刘君梅　刘玉

摘 要：文章采用空间有限元方法，结合具体工程对钢结构天桥各节点的受力特性做了研究分析和计算。分析结果表明：钢结构天桥在承载能力极限状态和正常使用极限状态下均满足规范要求。可供同类桥梁的设计分析参考。

关键词：有限元；钢结构天桥；受力分析

1 工程概况

某新建建筑22楼要修筑连接通道通往已建成的平台广场，且要尽量减小已建建筑平台的受力，故考虑连接通道形式为斜拉式钢结构天桥。钢结构天桥主梁采用2条直线型H型钢，中间由横隔板连接，在H型钢外侧分别匀分布四根斜拉索，拉索锚固在24楼顶剪力墙内，具体形式和尺寸如下图所示：

图1 钢结构天桥布置图

2 有限元计算模型

2.1 主要材料和计算参数。钢材强度设计值均按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）取值。拉索的破断拉力则根据《一般用途钢丝绳》（GBT20118-2006）计算取值。

计算参数：（1）永久作用的一期恒载：按照实际结构尺寸考虑。二期恒载：双侧栏杆（15kN/m）+4cm钢筋混凝土铺装（3.8kN/m）+2cm花岗岩面层（1.9kN/m）+6mm钢板（1.872kN/m）=23kN/m。（2）可变作用人群荷载：整体计算时采用集度值为3.5kN/m2。（3）荷载组合根据建筑结构荷载规范（GB5009-2012）进行荷载组合，按最不利组合进行计算。

2.2 结构计算方式。桥梁纵向计算采用按梁单元和桁架单元建模计算，根据实际施工过程及使用过程的最不利状况，进行荷载组合，求得结构最不利状态下的应力和位移，并需求出在正常使用阶段钢结构天桥的自振频率，按规范中所规定的各项容许指标，验算桥梁是否满足要求。

2.3 有限元计算模型。根据高层建筑中钢结构天桥的结构形式，将斜拉索模拟成只受拉不受压的桁架单元，主梁和次梁分别用梁单元模拟，桥面、栏杆等简化为荷载，用有限元软件midas /civil建模，具体形式可见以下模型：

图2 钢结构天桥计算模型

3 结构分析结果描述

3.1 主梁与次梁计算结果。根据有限元模型，计算可知，主梁最大压应力56.2MPa，次梁最大拉应力为8.7MPa。在承载能力极限状态下，通过组合计算，最大压应力93.9MPa，次梁最大拉应力为30.6MPa，符合规范要求。

3.2 拉索计算结果。索单元的最大内力为255.4kN。本桥设计采公称抗拉强度为1960MPa，为6×19S+IWR型号钢芯钢丝绳，通过查表可知，钢丝绳最小破断拉力为904kN。

安全系数K=904/255.4=3.54>3

由此可知，该钢丝绳满足需求。

图3 钢结构天桥应力图（MPa） 图4 桁架单元内力图（kN）

3.3 锚固区计算结果。锚固区主要分为上、下锚点，上锚点为拉索锚点，下锚点为主梁与屋面梁相接的锚点。根据受力可知，上锚点受拉、下锚点受压，而受拉锚点最危险。故上锚点，根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）进行锚固区受力计算，计算所需锚筋为8025.9mm2，实际配筋面积为9818 mm2，满足规范要求。下锚点则根据构造配筋即可。

3.4 挠度计算结果

图5 [VT]作用下挠度（单位：mm） 图6 [VQ]作用下挠度（单位：mm）

由此可知，主梁正常使用极限状态下，22楼连接桥主梁在[VT]作用下，最大挠度为108mm-预拱度40mm=68mm<2l/400=115mm，满足钢结构规范要求； 22楼连接桥主梁在[VQ]作用下，最大挠度为39mm<2l/500=92mm，满足钢结构规范要求。

3.5 模态计算结果

图7 钢结构天桥一阶模态

对高层建筑上钢结构连接桥进行有限元模态分析，质量源选取为所有恒载，通过计算可知：钢结构一阶自振频率为3.02Hz满足规范规定大于3Hz要求。桥梁使用性能满足要求。

4 结语

通过计算分析可知，该高层建筑中的钢结构天桥在承载能力极限状态和正常使用极限状态下均满足规范要求。可供同类桥梁的设计分析参考。

参考文献

[1] GB50017-2003.钢结构设计规范.

[2] GB50010-2010.混凝土结构设计规范.

[3] GB50009-2012.建筑结构荷载规范.

摘 要：文章采用空间有限元方法，结合具体工程对钢结构天桥各节点的受力特性做了研究分析和计算。分析结果表明：钢结构天桥在承载能力极限状态和正常使用极限状态下均满足规范要求。可供同类桥梁的设计分析参考。

关键词：有限元；钢结构天桥；受力分析

1 工程概况

某新建建筑22楼要修筑连接通道通往已建成的平台广场，且要尽量减小已建建筑平台的受力，故考虑连接通道形式为斜拉式钢结构天桥。钢结构天桥主梁采用2条直线型H型钢，中间由横隔板连接，在H型钢外侧分别匀分布四根斜拉索，拉索锚固在24楼顶剪力墙内，具体形式和尺寸如下图所示：

图1 钢结构天桥布置图

2 有限元计算模型

2.1 主要材料和计算参数。钢材强度设计值均按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）取值。拉索的破断拉力则根据《一般用途钢丝绳》（GBT20118-2006）计算取值。

计算参数：（1）永久作用的一期恒载：按照实际结构尺寸考虑。二期恒载：双侧栏杆（15kN/m）+4cm钢筋混凝土铺装（3.8kN/m）+2cm花岗岩面层（1.9kN/m）+6mm钢板（1.872kN/m）=23kN/m。（2）可变作用人群荷载：整体计算时采用集度值为3.5kN/m2。（3）荷载组合根据建筑结构荷载规范（GB5009-2012）进行荷载组合，按最不利组合进行计算。

2.2 结构计算方式。桥梁纵向计算采用按梁单元和桁架单元建模计算，根据实际施工过程及使用过程的最不利状况，进行荷载组合，求得结构最不利状态下的应力和位移，并需求出在正常使用阶段钢结构天桥的自振频率，按规范中所规定的各项容许指标，验算桥梁是否满足要求。

2.3 有限元计算模型。根据高层建筑中钢结构天桥的结构形式，将斜拉索模拟成只受拉不受压的桁架单元，主梁和次梁分别用梁单元模拟，桥面、栏杆等简化为荷载，用有限元软件midas /civil建模，具体形式可见以下模型：

图2 钢结构天桥计算模型

3 结构分析结果描述

3.1 主梁与次梁计算结果。根据有限元模型，计算可知，主梁最大压应力56.2MPa，次梁最大拉应力为8.7MPa。在承载能力极限状态下，通过组合计算，最大压应力93.9MPa，次梁最大拉应力为30.6MPa，符合规范要求。

3.2 拉索计算结果。索单元的最大内力为255.4kN。本桥设计采公称抗拉强度为1960MPa，为6×19S+IWR型号钢芯钢丝绳，通过查表可知，钢丝绳最小破断拉力为904kN。

安全系数K=904/255.4=3.54>3

由此可知，该钢丝绳满足需求。

图3 钢结构天桥应力图（MPa） 图4 桁架单元内力图（kN）

3.3 锚固区计算结果。锚固区主要分为上、下锚点，上锚点为拉索锚点，下锚点为主梁与屋面梁相接的锚点。根据受力可知，上锚点受拉、下锚点受压，而受拉锚点最危险。故上锚点，根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）进行锚固区受力计算，计算所需锚筋为8025.9mm2，实际配筋面积为9818 mm2，满足规范要求。下锚点则根据构造配筋即可。

3.4 挠度计算结果

图5 [VT]作用下挠度（单位：mm） 图6 [VQ]作用下挠度（单位：mm）

由此可知，主梁正常使用极限状态下，22楼连接桥主梁在[VT]作用下，最大挠度为108mm-预拱度40mm=68mm<2l/400=115mm，满足钢结构规范要求； 22楼连接桥主梁在[VQ]作用下，最大挠度为39mm<2l/500=92mm，满足钢结构规范要求。

3.5 模态计算结果

图7 钢结构天桥一阶模态

对高层建筑上钢结构连接桥进行有限元模态分析，质量源选取为所有恒载，通过计算可知：钢结构一阶自振频率为3.02Hz满足规范规定大于3Hz要求。桥梁使用性能满足要求。

4 结语

通过计算分析可知，该高层建筑中的钢结构天桥在承载能力极限状态和正常使用极限状态下均满足规范要求。可供同类桥梁的设计分析参考。

参考文献

[1] GB50017-2003.钢结构设计规范.

[2] GB50010-2010.混凝土结构设计规范.

[3] GB50009-2012.建筑结构荷载规范.

摘 要：文章采用空间有限元方法，结合具体工程对钢结构天桥各节点的受力特性做了研究分析和计算。分析结果表明：钢结构天桥在承载能力极限状态和正常使用极限状态下均满足规范要求。可供同类桥梁的设计分析参考。

关键词：有限元；钢结构天桥；受力分析

1 工程概况

某新建建筑22楼要修筑连接通道通往已建成的平台广场，且要尽量减小已建建筑平台的受力，故考虑连接通道形式为斜拉式钢结构天桥。钢结构天桥主梁采用2条直线型H型钢，中间由横隔板连接，在H型钢外侧分别匀分布四根斜拉索，拉索锚固在24楼顶剪力墙内，具体形式和尺寸如下图所示：

图1 钢结构天桥布置图

2 有限元计算模型

2.1 主要材料和计算参数。钢材强度设计值均按《钢结构设计规范》（GB50017-2003）取值。拉索的破断拉力则根据《一般用途钢丝绳》（GBT20118-2006）计算取值。

计算参数：（1）永久作用的一期恒载：按照实际结构尺寸考虑。二期恒载：双侧栏杆（15kN/m）+4cm钢筋混凝土铺装（3.8kN/m）+2cm花岗岩面层（1.9kN/m）+6mm钢板（1.872kN/m）=23kN/m。（2）可变作用人群荷载：整体计算时采用集度值为3.5kN/m2。（3）荷载组合根据建筑结构荷载规范（GB5009-2012）进行荷载组合，按最不利组合进行计算。

2.2 结构计算方式。桥梁纵向计算采用按梁单元和桁架单元建模计算，根据实际施工过程及使用过程的最不利状况，进行荷载组合，求得结构最不利状态下的应力和位移，并需求出在正常使用阶段钢结构天桥的自振频率，按规范中所规定的各项容许指标，验算桥梁是否满足要求。

2.3 有限元计算模型。根据高层建筑中钢结构天桥的结构形式，将斜拉索模拟成只受拉不受压的桁架单元，主梁和次梁分别用梁单元模拟，桥面、栏杆等简化为荷载，用有限元软件midas /civil建模，具体形式可见以下模型：

图2 钢结构天桥计算模型

3 结构分析结果描述

3.1 主梁与次梁计算结果。根据有限元模型，计算可知，主梁最大压应力56.2MPa，次梁最大拉应力为8.7MPa。在承载能力极限状态下，通过组合计算，最大压应力93.9MPa，次梁最大拉应力为30.6MPa，符合规范要求。

3.2 拉索计算结果。索单元的最大内力为255.4kN。本桥设计采公称抗拉强度为1960MPa，为6×19S+IWR型号钢芯钢丝绳，通过查表可知，钢丝绳最小破断拉力为904kN。

安全系数K=904/255.4=3.54>3

由此可知，该钢丝绳满足需求。

图3 钢结构天桥应力图（MPa） 图4 桁架单元内力图（kN）

3.3 锚固区计算结果。锚固区主要分为上、下锚点，上锚点为拉索锚点，下锚点为主梁与屋面梁相接的锚点。根据受力可知，上锚点受拉、下锚点受压，而受拉锚点最危险。故上锚点，根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）进行锚固区受力计算，计算所需锚筋为8025.9mm2，实际配筋面积为9818 mm2，满足规范要求。下锚点则根据构造配筋即可。

3.4 挠度计算结果

图5 [VT]作用下挠度（单位：mm） 图6 [VQ]作用下挠度（单位：mm）

由此可知，主梁正常使用极限状态下，22楼连接桥主梁在[VT]作用下，最大挠度为108mm-预拱度40mm=68mm<2l/400=115mm，满足钢结构规范要求； 22楼连接桥主梁在[VQ]作用下，最大挠度为39mm<2l/500=92mm，满足钢结构规范要求。

3.5 模态计算结果

图7 钢结构天桥一阶模态

对高层建筑上钢结构连接桥进行有限元模态分析，质量源选取为所有恒载，通过计算可知：钢结构一阶自振频率为3.02Hz满足规范规定大于3Hz要求。桥梁使用性能满足要求。

4 结语

通过计算分析可知，该高层建筑中的钢结构天桥在承载能力极限状态和正常使用极限状态下均满足规范要求。可供同类桥梁的设计分析参考。

参考文献

[1] GB50017-2003.钢结构设计规范.

[2] GB50010-2010.混凝土结构设计规范.

[3] GB50009-2012.建筑结构荷载规范.