某雙層異形桁架人行橋總體設(shè)計

夏 至

(江蘇中設(shè)集團股份有限公司，江蘇 無錫 214000)

1 概述

近年來我國持續(xù)推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)，經(jīng)濟新常態(tài)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展提供新機遇。隨著消費投資需求、生產(chǎn)組織方式、資源要素配置以及宏觀調(diào)控手段等各方面發(fā)生的重大變化，各地持續(xù)推進高效生態(tài)、特色精品、綠色安全現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)。

本項目為某農(nóng)業(yè)旅游園區(qū)跨越永寧江的人行橋梁。橋型選擇遵循以下幾點原則：1)重視功能要求：根據(jù)工程地點的地形、地質(zhì)和水文情況，進行合理的跨度布置，盡量減少對交通、航運、環(huán)境的干擾；2)重視文化內(nèi)涵：橋梁擁有生命和靈魂，它不僅承載交通，更是在傳承和講述一個城市的文明；3)景觀協(xié)調(diào)、尊重環(huán)境：彰顯橋梁自身景觀效果的同時，融入周圍環(huán)境，充分利用成熟的技術(shù)，需處理好橋梁與周邊環(huán)境的關(guān)系；4)結(jié)構(gòu)安全、可行、耐久；5)充分體現(xiàn)“人性化”設(shè)計理念：宏觀和微觀設(shè)計中都需本著“以人為本”的設(shè)計思想進行設(shè)計，從每一處細節(jié)入手，充分考慮游人和橋梁使用者的感受。

2 總體設(shè)計

本方案設(shè)計靈感來源于蜜桔的橘葉，將橘葉抽象為橋梁的立面造型，橋梁猶如一片橘葉牽起兩岸傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū)，造型輕盈美觀(見圖1)。

橋梁全長113.06 m，橋跨布置為13.61 m(梯道)+2×42.85 m(主橋)+13.61 m(梯道)，橋梁總寬9.35 m～13.25 m。

橋梁人行道分上下層布置，上層人行道總寬3.34 m，布置為：0.22 m(欄桿)+2.9 m(人行道)+0.22 m(欄桿)；下層人行道分上下行對稱布置，單幅寬2.85 m，布置為：0.22 m(欄桿)+2.41 m(人行道)+0.22 m(欄桿)。

主橋結(jié)構(gòu)型式為變截面兩跨鋼桁架橋梁，鋼結(jié)構(gòu)桁架部分寬度為9.35 m～13.25 m不等。桁架從跨中上下弦桿距離3.9 m漸變至支點相交，桁架豎桿間距2.5 m，主弦桿采用D600×20 mm鋼管，豎桿采用D299×12 mm鋼管。為改善支點受力，桁架在端支點前三段設(shè)置為實腹式橫梁，主桁底設(shè)置加勁梁。

邊墩采用雙柱墩，橋墩斷面尺寸為100 cm×100 cm，基礎(chǔ)采用2根直徑100 cm的樁基礎(chǔ)；中墩位于永寧江中心，采用景觀效果較好的倒Y形橋墩，橋墩斷面為菱形漸變，基礎(chǔ)采用4根直徑100 cm的樁基礎(chǔ)。典型斷面布置圖見圖2。

施工流程：1)施工主橋主墩及邊墩基礎(chǔ)及立柱；2)水中架設(shè)2排臨時支墩；3)工廠制作鋼結(jié)構(gòu)桁架梁，岸邊大節(jié)段拼裝；4)采用浮吊進行主桁架的吊裝、安裝；5)拆除施工支架，進行橋面鋪裝，安裝欄桿、路燈等設(shè)施。

3 結(jié)構(gòu)靜力分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)總體布置建立空間模型，模型為梁單元和板單元混合模型。桁架上下弦桿、腹桿、橫梁、平縱聯(lián)均采用梁單元建模；橋面板及梁端加勁板采用板單元建模。結(jié)構(gòu)離散為334個節(jié)點，872個單元(見圖3)。

根據(jù)JTG D60—2015公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范、CJJ 11—2011城市橋梁設(shè)計規(guī)范規(guī)定的荷載取值：鋼筋混凝土26 kN/m3；瀝青混凝土24 kN/m3；鋼材78.5 kN/m3；人群荷載取值3.5 kN/m2；考慮結(jié)構(gòu)整體升降溫及風荷載效應。

僅列出主桁架強度檢算結(jié)果。

施工階段上緣應力圖和下緣應力圖分別見圖4，圖5。

構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)：λ=2.5/0.20/3.14×sqrt(345/206 000)=0.16<0.2，χ=1.0；上緣最大應力60 MPa，下緣最大應力60 MPa，均小于Q345鋼材抗彎強度設(shè)計值270 MPa。

使用階段上緣應力和下緣應力圖分別見圖6，圖7。

構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)：λ=2.5/0.20/3.14×sqrt(345/206 000)=0.16<0.2，χ=1.0；上緣最大應力131 MPa，下緣最大應力131 MPa，均小于Q345鋼材抗彎強度設(shè)計值270 MPa。

根據(jù)JTG D64—2015公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范第4.2.3條的相關(guān)規(guī)定，豎向撓度限值為L/500。

主桁架活載變形圖見圖8，人群荷載作用下結(jié)構(gòu)豎向撓度如表1所示。

表1 人群荷載作用下結(jié)構(gòu)豎向撓度 mm

4 結(jié)構(gòu)動力分析

本橋為人行橋，剛度及穩(wěn)定的問題突出，需進行穩(wěn)定分析和動力特性分析。

1)穩(wěn)定分析。

按空間體系驗算運營階段該橋一類穩(wěn)定問題，根據(jù)資料該類橋梁穩(wěn)定系數(shù)需大于4～6。

一階失穩(wěn)模態(tài)表現(xiàn)為橋面系局部失穩(wěn)，失穩(wěn)模態(tài)特征值42，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有足夠的安全系數(shù)(見圖9)。

2)動力特性分析。

CJJ 69—95城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范第2.5.4 條規(guī)定人行天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應小于3 Hz。

主梁豎向振動出現(xiàn)在第1模態(tài)，自振頻率3.33 Hz>3 Hz,滿足規(guī)范要求(見圖10，圖11)。

5 局部節(jié)點分析

本橋桁架上弦桿與下弦桿在梁端相交于一點。梁端構(gòu)造示意圖見圖12。

考慮節(jié)點構(gòu)造要求，相交節(jié)點設(shè)計為球型節(jié)點，上弦桿和下弦桿均焊接在球節(jié)點上。為改善梁端抗剪受力需要，在梁端下弦桿下方設(shè)加勁板承擔梁體剪力。因節(jié)點受力復雜，需對節(jié)點進行局部受力分析。

節(jié)點最大正應力51 MPa，小于Q345鋼材抗彎強度設(shè)計值270 MPa(見圖13)。

節(jié)點最大剪應力35 MPa，小于Q345鋼材抗彎強度設(shè)計值270 MPa(見圖14)。

6 結(jié)語

本文分析了雙層異形桁架人 行橋的設(shè)計，對其進行總體設(shè)計分析及數(shù)值模擬計算，分析了該類型橋梁的設(shè)計要點、受力特點及節(jié)點處理方法。通過本文的介紹，為雙層異形桁架人行橋的設(shè)計提供了參考。