主梁的最大剪力出現(xiàn)在支座處，Vmax=363kN；柱的最大軸力出現(xiàn)在柱底，Nmax=596kN。所有桿件的應力比均小于1，說明結構的強度符合設計要求，最大的應力比出現(xiàn)在跨中，Rmax=0.530。天橋上部結構由人群荷載引起的最大豎向撓度為24.95mm

三、結論

本文以某工程旅客跨線天橋為例，對鐵路跨線天橋平面立面設計和結構選型中應注意的問題進行了總結；利用大型有限元分析軟件SAP2000對天橋結構進行了靜力分析，得到了人行天橋在最不利荷載組合作用下，結構的內(nèi)力、應力比，及在人群荷載作用下的豎向撓度，并與現(xiàn)行規(guī)范進行比較。主要結論有：

1.結構的靜力分析是模態(tài)分析和響應分析的基礎，在靜力分析滿足規(guī)范要求的基礎上，模態(tài)分析、響應分析及結構設計才有意義。

2.在最不利荷載作用下，彎矩最大值出現(xiàn)在跨中，Mmax= 3054kN.m；剪力最大值出現(xiàn)在支座處，Vmax=363kN；軸力最大值出現(xiàn)在柱底，Nmax=596kN；結構最大的應力比出現(xiàn)在跨中，Rmax=0.530，滿足強度要求。有限元分析軟件得出的最不利位置與現(xiàn)有的力學理論分析結果一致，印證了本文所建模型的正確性。因此，天橋的靜力分析是結構構件初步設計的重要步驟。

3.天橋在人群荷載作用下最大撓度出現(xiàn)在跨中，撓度值為24.95mm，是天橋跨度的1/1228，滿足文獻[1]2.5.2條的規(guī)定，說明結構靜力分析初選截面尺寸的合理性。

參考文獻：

[1]CJJ69-95， 城市人行天橋與人行地道技術規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1996.

[2]JTG D60-2004， 公路橋涵設計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[3]北京金土木軟件公司. SAP2000中文版使用指南[M].北京：人民交通出版社，2012.

[4]李廣義.“X形”鋼剛架人行天橋設計與動力性能研究[D].西安：長安大學，2012.