毕业设计-人行天桥结构设计与有限元仿真分析

_______大学毕业设计（论文）人行天桥结构设计与有限元仿真分析

院系名称：xx学院

专业班级：xxxxxxxxxxxxxxxxx

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指导老师：xxxx 教授

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年月日

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作者签名：年月日

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摘要

随着改革开放的深化和经济的快速增长，城市道路日渐拥挤。为了改善城市交通状况，人行天桥应运而生。人行天桥作为城市步行空间的组成部分，不但在城市中发挥着缓解交通压力、疏散人流、为行人提供安全舒适的出行环境等重要作用，而且已经成为城市中一道亮丽的风景线，具有很高的观赏性。本文拟对武汉雄楚大道省出版城路段武汉理工大学理工一桥原址处进行人行天桥方案设计，提出三种可行的不同方案，利用Auto-CAD画出图纸，并利用计算机有限元软件对每种方案分别进行有限元仿真分析。综合考虑经济、安全、功能、美观等各方面因素，从三种方案中选出最佳方案。所得结果对改善雄楚大道车辆通行状况和武汉理工大学学生交通安全具有重要意义，并能成为雄楚大道上一道亮丽的风景线。

本文特色：理论联系实际，所得方案现实中完全可行。

关键词：人行天桥；方案设计；有限元仿真

Abstract

With the rapid growth of the economy and the deepening of reform and opening up , city roads increasingly become crowed . In order to improve urban traffic conditions, pedestrian bridges emerged.Footbridge pedestrian space as part of the city, not only plays an important role ,to ease traffic pressure, evacuation of people,to provide a safe and comfortable pedestrian travel envi- ronment in the city,but also has become a beautiful landscape in the city.It also have high ornamental.This paper intends to carried out a footbridge design at the site of Li Gong Yi Qiao in Wuhan University of Science and Technology Xiong Chu Avenue, and proposed three possible different schemes. Then , use Auto-CAD drawings to draw and use the computer finite element analysis separately for each program. Considering various factors including economic, safety, functionality, aesthetics and other factors to select the best solution from the three schemes.The results has great significance in improving vehicle traffic conditions in Xiong Chu Avenue and traffic safety of students in Wuhan University.And it can become a beautiful landscape in Xiong Chu Avenue.

This article features: combination of theory with practice,and the resulting solution is completely feasible in reality.

Keywords: footbridge; program design; finite element simulation

目录

第1章绪论 (1)

1.1研究的背景及意义 (1)

1.2国内研究现状 (1)

1.3发展趋势 (1)

1.4桥梁的几种主要分类 (2)

1.5钢结构桥梁的优势 (3)

1.6钢材的选择 (4)

1.7本章小结 (4)

2.1地形概况 (6)

2.2主要技术指标 (6)

2.3净高设计 (6)

2.3.1桥下净高 (6)

2.3.2桥面净高 (6)

2.4桥面净宽 (6)

2.5跨度设计 (7)

2.6钢材选择 (7)

2.7挠度允许值 (7)

2.8荷载 (7)

2.8.1天桥设计荷载分类 (7)

2.8.2人群荷载 (8)

2.9本章小结 (8)

3.1桁架桥的总体设计 (9)

3.2主桁的结构形式、基本尺寸及总体布置方案 (10)

3.2.1主桁结构形式 (10)

3.2.2主桁的基本尺寸 (11)

3.2.3桁架方案布置图 (12)

3.3主桁内力计算 (12)

3.3.1荷载 (12)

3.3.2杆件截面选择 (12)

3.4.1整体有限元模型 (14)

3.4.2桁架部分模型 (14)

3.4.3桥面布置图 (14)

3.4.4主桁布置图 (15)

3.4.5约束图 (15)

3.4.6荷载图 (15)

3.5分析结果 (16)

3.5.1挠度 (16)

3.5.2梁单元应力 (16)

3.5.3板单元应力 (17)

3.6本章小结 (17)

4.1钢箱梁的分类 (18)

4.2钢箱梁桥的构造 (18)

4.3钢箱梁的主要设计参数 (18)

4.3.1顶板和底板的厚度 (18)

4.3.2箱室数目 (19)

4.3.3梁高 (20)

4.3.4横隔板 (21)

4.3.5加劲肋设计 (22)

4.4方案设计 (22)

4.5有限元建模 (22)

4.5.1梁单元布置图 (22)

4.5.2边界布置 (23)

4.5.3荷载布置 (23)

4.6有限元分析结果 (24)

4.6.1挠度值 (24)

4.6.2梁单元应力 (24)

4.6.3板单元应力 (25)

4.6.3纵隔板应力 (25)

4.6.4横隔板应力 (26)

4.7本章小结 (26)

5.1钢板梁桥的结构形式 (27)

5.2刚板梁桥的分类 (27)

5.2.1根据支承条件和受力特点分类 (27)

5.3主梁桥面尺寸选择原则及相关公式 (28)

5.4截面设计 (29)

5.5.1梁单元建模 (30)

5.5.2板单元建模 (30)

5.5.3边界条件 (30)

5.5.4荷载条件 (31)

5.6有限元分析结果 (31)

5.6.1挠度值 (31)

5.6.2板单元应力 (32)

5.6.3梁单元应力 (32)

5.7本章小结 (32)

6.1方案比选的主要标准 (33)

6.2相关参数统计 (33)

6.3方案比选 (33)

6.4方案选择 (34)

6.5本章小结 (34)

7.1桥墩形式 (35)

7.2有限元模型 (35)

7.3有限元结果 (36)

7.4本章小结 (36)

8.1梯道布置方案 (37)

8.2有限元模型 (37)

8.3有限元结果 (38)

8.4本章小结 (39)

第9章结论 (40)

9.1关于如何减小桥梁跨中挠度 (40)

9.2关于设计过程 (40)

参考文献 (41)

附录 (42)

桁架截面的选择过程 (42)

1.内力计算简图 (42)

2.内力计算表 (42)

3.杆件截面选择 (43)

致谢 (42)

第1章绪论

本文拟对武汉理工大学理工一桥原址处进行城市钢结构人行天桥方案设计与计算，改善雄楚大道省出版车处人车合理分流，提高交通安全性。同时，对理工一桥钢结构人行天桥进行有限元仿真分析，根据计算结果修改设计方案，达到优化设计的目的。

1.1研究的背景及意义

人行天桥（又名过街天桥, 步道桥）是城市道路工程中的重要组成部分, 是在交通密集的地区, 为解决路人过街, 满足人车分流, 方便建筑物之间联系而建设的过街桥梁[1]。

自改革开放以来，人们的出行方式日趋丰富，城市交通迅速发展。随着人口及交通工具的不断增多，交通拥堵及安全问题日益严重，这已成为我国当前的一大热点问题。人行天桥作为城市交通的重要一环，对解决此类问题起着至关重要的作用，但其相对于非步行空间，如车行道、高速公路、地铁站、立交桥等交通空间来说，还处于缓慢发展的不完善阶段。因此，我们积极开展人行天桥的研究，对于改善城市交通状况具有什么重要的意义。

1.2国内研究现状

我国的人行天桥建设始于20世纪70年代, 多为钢筋混凝土梁柱结构, 以满足行人过街通行的需求。在80年代后期, 国内曾经展开过关于天桥与地道建设优缺点比较的大讨论。由于当时的人行天桥大多讲求实用性, 忽略美观性, 普遍存在影响市容等原因, 天桥建设一度销声匿迹, 取而代之的是大量人行地道的实施。实践经验表明, 人行地道本身受地下管线、地下水位的影响,有些地方并不适合；并且人行地道建造成本是人行天桥的1.5至2倍以上, 且日常运营维护费用比天桥要高出很多[2]。

随着我国交通建设的发展, 人民大众审美意识的提高, 天桥的建设再次成为人们关注的焦点。人们已经不再从纯粹的工程学角度来研究天桥, 而是结合时代的背景特点、生态环境和可持续发展的观点, 运用现代城市设计的理念, 来研究新城市化进程中的天桥建设。

1.3发展趋势

综观近几年的人行天桥的发展建设, 呈现出以下几个趋向。

（1）成为塑造城市景观的重要元素

城市景观是社会公众对城市的整体印象、感受与评价, 是对城市综合环境的集中反映。随着时代的进步, 传统的城市空间注人了现代内涵, 城市空间的开发向立体化三维发展, 人行天桥成为新型城市空间的重要组成部分。通过运用景观设计手法, 合理布置景观要素,

可以提高人行天桥的整体景观效益, 创造出现代、新颖、美观、独特的视觉效果。经过精心设计的人行天桥已经越来越多地成为城市的地标性景观建筑。同时, 富于形式变化的天桥造型, 成为美化城市轮廓线的有效手段。

（2）体现高技术与新结构的形式美

人行天桥设计在满足人行交通功能的基础上, 追求形式、结构与材料上的大胆创新, 大量运用钢材以及新型复合材料如玻璃钢, 综合运用斜拉索、钢箱梁、中承式拱等结构形式, 通过“结构暴露”反映现代的结构技术与材料技术的进步趋势。新型人行天桥, 具有结构轻巧、造型独特、跨度较大、承载力高的优点, 同时安装便利、施工周期短。（3）注重结构元素的细部设计

天桥的结构元素, 是天桥向人们传趁信息的主要媒介, 是塑造天桥特色的重要手段, 具体包括桥面铺装、栏板、栏杆、扶手、台阶、桥墩等部位。通过材料选择、色彩搭配、纹理设计、尺度划分、虚实变化等细部设计, 可以加强天桥的结构特点和个性特征, 体现天桥所在地区的历史文脉内涵和人们的审美情趣及文化品位。

（4）崇尚以人为本的关怀理念

人行天桥在外在形态上具有特定的城市形体特征, 但在其内部空间上却具有人性化的尺度, 应体现对行人的关照, 尤其突出对老、少、病、残等特殊群体的照顾。

（5）强化天桥的绿化与亮化

随着城市生态环境建设的加强, 人行天桥为改善绿化环境提供了新的空间领域,在新建天桥上设计一定的绿化空间, 并对已建天桥进行竖向绿化改造, 使之成为“空中绿廊”。

作为城市夜景照明的重要手段之一,亮化的天桥景观是城市夜空中的绚丽长虹。天桥照明以轮廓照明为主, 突出“线”性空间的形式, 通过对桥梁造型的勾画, 为城市夜色增光添彩。具体手段从一些简单的射灯、外打灯, 到利用数码光管等高科技光管材料等, 来突出天桥的结构感、轮廓感, 以营造明亮、欢快、热烈的夜景效果。

（6）实现多种功能的合理结合

天桥空间除了发挥其交通功能外, 还为人们创造出多层次、多功能、多涵义的社会公共空间。将传统上的一宽的人行天桥, 扩展为巧一宽的“过街天桥平台”, 赋予天桥室外休闲、娱乐、观光、交往、交流、购物、餐饮等多种功能[3]。

1.4桥梁的几种主要分类

（1）按受力体系分类

按受力体系分类，桥梁有梁、拱、索三大基本体系，其中梁桥以受弯为主，拱桥以受压为主，悬索桥以受拉为主。另外，由上述三大基本体系的相互组合，派生出在受力上也

具有组合特征的多种桥型，如钢架桥和斜拉桥等。

（2）按主要承重结构所用的材料分类

按主要承重结构所用的材料划分，有圬工桥（包括砖、石、混凝土桥）、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥、钢——混凝土组合桥和木桥等。木材易腐，且资源有限，一般不用于永久性桥梁。

（3）按上部结构的行车道位置分类

按上部结构的行车道位置分类，分为上承式桥、中承式桥和下承式桥[4]。

1.5钢结构桥梁的优势

（1）良好的力学性能和加工性能

与混凝土相比，钢材具有很高的强度，特别适用于建造跨度大、荷载重的结构。钢材的塑性好，承受静力荷载时吸收变形的能力强，不会由于偶然超载而忽然断裂，只增大变形，故易于被发现；钢材的韧性好，具有良好的动力工作性能，适宜在动力荷载下工作。（2）工业化程度高、施工周期短

钢结构所用的材料皆已轧制成各种型材，加工简易而迅速；钢结构构件一般在专业加工厂制作，因此精准度较高，质量也易于控制。钢构件较轻，连接简单，运输安装方便，且施工采用机械化，可以大大缩短现场的施工周期。同时，采用螺栓连接的钢结构，在结构加固、改建和可拆卸结构中，也具有其他结构不可替代的优势。

（3）设计计算量小，计算结果比较符合实际

由于冶炼和轧制过程的科学控制，钢材的材质接近于均质和各向同性体，力学性能也接近理想的弹性—塑性体，因此，钢结构实际受力情况与工程力学计算结果比较符合。在设计中采用的经验公式不多，计算上的不确定性较小，计算结果比较可靠。

（4）钢结构天桥有造价优势

大跨度结构主要是在自重荷载下工作，采用钢结构承重骨架，可比钢筋混凝土结构减轻自重约1/3 以上。结构自重轻，减少了运输和吊装费用；基础负载相应减少，可以降低基础造价。通过计算可知，在同等跨度下钢天桥的平米用钢量已经低于钢筋混凝土中的钢筋含量。

（5）拆迁回收价值高

目前社会高度发展，建筑工程也日新月异，有的工程建成不过几年时间，就由于种种原因需要拆除或改造。钢结构工程不仅拆迁难度小，环境污染少，而且回收价值高，废钢铁的价格可达到新钢材的65%以上[5]。

1.6钢材的选择

钢箱梁钢材设计选用标准集中于3个方面：

（1）强度的要求

钢结构设计采用容许应力法，强度设计以控制截面应力不超过材料容许应力为原则。考虑到在钢结构桥加工制作及拼装过程中，会产生很多由于误差造成的附加应力及焊接参与应力，这些应力是无法计算的，在施工安装中也会产生误差附加应力，这些应力虽能计算，却是不确定的。故在设计中，一般会采用较高的应力储备，以提高安全度。现阶段我国的公路钢箱梁桥采用强度级别主要是屈服点 Mpa x 345>σ级，如 Q345。少数铁路桥采用了Mpa x 420>σ级的VN M n 15。采用国外钢材的强度级别均相当于Q345,如SM490C 、Fe510D 、STE355。

（2）使用气候条件的要求

钢材性能受温度影响较大，钢材牌号的选择应考虑到桥梁所在地气候条件对结构的影响。设计常用的低合金高强度结构钢，按冲击韧性进行质量分级，分为A 、B 、C 、D 、E 等级别，各级别对应不同的冲击试验温度。国内公路桥梁钢箱粱采用的级别大部分集中在C 、

D 和

E ，对应的试验温度分别是是0℃、20℃ 和-40℃。对于南方地区，常年温度较高的情况下，选用Q345C 已经满足使用要求在北方寒冷地区，考虑到钢材在低温下的使用条件，宜使用Q345D ，甚至是Q345E 。

（3）加工制造的要求

高强钢的焊接工艺复杂、参数控制严格。不同牌号的钢材其焊接性能有较大差别，即使同一牌号，不同等级的钢材，其可焊性也不尽相同。钢结构桥制造过程是大量的钢材焊接过程的集合体，焊缝检查要求极为严格。过于追求强度、硬度等指标而忽视可焊性，会造成不必要的浪费[6]。

1.7本章小结

本章主要阐述了目前国内城市中人车冲突问题的严峻形势，引出了人行天桥对改善城市交通状况的重要意义，还介绍了国内对人行天桥的研究现状状况。展望了未来人行天桥在实用性及景观性等方面的发展趋势。简述了桥梁的几种主要分类方式。阐明了钢结构桥梁相对于其他桥梁的优势。以上要点都对本次的理工一桥方案设计具有十分重要的参考价值。

通过本章的讨论，我们还发现国内现有的《城市人行天桥与人行地道技术规》（CJJ69-95）严重滞后，不能满足现代化的需求，故本次毕业设计以武汉理工大学理工一桥的方案设计与有限元建模分析为题目，旨在引导我们通过有限元的方案学会桥梁方案设

计的一般过程，从而学以致用。

第2章武汉理工一桥的工程概况

2.1地形概况

桥址位于雄楚大道与出版城路相交的T字型路口，宽度30m左右。其中雄楚大街为城市主干道，出版城路为在建城市次干道。该处以北为武汉理工大学校园，理工大新建的升升学生公寓位于雄楚大道以南约300m的出版城的东侧。

根据勘测资料，场地内有杂填土，粘土、强风化灰岩及弱风化灰岩等地质层，其中，粘土层可作扩大基础持力层。弱风化灰岩承载力1500KPa，可作桩基的持力层。

2.2主要技术指标

（1）人流量：自行车及行人高峰流量为10000人次/小时。

（2）温度：-15℃～45℃

（3）风荷载：基本风压取400KPa

2.3净高设计

2.3.1桥下净高

理工一桥下为机动车道，根据《城市人行天桥与人行地道技术规》（CJJ69-95），天桥桥下为机动车道时最小净高4.5m,为行驶电车时最小净高为5.0m。参照武汉本地各人行天桥的高度情况，本次方案桥下净高定为5.0m。

2.3.2桥面净高

根据《城市人行天桥与人行地道技术规》（CJJ69-95），天桥桥面最小净高为2.5m。为了桥身的美观与行人的舒适度，本次方案设计桥面净高取为4m。

2.4桥面净宽

根据《城市人行天桥与人行地道技术规》，天桥与地道的通道净宽应根据设计年限内高峰小时人流量及设计通行能力计算。且天桥桥面净宽不宜小于3m。综合各种情况考虑，桥面净宽取为6m。

2.5跨度设计

桥址桥址位于雄楚大道与出版城路相交的T字型路口，路面宽度约为30m，但是考虑到学生交通安全，本桥一端须设置在理工大学校园内，故设计跨度采用50m。

2.6钢材选择

根据第1章提到的选择标准，本次设计选用Q345钢材，屈服强度345MPa，采用安全系数1.2，则应力最大值287MPa。

2.7挠度允许值

天桥上部结构由人群荷载计算的最大竖向挠度不应超过下列允许值[7]

梁板式主梁跨中L/600

梁板式主梁悬臂端L1/300

桁架、拱L/800

注：L为计算跨径，L

1

为悬臂长度

2.8荷载

2.8.1天桥设计荷载分类

表2.1 设计荷载分类

编号荷载分类荷载名称

1

永久荷载

（恒载）结构重力

2 预加应力

3 混凝土收缩及徐变影响力

4 基础变为影响力

5 水的浮力

6

可变荷载基本可变荷载

（活载）

人群

7

8 其他可变荷载风力、雪重力、温度影响力

9

偶然荷载

地震力

10 汽车撞击力 注：如构件主要为承受某种其他可变荷载而设置，则计算该构件时，所承荷载作为基本可变荷载。

2.8.2人群荷载

梁桁拱及其他大跨结构采用下列公式计算：

当加载长度为20m 以下（包括20m ）时

)(20205kPa B w -?= （2.1） 当加载长度为21~100m （100m 以上同100m ）时

)(2020802025kPa B L w ??? ??-??? ??-?-= （2.2）

式中W 为单位面积的人群荷载，kPa ； L 为加载长度，m ； B 为半桥宽度，m 。大于4m 时仍按4m 计。

本次设计中，计算跨径L 为50m ，桥面宽度为6m ，故

人群荷载kPa w 6125.32032080205025=??

? ??-??? ??-?-= 2.9本章小结

本章主要介绍了理工一桥的一些基本工程概况，包括地形地质状况、风力等级、温度以及人流量状况，为具体方案设计提供了基础的依据。本章介绍了武汉理工一桥主体结构的设计尺寸，主跨度50m ，桥面净宽6m ，桥下净高5m ，桥面净高4m ，桥面具体建筑结构有待设计。本章还很细致的介绍了本次设计主要用到的规范《城市人行天桥与人行地道技术规》（CJJ69-95）中关于挠度允许值和荷载及荷载组合值的计算。并成功运用规范公式计算出了本次人行天桥设计的主要荷载——人群荷载的大小，3.6125kPa ，为下文方案设计打下了基础。

第3章桁架桥方案设计

钢桁梁桥的主梁是由位于多个平面内的钢桁架连接形成的整体空间结构，来承受荷载作用的空腹式受弯结构。同实腹时梁相比，当跨径较大时，桁架主梁具有刚度大、通透性好、用钢量省、制造运输及拼装方便等特点。

刚桁架桥应用范围广泛，既可用作独立的钢桁梁桥主承重结构，又可用作悬索桥和斜拉桥的加劲梁、拱桥的拱肋等结构；还可用作工业与民用建筑中的屋架、桁架式吊车梁、电视塔、输电线路支架、龙门吊以及其他临时性空腹式结构。

3.1桁架桥的总体设计

下承式简支桁架桥由五个部分组成：桥面、桥面系、主桁、联结系和支座。

主桁是桁梁桥的主要承重结构，其作用是承受竖向荷载，它由上、下弦杆和腹杆组成，各桁件交汇处用节点板连接，形成节点。

为把两片或多片桁架连成空间受力结构而设置的水平框架成为纵向联结系，其中位于主桁上弦杆平面内的纵向联结系将成为上平纵联，位于主桁下弦杆平面内的纵向联结系简称为下平纵联。

横向联结系是指为了增加钢桁梁桥的抗扭刚度并提高横断面的稳定性，以确保各片主桁架共同受力而在主桁的竖腹杆平面内设置的横向连接杆。其中位于主梁端部的横向联结系称为端横梁，位于主梁中部的横向联结系成为中横梁。

道桥系是指桥面、纵梁、横梁、以及他们之间的连接系统。为了提供行车桥面，应设置纵、横梁的桥道梁支撑桥面板，或设置纵、横肋支撑钢板的钢桥面。从桥面传来的荷载经由纵梁传递至横梁然后传至主桁节点，并最终传至基础。虽然组成钢桁梁桥的杆件数目繁多，并且节点构造复杂，但钢桁梁的传力路径简单明确。不管上承式桁梁还是下承式桁梁其传力路径都为：

在竖向荷载作用下的受力顺序均为：桥面——纵梁——横梁或纵梁——横肋——主桁——支座——墩台或基础；

在水平风载以及水平地震荷载作用下，则为：上、下水平联——主桁弦杆——桥门架（或端横联）——支座——基础[8]。

3.2主桁的结构形式、基本尺寸及总体布置方案

3.2.1主桁结构形式

主桁是桁架桥的主要组成部分，它的结构选择是否合理，对桁架的设计质量起着重要的作用。在拟制主桁结构形式时，应根据桥位当地的具体情况（如地形、地质、水文、气象、运输条件等），选择一个较为经济合理的方案。它不仅能满足桥上运输及桥下净空的要求，而且还能节约钢材，便于制造、运输、安装和养护。以下是几种常用桁架形式。

图3.1 主桁架的常用类型

（a）华伦桁架（b）柏氏桁架（c）K氏桁架（d）双腹杆华伦桁架

（1）三角形桁架（Warren trusses）

由斜腹杆与弦杆组成等腰三角形的桁架成为三角形桁架，又称华伦桁架，如图3.1（a）所示。它是目前世界上应用最广的一种桁架形式，适用于大中等跨径的下沉式钢桁梁桥。

华伦桁架构造简单，部件较少，竖杆只承受局部荷载，它适用于定量化设计，有利于安装制造。但华伦桁架没有方向性，需要平纵联。

（2）斜杆形桁架（Pratt trusses）

相邻斜杆互相平行的桁架称为斜杆形桁架，又称为柏氏桁架，如图3.1（b）所示。它与三角形桁架相比，其弦杆规格多，每个节间都有变化；竖杆不仅规格多，而且内力大，所有节点都有斜杆交汇，均为大节点。因此，在构造及用钢量方面都不及三角形桁架优越。（3）K形桁架（K truss）

斜杆与竖杆构成K字形的桁架称为K形桁架，如图3.1(c)所示。K形桁架由于主桁架同一节间内的剪力由两根斜杆分担，其斜杆截面较上述几种类型都要小，但此种桁架杆件规格多、节点多、连接多、构造复杂，一般用于小跨度桥梁。K形桁架斜杆倾角以45°~60°为经济，但当跨度增大时，应做适当调整。

（4）双重腹杆形桁架（Parallel chord rhomhic truss）

双重腹杆形桁架是由两个不带竖杆的三角形桁架迭合而成，如图3.1（d）所示。由于

斜杆只承受节间剪力的一般，杆件短、截面小，如用于大跨度梁，受压斜杆短，对压屈稳定有利。斜杆截面小，则在节点板上的链接栓也少，有助于解决钢板供货尺寸不足的矛盾[9]。

本次设计，综合考虑各种因素，觉得主桁架形式为华伦桁架，并作适当调整，最终方案如下图3.2所示。

图3.2 主桁架布置图及尺寸

3.2.2主桁的基本尺寸

主桁的基本尺寸是指：主桁高度（简支桁高）、节间长度、斜杆倾斜及两主桁的中心距离。这些尺寸的拟定，对桁架桥的技术经济指标起着重要的作用。

（1）桁高

桁高越大时弦杆受力越小，弦杆的用钢量减少。但同时桁高加大带来腹杆增长，因而腹杆的用钢量又将有所增加。对于一定跨度的桁架桥，将有一定的桁高对用钢量而言是较经济的，这个桁高我们称为经济桁高。根据过去统计资料，并考虑到经济桁高，简支桁架桥的桁高可参考表3.1。

表3.1 简支桁架桥经济桁高

桥型

铁路桥公路桥

平行弦桁架多边形桁架平行弦桁架多边形桁架

下承式1/7L （1/5～1/6.5）

L

（1/7～

1/10）L

（1/5.5～

1/8）L

上承式(1/7～1/8)L (1/8～1/10)L 本次设计方案为人行天桥，故桁高取值比公路桥略小，考虑多种因素后取为4米。（2）节间长度

考虑到我国钢板等型材的标准化生产等因素，其节间长度宜取为5米。

（3）斜杆倾斜

斜杆倾角由上桁高度与节间长度的比值决定，对腹杆用钢量和节点构造有很大影响。倾角过小，腹杆数少，但腹杆长度增加，而且腹杆内力很大。倾角过大，则腹杆内力小，但腹杆数量增多。此外，倾角过小或过大，均使斜杆无法伸入节点中心，节点板变得很长很高，使外表面的刚度很差。有竖杆的桁架的合理倾角为50°左右；无竖杆的桁架的合理倾角为60°左右。考虑到人行天桥跨度与高度，本次设计的倾角为38.66°。

（4）主桁的中心距

横向刚度、稳定性和桥面净宽决定钢桁梁桥主桁架的中心距。本次设计为一人行天桥，中心距取为6米。

3.2.3桁架方案布置图

图3.3 桁架桥总布置图

3.3主桁内力计算

3.3.1荷载 自重：参考以往钢桁桥经验，取每片主桁架所受恒载：m kN 15 人群荷载：26125.3m kN ，等效节点荷载为：kN 19.129。

3.3.2杆件截面选择

（1）腹杆截面选择

表3.1 腹杆截面选择表 截面名称

截面类型 截面大小 下弦杆

热轧H 型钢 1212200200??HW 上弦杆

热轧H 型钢 1212300300??HW 竖杆

热轧H 型钢 60125?HT

杆件19

热轧H 型钢 1111250250??HW 杆件21 热轧H 型钢 95.6125125??HW 杆件23

热轧H 型钢 128200200??HW 杆件25

热轧H 型钢 100100?HT 杆件27

热轧H 型钢 128200200??HW 纵梁

热轧H 型钢 2814400400??HW 下横梁

热轧H 型钢 2814400400??HW 上横梁

热轧H 型钢 60125?HT

详细计算过程，见附录

（2）纵梁 人行天桥桥面采用0.03m 橡胶铺装，重力可以忽略不计，故荷载主要为人群荷载

26125.3m kN ，纵梁间隔1m ，则均布荷载为：m kN 6125.3，跨中弯矩

m kN ql M ?=??==91.1128506125.38

18122 根据抗弯强度选择界面，需要的截面模量为：

336

103468310

05.11091.1128mm f M W x x nx ?=??==γ 选用2814400400??HW 热轧H 型钢，其34158cm W x =，跨中无孔眼削弱，此x W 大

于33468

cm ，梁的抗弯强度已足够。由于型钢腹板较厚，一般不必验算抗剪强度。其他界面特性4293518,39.295cm I cm A x ==。

（3）下横梁

选用和纵梁一样的截面2814400400??HW 热轧H 型钢。

（4）上横梁

由于上横梁起着增加钢桁梁桥的抗扭刚度并提高横断面的稳定性，以确保各片主桁架共同受力的作用，故选用较小截面杆件比较经济，本处选取60125?HT 热轧H 型钢。

（5）桥面板厚

参考以往设计资料，桥面板采用钢板厚度为0.01m 。