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      中承式鋼拱橋在城市人行天橋中的應(yīng)用

      2018-08-18 05:45:32高海亮蔣海軍
      城市道橋與防洪 2018年8期
      關(guān)鍵詞:人行天橋拱圈墩柱

      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。

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