中承式鋼拱橋在城市人行天橋中的應(yīng)用

高海亮，蔣海軍

（青島市市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，山東 青島 266000）

1 概述

隨著社會經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，交通擁堵已成為許多大城市司空見慣的現(xiàn)象，由此引發(fā)的人車爭道搶行現(xiàn)象十分普遍，導(dǎo)致道路通行能力低下，交通事故頻發(fā)。青島市作為旅游城市，主城區(qū)早晚高峰時段和旅游季節(jié)行人過街難問題尤其突出。目前青島市主城區(qū)已建成使用的人行天橋34座，地下通道35座，但在一些交通熱點區(qū)域仍舊存在巨大缺口。為此，市政府在2014年啟動了人行天橋過街工程，有力地緩解了人車擁堵問題。該次共實施人行天橋5座，其中齊魯醫(yī)院天橋為中承式鋼拱橋，主要解決出入醫(yī)院的市民橫過合肥路的過街需求（見圖1）。

圖1 天橋選址

2 橋梁選型

青島市現(xiàn)有天橋以梁橋為主，缺乏結(jié)構(gòu)新穎、造型美觀的結(jié)構(gòu)形式。齊魯醫(yī)院作為山東省唯一躋身前20強的綜合性醫(yī)療機構(gòu)，外地患者眾多，對天橋的景觀要求更高。為提升城市形象，天橋主要從景觀方面進(jìn)行比選，設(shè)計方案如圖2所示。

圖2 天橋選型

方案一的優(yōu)點是行人爬升高度小，但是橋梁加工、吊裝難度大；方案二線形優(yōu)美，橋梁視覺沖擊大，但施工復(fù)雜，后期養(yǎng)護成本高；方案三結(jié)構(gòu)輕盈，但人行視點桿件較多，視覺通透性差，后期養(yǎng)護成本高；方案四建筑高度適中，整體外形通透，桿件簡潔，造型新穎美觀，但下部墩柱因受水平推力作用，體量較大。

天橋位置為丘陵高點，結(jié)構(gòu)不宜過高，應(yīng)以融入性為主，同時協(xié)調(diào)橋墩、主梁、欄桿比例，突出簡潔、抽象的幾何圖案，避免天橋視覺突兀。綜上所述確定方案四的中承式鋼拱橋為推薦方案。

3 總體設(shè)計

3.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）橋梁長40.4 m，寬4.35 m；人行凈寬3.0 m；梯道寬2.4 m。

（2）主梁縱向設(shè)R=369.5 m豎曲線；橫向坡度為雙向1.0%。

（3）橋下凈空:車行道不小于5.0 m；人行道不小于2.5 m。

（4）人群荷載按《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ 69—1995）[1]執(zhí)行。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

天橋總長40.4 m，鋼桁架拱跨徑38m，橋面以上矢高3.285 m，拱軸線為R=4 m與R=29.584 m的組合圓曲線。主梁結(jié)構(gòu)采用Q345qD，上弦桿拱圈采用直徑402 mm的圓形鋼管，壁厚16 mm；下弦桿采用500 mm×350 mm×12 mm×16 mm焊接H型鋼；腹桿采用非對稱布置形式，截面為400 mm×300 mm×10 mm×12 mm焊接H型鋼，外側(cè)焊接圍護鋼板；橋面為正交異性橋面系，橫梁采用焊接T形截面500 mm×300 mm×10 mm×12 mm；拱圈橫撐采用直徑299 mm的圓形鋼管，壁厚12 mm。腹桿與上下弦桿之間通過圍護鋼板形成圓弧倒角，以增強景觀效果。

天橋每側(cè)梯道寬2 400 mm，梯道采用焊接工字鋼梁，支承處設(shè)置橫梁，休息平臺寬1 500 mm，踏步尺寸為350 mm×140 mm，工字鋼主梁高度為450 mm。

下部墩柱采用混凝土拱形墩，兩邊墩柱尺寸1 500 mm×1 000 mm，四周設(shè)半徑100 mm的圓弧倒角，拱形截面中間寬700 mm、高500 mm，拱腳通過錨栓與下部承臺相連。梯道墩柱采用直徑500 mm的鋼管柱。

相關(guān)圖如圖3～圖5所示。

圖3 橋梁立面圖（單位：mm）

圖4 橋梁橫斷面圖（單位：mm）

圖5 天橋?qū)嵕罢掌?/p>

4 結(jié)構(gòu)受力分析

4.1 計算模型

橋梁采用 MIDAS/Civil（V8.3.2）進(jìn)行計算，主梁及拱圈采用梁單元，共有單元218個，節(jié)點192個[2]，計算模型如圖6所示。

圖6 天橋計算模型

4.2 橋梁應(yīng)力驗算

橋梁正應(yīng)力計算結(jié)果如圖7和圖8所示，剪應(yīng)力計算結(jié)果如圖9所示。

主拱圈最大正應(yīng)力為159 MPa，最小正應(yīng)力為-184 MPa（拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），最大剪應(yīng)力為19 MPa；主梁最大正應(yīng)力為119 MPa，最小正應(yīng)力為-118 MPa（拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），最大剪應(yīng)力為14 MPa。均滿足《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTG D64—2015）[3]的要求。

4.3 橋梁撓度驗算

人群荷載作用下主梁的撓度計算結(jié)果如圖10所示。

主梁在人群荷載作用下最大撓度為7.3mm，小于 L/800=3 800/800=47.5（mm），滿足規(guī)范[1]設(shè)計要求。

圖7 橋梁最大正應(yīng)力（單位：MPa）

圖8 橋梁最小正應(yīng)力（單位：MPa）

圖9 橋梁剪應(yīng)力（單位：MPa）

圖10 主梁在活荷載作用下的豎向撓度（單位：mm）

4.4 橋梁固有頻率驗算

橋梁固有頻率計算結(jié)果如圖11所示。

圖11 橋梁固有頻率計算圖示

《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不小于3Hz。經(jīng)計算，該橋固有頻率為3.95 Hz，滿足規(guī)范設(shè)計要求。

5 結(jié)語

在城市人行天橋設(shè)計中，人流量較大的區(qū)域應(yīng)加強橋梁的景觀設(shè)計，秉承一橋一景的原則，從橋梁景觀上提高區(qū)域辨識度。

中承式鋼拱橋線形優(yōu)美、結(jié)構(gòu)輕盈，景觀優(yōu)勢明顯；通過MIDAS/Civil計算分析，橋梁應(yīng)力、變形、固有頻率均滿足規(guī)范要求，結(jié)果表明該橋型在技術(shù)上合理可行。