無錫市金城東路快速化改造工程過街天橋設(shè)計(jì)

黃東初

（南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇南京 210018）

0 前言

無錫市金城東路快速化改造工程起點(diǎn)為景瀆立交，終點(diǎn)為錫張高速。作為城市內(nèi)環(huán)外延的重要組成部分，為城市快速路，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h,道路總寬62 m。由于交通流量大、道路路幅寬且設(shè)計(jì)為快速路，若采用地面平交形式橫穿道路，不僅危及行人及非機(jī)動(dòng)車安全，同時(shí)降低了道路的通行能力。為解決這一矛盾，選擇在地面快速路段K15+200處設(shè)置一座人非混行過街天橋，實(shí)行人車分流。選用鋼箱梁過街天橋，其優(yōu)點(diǎn)為跨越能力強(qiáng)、工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)吊裝、施工快、對(duì)地面道路干擾小。

1 工程簡(jiǎn)介

無錫市金城東路快速化改造工程地面快速路段K15+200處設(shè)置一座過街天橋，過街天橋?yàn)槿朔腔煨刑鞓?。主橋橋梁全長(zhǎng)69 m，跨徑布置為1.75 m+32.75 m+32.75 m+1.75 m，采用鋼箱梁，梁高1.3 m，橋全寬4.5 m，凈寬4 m；主墩位于道路中分帶處，邊墩位于道路兩側(cè)；縱斷面以橋梁中心線處為中心，設(shè)雙向1.5%縱坡，橋面設(shè)雙向1.0%橫坡。人行梯道全寬3.5 m，凈寬3.18 m，梯道踏步寬30 cm，高15 cm，中間設(shè)兩處休息平臺(tái)。推坡道全寬3.5 m，凈寬3 m，為非機(jī)動(dòng)車專用推坡道，中間設(shè)一處休息平臺(tái)，坡道坡度1：8。具體見圖1～圖3。

過街天橋主橋兩端每側(cè)各設(shè)置一人行梯道及非機(jī)動(dòng)車推坡道與地面道路銜接。主墩為直徑1 m鋼立柱，邊墩為直徑0.7 m鋼雙立柱，人行梯道及推坡道均采用直徑0.7 m鋼筋混凝土立柱。立柱頂部均設(shè)置板式支座，底部接鉆孔灌注樁。

圖1 過街天橋效果圖

圖2 過街天橋總體布置圖(單位：m)

圖3 過街天橋主橋橫斷面圖(單位：m)

主橋鋪裝采用：面層:1.5 cm彩色道路塑膠+2 cm彩色道路塑膠+5 mm環(huán)氧砂漿混合料層+10 mm環(huán)氧砂漿層+環(huán)氧富鋅漆二度（共80μm）。

人行梯道鋪裝采用：1.5 cm彩色道路塑膠+2 cm彩色道路塑膠+50 mmC30防水鋼筋混凝土+6 mm厚踏步板支撐鋼板。

推坡道鋪裝采用：1.5 cm彩色道路塑膠+2 cm彩色道路塑膠+20 mmM10砂漿+1 mm防水層。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用Midas Civil2010有限元軟件建模分析。人群荷載：5.0 kN/m2；欄桿水平荷載：2.5 kN/m；欄桿豎向荷載1.2 kN/m；風(fēng)壓力：0.7 kN/m2；地震作用：地震動(dòng)峰加速度值為0.05 g。不均勻沉降橋墩處考慮為10 mm，橋臺(tái)處考慮為5 mm。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用允許應(yīng)力法，主梁及人行梯道均采用Q345鋼。

設(shè)計(jì)成橋溫度為15℃，體系升溫采用31℃，體系降溫采用24℃；根據(jù)橋面布置，人群按影響線進(jìn)行加載。永久支承按結(jié)構(gòu)連續(xù)梁支承條件進(jìn)行約束。計(jì)算模型見圖4、圖5。

圖4 過街天橋主橋計(jì)算模型

圖5 人行梯道及非機(jī)動(dòng)車推坡道計(jì)算模型

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 主要計(jì)算結(jié)果

按照規(guī)范要求考查正常使用階段的主梁的強(qiáng)度和剛度是否滿足要求。

應(yīng)力計(jì)算主要結(jié)果見圖6～圖11。

圖6 恒載主梁上緣應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖7 恒載主梁下緣應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖8 標(biāo)準(zhǔn)組合 主梁上緣最大應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖9 標(biāo)準(zhǔn)組合 主梁下緣最大應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖10 標(biāo)準(zhǔn)組合 主梁上緣最小應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖11 標(biāo)準(zhǔn)組合 主梁下緣最小應(yīng)力圖（單位：MPa）

根據(jù)以上可知主梁標(biāo)準(zhǔn)組合下，上緣最大應(yīng)力為48.4 MPa，最小應(yīng)力-42.6 MPa；下緣最大應(yīng)力為68.0 MPa，最小應(yīng)力為-77.2 MPa；滿足規(guī)范要求。

主梁最大應(yīng)力幅發(fā)生在邊跨跨中下緣處，為52.7 MPa，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50017—2003）》6.2.3條主梁頂?shù)装鍖?duì)接焊縫屬于2類連接形式，循環(huán)次數(shù)n為2×106次的容許應(yīng)力幅為144 MPa，滿足規(guī)范要求，見表1。

表1 主梁上下緣應(yīng)力幅（單位：MPa）

（2）撓度驗(yàn)算

主梁跨中在活載下位移幅為25.3 mm，剛度值25.3/32 750=1/1 295，小于1/600；懸臂部分在活載下位移幅為4.62 mm，剛度值4.62/1 750=1/379，小于1/300；主梁剛度滿足規(guī)范要求，見圖12。

圖12 人群荷載作用下主梁位移包絡(luò)圖（單位：mm）

（3）自振頻率計(jì)算（見圖13）

圖13 人行天橋主橋一階自振頻率圖（單位：Hz）

由圖13可知，主橋上部結(jié)構(gòu)豎向一階自振頻率為4.839 Hz>3 Hz，滿足規(guī)范要求。

人行梯道及非機(jī)動(dòng)車推坡道計(jì)算結(jié)果應(yīng)力圖由于篇幅關(guān)系，就不給出，人行梯道及非機(jī)動(dòng)車推坡道上部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算均能滿足規(guī)范要求。

4 鋼箱梁的焊接

（1）自動(dòng)或半自動(dòng)焊，應(yīng)采用符合現(xiàn)行國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的焊接用鋼絲，選用的焊絲和焊劑應(yīng)與主體金屬強(qiáng)度相適應(yīng)。

（2）手工焊接用的焊條，應(yīng)采用符合現(xiàn)行國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求的低碳鋼及低合金高強(qiáng)度鋼焊條，且選擇的焊條型號(hào)應(yīng)與主體金屬相適應(yīng)。

（3）對(duì)接焊縫必須按規(guī)范要求開具相應(yīng)的“V”形坡口。在本設(shè)計(jì)中，面板、腹板、底板和橫隔板的焊縫均需按規(guī)范要求開具相應(yīng)的“V”形坡口。各種焊縫高度應(yīng)符合規(guī)范要求。

（4）焊接不應(yīng)有裂紋和沿焊縫邊緣的未熔合、溢流、燒穿、假焊、未填滿的火口以及超出容許限度的氣孔、夾渣、咬肉等。

（5）對(duì)所有的焊縫均應(yīng)進(jìn)行外觀檢查。主梁和梯道的縱橫向?qū)雍缚p及腹板和面板、底板相交的角焊縫為一級(jí)焊縫，應(yīng)進(jìn)行100%超聲波探傷，并需進(jìn)行10%X光攝片檢查；其余焊縫為二級(jí)焊縫，應(yīng)進(jìn)行20%的超聲波探傷。對(duì)探傷結(jié)果有疑問的焊縫應(yīng)采用X光攝片復(fù)檢，對(duì)確認(rèn)質(zhì)量不合格的焊縫必須返工。

（6）焊縫的外觀檢查按《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB 50205-2001）》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

（7）加勁肋須開坡口后與橋面板焊接，融透深度不小與0.8倍的肋板厚，并不得焊穿。焊接作業(yè)時(shí)應(yīng)盡量避免仰焊操作。面板與底板的拼接應(yīng)采用帶陶磁襯墊的單面焊雙面成型工藝，以保證焊縫融透。角焊縫不得在腹板、橋面板等主要板件上咬邊。工地梁段間的拼接焊縫，面板與底板仍采用單面焊雙面成型工藝，為此底板的加勁肋可采用嵌補(bǔ)段的作法，待底板焊接、檢驗(yàn)完后，加勁肋采用內(nèi)襯鋼襯墊拼接。箱梁外腹板用雙面坡口的對(duì)接焊焊接。鋼箱梁的兩端隔板上不留過焊孔，鋼箱梁安裝完成后，其內(nèi)部應(yīng)是個(gè)密閉的整體。

5 鋼箱梁的防腐

于鋼結(jié)構(gòu)各部位所處環(huán)境不同，故防腐涂裝對(duì)各部位采用不同的方案，主體結(jié)構(gòu)防護(hù)年限應(yīng)滿足防腐期20 a的要求，附屬結(jié)構(gòu)滿足防腐期10 a的要求。承擔(dān)鋼結(jié)構(gòu)涂裝防護(hù)施工的單位和油漆供應(yīng)制造單位應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)的涂裝工藝試驗(yàn)。

要求鋼構(gòu)件噴砂除銹后表面清潔度不小于Sa2.5級(jí)，表面粗糙度25～60μm，要求防腐年限大于20 a。

本橋所有鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)外表層均必須進(jìn)行二次除銹（污）處理，第一次是鋼材進(jìn)廠后在下料之前，要進(jìn)行一次預(yù)處理——噴丸，此次除銹是清除鋼材表面較深層位的銹蝕，使鋼材表面具有足夠的粗糙度，此次除銹是關(guān)鍵重要的除銹。噴丸以后，要及時(shí)涂裝一道防銹底漆約20～50μm，以防鋼材再度銹蝕。

第二次是鋼構(gòu)件焊制成型后進(jìn)行表面涂裝之前（在現(xiàn)場(chǎng)），要進(jìn)行一次外表面的除銹（污）處理——噴砂（內(nèi)表面不進(jìn)行）。噴砂是為了清除噴丸時(shí)未除凈的銹蝕和施工造成之油漬以及預(yù)處理后的漆皮。噴砂后要及時(shí)（不能超過4 h）進(jìn)行表面涂裝。內(nèi)表面在焊封前，要將要求的涂裝層涂裝到位。外表面在噴砂后，按要求的涂裝層涂裝到位。

6 結(jié)語

通過對(duì)過街天橋整體靜力分析，其結(jié)構(gòu)受力及自振頻率滿足規(guī)范要求，但設(shè)計(jì)時(shí)注意應(yīng)力集中部位的設(shè)計(jì)，如支座附近，需要進(jìn)一步做局部應(yīng)力分析；還應(yīng)注重鋼箱梁防腐設(shè)計(jì)，防腐質(zhì)量的好壞決定了橋梁的耐久性。

[1]余鳳翔.城市人行天橋設(shè)計(jì)上幾個(gè)問題的探討[J].城市道橋與防洪,2004(2):29-32.

[2]CJJ 11-2011,城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2011.

[3]GB50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2003.

[4]CJJ 69-95,城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范[S].1996.