大跨箱型截面鋼桁架人行天橋設(shè)計實例

鄭利軍

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司西安分公司　陜西　西安　710086）

大跨箱型截面鋼桁架人行天橋設(shè)計實例

鄭利軍

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司西安分公司陜西西安710086）

以寶雞市高新區(qū)高新大道上的寶雞文理學院人行天橋為研究對象，詳細介紹了該人行天橋的總體設(shè)計、結(jié)構(gòu)計算及施工要點，同時總結(jié)出大跨箱型截面鋼桁架人行天橋設(shè)計經(jīng)驗。

大跨；箱型；鋼桁架；人行天橋；設(shè)計；施工

1　工程概況

寶雞文理學院人行天橋位于寶雞市高新區(qū)高新大道與高新二路交叉口西側(cè)，北側(cè)正對寶雞文理學院新校區(qū)南門，南側(cè)為沿街商業(yè)區(qū)及高檔住宅區(qū)，附近人流量很大，而此處又沒有人行過街設(shè)施，為解決行在校師生及附近市民過街需要，特設(shè)此人行天橋。天橋橫跨高新大道，高新大道為雙向六車道城市主干路，道路全寬50m，是寶雞高新區(qū)渭河南岸東西向最繁華的交通干道。做為高新大道上的首座人行天橋，為減少對行車的干擾，同時體現(xiàn)美觀大氣，采用單孔跨越高新大道（行車道和輔道），梯道呈“工”字型布置在兩側(cè)人行道上，天橋主橋采用40m跨的鋼桁架，兩側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)梯坡道通過牛腿支撐于主梁上。該橋已于2015年4月開工建設(shè)，橋梁效果圖如圖1所示。

圖1　橋梁效果圖

2　總體設(shè)計

2.1天橋總體布置

天橋主桁架總長46.8m，其中主跨40m，兩側(cè)各懸挑3.4m，橫斷面布置為0.3m桁架弦桿+0.25m欄桿+4.5m人行道+0.25m欄桿+0.3m桁架弦桿=5.6m。為體現(xiàn)橋梁動態(tài)美，主橋結(jié)構(gòu)采用下承式變高度曲線形鋼桁架，跨中處最底點桁架高4.03m，靠近支點處最高點桁架高5.197m。鋼結(jié)構(gòu)梯坡道呈“工”字型布置，分別采用1：2梯道和1：4坡道，步級分別為15cm×30cm和10cm× 40cm。

2.2鋼桁架結(jié)構(gòu)布置

為增強天橋整體美觀大氣效果，桁架采用變高度形式，即上弦桿呈波浪形微曲狀。主橋采用兩片鋼桁架，通過鋼橫梁連接成整體結(jié)構(gòu)。下弦平面鋼橫梁間距2m，并在靠近支座端設(shè)置剪刀撐；上弦平面鋼橫梁間距4m并設(shè)置剪刀撐。鋼桁架直腹桿間距4m，在梯道處變?yōu)?.4m，相鄰兩直腹桿間設(shè)置斜腹桿?？缰需旒芨?.03m，支點桁架高5.197m，各桿桿件均采用鋼板焊接的矩形截面。截面尺寸主要為：主桁架上弦桿為400mm×300mm×14mm（高×寬×壁厚），下弦桿為500mm×300mm×16mm（支點處變?yōu)?00mm高），腹桿為300mm×300mm×12mm，上弦平面橫梁為350mm×200mm×14mm，下弦平面橫梁采用工字型截面，為400mm×300mm×14mm×12mm（高×寬×頂?shù)装搴瘛粮拱搴瘢?/p>

2.3節(jié)點設(shè)計

桁架節(jié)點是此類橋梁設(shè)計的關(guān)鍵部位，為使桁架外形美觀，設(shè)計采用整體節(jié)點板，節(jié)點立面內(nèi)外采用整體鋼板切割成節(jié)點形式，內(nèi)設(shè)加勁板。該形式具有：弦桿與腹桿處無焊縫、節(jié)點整體性好、傳力直接的優(yōu)點。按現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對此類矩形管節(jié)節(jié)點進行驗算，承載力滿足要求。

2.4附屬設(shè)施設(shè)計

橋面系自上而下采分別為20mm防滑地磚+20mm厚砂漿+ 100mmC40防水鋼筋混凝土+YXB51-226-678mm壓型鋼組合板。壓型鋼板組合樓板常在房屋結(jié)構(gòu)中適用，將其應(yīng)用在人行天橋橋面系中，具有許多優(yōu)點：①壓型鋼板可作為澆注混凝土模板，不影響橋下交通；②使用階段與混凝土板共同受力，代替部分受力鋼筋，增強結(jié)構(gòu)承載力。主橋采用雙向1%縱坡自然排水，橫向采用雙向1%。梯坡道表面粘貼20mm厚塑膠面層，并設(shè)置鋁合金防滑條。欄桿采用不銹鋼夾層鋼化玻璃欄桿，雨棚采用彩色鋼化夾層玻璃。

3　結(jié)構(gòu)計算

3.1靜力計算

利用通用有限元軟件Midas2013建立空間梁單元模型，在承載力狀態(tài)下桁架應(yīng)力見圖2，桁架最大拉應(yīng)力115.9MPa，最大壓應(yīng)力89.9MPa，小于Q345鋼材容許應(yīng)力210MPa。

圖2　承載力狀態(tài)下桁架應(yīng)力圖

在正常使用狀態(tài)下，人群荷載引起的最大豎向撓度為14.1mm，小于規(guī)范容許撓度值L/800=50mm。在重力荷載和人群作用下產(chǎn)生的向下?lián)隙葹?3mm＞L/1600=25mm，因此需要設(shè)置預(yù)拱度。

3.2動力驗算

結(jié)構(gòu)特征值分析采用子空間迭代法，二期荷載通過Midas2013程序中荷載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量功能，將二期荷載轉(zhuǎn)化為節(jié)點質(zhì)量，計算出結(jié)構(gòu)一階豎彎頻率為3.15Hz。根據(jù)文獻規(guī)定，為避免共振，減少行人不安全感，天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)小于3Hz，計算結(jié)果滿足文獻規(guī)定。由以上計算可見，鋼桁架桿件承載力較大，整體結(jié)構(gòu)剛度較大，桿件規(guī)格的選擇需要綜合承載力、剛度、焊接空間等方面需要求。

4　施工方法

主橋鋼桁架先在工廠制作，然后運至現(xiàn)場吊裝拼焊。全橋施工分為三個階段：①施工樁基礎(chǔ)、橋墩，同時在工廠制作鋼桁架桿件、節(jié)點及樓梯，分段拼接。②搭設(shè)臨時支架，運輸鋼桁架、樓梯至施工現(xiàn)場，利用凌晨少車的時段臨時封閉交通，分段吊裝鋼桁架梁和樓梯，并進行焊接。③鋪裝壓型鋼板，安裝橋面鋪裝及欄桿，安裝雨棚及橋面裝飾等。

5　結(jié)語

①在城市人行天橋設(shè)計中大部分采用鋼箱梁和鋼桁架結(jié)構(gòu)形式。大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)相比鋼箱梁結(jié)構(gòu)，具有施工方便、用鋼量少、造價低、景觀效果好、方便設(shè)置雨棚等優(yōu)點。由于下承式鋼桁架與鋼箱梁相比能降低橋面高程，故能減少兩側(cè)樓梯長度，減少天橋用地。②大跨度簡支鋼桁架結(jié)構(gòu)的主要控制因素是豎向第一自振頻率，而影響桁架豎向自振頻率的主要因素則是桁架高度，設(shè)計時應(yīng)注意選擇合理的桁架高度。通常為滿足天橋豎向自振頻率要求，鋼桁架結(jié)構(gòu)天橋的高跨比一般都比較大（約1/10左右），造成鋼桁架剛度也比較大，因此桁架截面可以取得比較小，節(jié)點間距可以取得比較大，以增加天橋的通透性和輕巧感。③利用弦桿兩側(cè)腹板外形形成節(jié)點板，內(nèi)設(shè)加勁板，腹桿與節(jié)點板采用對接焊縫，該節(jié)點形式具有傳力直接，節(jié)點整體性好、外形美觀等優(yōu)點。④鋼桁架橋面板采用壓型板組成橋面板，與橫梁共同參與受力，結(jié)構(gòu)剛度較大，施工快速方便。

[1]《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69-95）.

[2]曾令權(quán)，孟杰.全焊箱型截面桿件三角形鋼桁架在人行天橋中的應(yīng)用.城市道橋與防洪，2014（12）：75～77.

[3]劉偉長.單跨60m鋼桁架人行天橋設(shè)計與施工.山西建筑，2012（4）：207～ 208.

U442.5

A

1673-0038（2015）30-0030-02

2015-7-3

鄭利軍（1982-），男，工程師，主要從事道橋設(shè)計工作。