箱型截面桿件無(wú)節(jié)點(diǎn)板三角形鋼桁架人行天橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

孫全利

（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060）

1 工程概況

怡港花園人行天橋位于廣州市豐樂(lè)南路與陽(yáng)光街交叉口以南地段，西側(cè)是怡港花園。天橋采用一跨形式跨越豐樂(lè)南路。該天橋主要滿足道路兩側(cè)小區(qū)居民的橫向過(guò)街，將原有的平面過(guò)街改為立體過(guò)街，即提高了道路的交通功能，又保障了過(guò)街行人的安全。

天橋設(shè)計(jì)方案采用箱型截面桿件無(wú)節(jié)點(diǎn)板三角形鋼桁架橋。該橋型具有跨越能力強(qiáng)、用鋼量經(jīng)濟(jì)、施工方便、景觀性好等特點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)城市人行天橋中新發(fā)展起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)形式。

2 天橋總體布置

人行天橋上部采用下承式鋼桁架結(jié)構(gòu)，鋼桁架下設(shè)板式橡膠支座，兩端簡(jiǎn)支在橋墩外伸牛腿上，與梯道平臺(tái)間設(shè)置伸縮縫。平面布置上天橋主跨中線與豐樂(lè)南路中線垂直相交。根據(jù)道路兩側(cè)現(xiàn)狀，天橋平面布置成對(duì)稱的“工”字形[1]，天橋立面設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 天橋立面設(shè)計(jì)圖（單位：cm）

3 鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)布置

鋼桁架采用跨徑為37.94 m的下承式簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，三角形桁架型式。桁高3.5 m，桁寬3.8 m，節(jié)點(diǎn)間距6.213 m。上平聯(lián)桿件間距3.106 5 m，下平聯(lián)桿件間距1.55 m。主梁弦桿軸線采用圓曲線R=631.433 m設(shè)置，結(jié)構(gòu)橫斷面布置見(jiàn)圖2。

圖2 結(jié)構(gòu)橫斷面布置圖（單位：cm）

3.2 桿件設(shè)計(jì)

天橋所有桿件采用鋼板焊接而成，鋼桁架桿件結(jié)合結(jié)構(gòu)受力需要和焊接空間要求，上、下弦桿截面尺寸為500 mm×300 mm×16 mm，腹桿截面尺寸為260 mm×300 mm×12 mm，與弦桿整體節(jié)點(diǎn)板采用對(duì)接焊縫連接，上、下平聯(lián)橫梁截面尺寸為350 mm×300 mm×10 mm，橫梁與上、下弦桿垂直焊接。

3.3 鋼桁架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

鋼桁架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是鋼桁架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，目前常見(jiàn)節(jié)點(diǎn)有四種形式：（1）設(shè)置節(jié)點(diǎn)板；（2）不設(shè)節(jié)點(diǎn)板，同時(shí)箱斷面內(nèi)補(bǔ)焊加勁肋；（3）不設(shè)節(jié)點(diǎn)板，節(jié)點(diǎn)處外焊貼加強(qiáng)鋼板；（4）不設(shè)節(jié)點(diǎn)板，通過(guò)弦桿截面內(nèi)外側(cè)板件整體切割而成[2]。四種節(jié)點(diǎn)形式各有優(yōu)缺點(diǎn)：第一種焊接難度小，能夠保證焊接質(zhì)量，但也由于設(shè)置了節(jié)點(diǎn)板而使得美觀性較差；第二種和第三種方式焊接雖符合受力要求，但對(duì)美觀性有一定影響，且現(xiàn)場(chǎng)焊接難以保證質(zhì)量；第四種節(jié)點(diǎn)形式可以理解為在第二種和第三種方式的基礎(chǔ)上，將節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)板和弦桿及腹桿的外側(cè)板合成一塊板，采用整體板切割而成，本設(shè)計(jì)采用第四種型式，見(jiàn)圖3。這種節(jié)點(diǎn)型式具有整體性好、弦桿和腹桿相交處無(wú)焊縫，傳力直接等優(yōu)點(diǎn)。

圖3 桁架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖

4 橋面板設(shè)計(jì)

該橋位于城市次干路上，為減少施工對(duì)城市交通的影響，鋼桁架采用工廠預(yù)制加工，現(xiàn)場(chǎng)吊裝施工，同時(shí)采用壓型鋼板組合橋面板作為橋面系。將壓型鋼板鋪設(shè)在已吊裝完畢的下平聯(lián)橫梁上，采用圓柱焊釘穿透焊接在橫梁頂板上，然后作為施工模板，在上面綁扎鋼筋網(wǎng)，澆筑細(xì)石防水混凝土，形成組合橋面板[3，4]。圖4為壓型鋼板大樣圖。

圖4 壓型鋼板大樣圖（單位：cm）

橋面板設(shè)計(jì)全寬為3.2 m，壓型鋼板采用13mm的圓柱焊釘穿透焊接在下平聯(lián)的橫梁頂板上。橋面板設(shè)一層受力鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑6 mm，間距150 mm。鋼筋網(wǎng)上現(xiàn)澆30～50 mm厚C30細(xì)石混凝土，其上鋪設(shè)20 mm厚的彩色防滑地磚形成組合橋面板。鋼桁架橋面板的標(biāo)準(zhǔn)斷面見(jiàn)圖5。

圖5 橋面板斷面圖（單位：cm）

壓型鋼板組合樓板常在房屋結(jié)構(gòu)中使用，將其應(yīng)用在人行天橋橋面系中，具有眾多優(yōu)點(diǎn)：壓型鋼板可作為澆筑混凝土模板，不影響橋下交通；成橋后壓型鋼板可參與混凝土板受力，代替部分受力鋼筋，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)承載力，同時(shí)板底外露部分進(jìn)行防腐涂裝設(shè)后，具有一定的裝飾效果。

5 天橋結(jié)構(gòu)計(jì)算

5.1 靜力計(jì)算

利用有限元軟件建立空間梁?jiǎn)卧Ｐ停诔休d能力狀態(tài)下，桁架最大壓應(yīng)力71.4 MPa，最大拉應(yīng)力為70.8 MPa，小于Q345鋼材容許應(yīng)力310 MPa。

在正常使用狀態(tài)下，人群荷載引起的最大豎向撓度為7.5 mm，小于規(guī)范容許撓度值L/800=47.4 mm。在重力荷載和人群作用下產(chǎn)生的向下?lián)隙葹?4.4 mm＞L/1 600=23.7 mm，需設(shè)置預(yù)拱度，預(yù)拱度值為恒載+1/2活載作用下?lián)隙戎?0.6 mm。桁架應(yīng)力及位移分別見(jiàn)圖6、圖7。

圖6 鋼桁架應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖7 恒載+活載作用下豎向位移圖（單位：mm）

5.2 動(dòng)力計(jì)算

采用空間梁?jiǎn)卧?jì)算，天橋一階豎彎頻率為5.5 Hz，滿足規(guī)范對(duì)于天橋豎向自振頻率不小于3 Hz的要求[1-4]。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）三角形鋼桁架具有跨越能力強(qiáng)、景觀性好、吊裝重量輕、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，且能充分發(fā)揮桿件材料的力學(xué)性能，降低工程造價(jià)，因此多用于跨越城市現(xiàn)狀道路的人行天橋設(shè)計(jì)中。

（2）箱形截面桿件無(wú)節(jié)點(diǎn)板三角形鋼桁架橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，桁架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和橋面板結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵問(wèn)題。本工程對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)采用不設(shè)節(jié)點(diǎn)板，通過(guò)弦桿截面內(nèi)外側(cè)板件整體切割而成的型式，使其整體性好、弦桿和腹桿相交處無(wú)焊縫，傳力直接等優(yōu)點(diǎn)得到體現(xiàn)；橋面板采用壓型鋼板組合橋面板是創(chuàng)新，具有施工快速方便、造型美觀等優(yōu)點(diǎn)?？傊?，本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的特色和優(yōu)越性，值得推廣和應(yīng)用。