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    廣州市花蕾路新型鋼結(jié)構(gòu)槽型梁人行天橋設(shè)計與分析

    2019-07-20 03:14:36余宏
    城市道橋與防洪 2019年7期
    關(guān)鍵詞:人行天橋箱型主橋

    余宏

    (廣州市市政工程設(shè)計研究總院有限公司,廣東 廣州 510600)

    1 概述

    1.1 工程概況

    廣州市芳村大道南快捷化改造工程花蕾路人行天橋,位于芳村大道與花蕾路交叉口。橋位處人流量、車流量較大,根據(jù)總體設(shè)計,人車分離,新建人行天橋。

    為避免對既有花蕾路高架橋、現(xiàn)狀道路造成影響,同時滿足城市道路景觀要求,天橋于花蕾路和芳村大道十字路口4個角位及中央綠化帶處立墩布設(shè)。天橋平面呈”工”字形布置,南北向主橋為直線段順延道路里程線布置,東西向主橋為避讓既有高架橋墩,局部梁段設(shè)置為弧形繞行,見圖1。在十字路口4個角位均設(shè)置梯道,梯道沿道路邊線布置。

    1.2 主要技術(shù)標準

    (1)環(huán)境類別:I類。

    (2)凈空要求:橋下車行道范圍不小于5.0m,人行道范圍不小于2.5 m,橋上人行凈空不小于2.5m。

    (3)設(shè)計荷載:人群荷載:按《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》(CJJ 69—95)。

    (4)振頻率:上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不小于3 H z。

    圖1 天橋橋位平面圖

    (5)高程系統(tǒng):廣州市城建高程系統(tǒng)。

    (6)坐標系統(tǒng):廣州市城建坐標系統(tǒng)。

    (7)結(jié)構(gòu)設(shè)計基準期:100 a。

    2 天橋設(shè)計

    2.1 總體設(shè)計

    擬建天橋“工”字形主橋Z2~Z5主梁支座間距43.1 m,Z1~Z3主梁跨徑為 31.55 m+30.37 m,Z4~Z6主梁跨徑為23.57m+33.6m。

    天橋“工”字形主橋均采用鋼結(jié)構(gòu)槽型梁結(jié)構(gòu),即一種新型聯(lián)合梁結(jié)構(gòu)。槽型梁兩側(cè)縱梁為箱型截面,中間通過橫梁相連,橫梁上設(shè)壓型鋼板混凝土組合板。槽型梁箱型截面縱梁兼作天橋的防護墻,梁高按二次圓曲線變高設(shè)計,整個天橋線條輕盈美觀,與周圍環(huán)境協(xié)調(diào),見圖2~圖5。

    圖2 鋼結(jié)構(gòu)槽型梁標準截面圖

    圖3 天橋Z2~Z5主梁立面布置圖(單位:mm)

    圖4 天橋Z1~Z3主梁立面布置圖(單位:mm)

    圖5 天橋Z4~Z6主梁立面布置圖(單位:mm)

    2.2 鋼結(jié)構(gòu)槽型梁主橋設(shè)計

    本案天橋“工”字形主橋新型聯(lián)合梁截面構(gòu)造見圖6、圖7,截面兩側(cè)設(shè)置2片縱向閉合箱型截面鋼梁,縱梁頂、底板厚25mm,腹板厚16mm??v梁間設(shè)置箱型截面橫梁,橫梁板厚均為12 mm,橫梁間距為2 m,縱梁對應(yīng)橫梁處設(shè)橫隔板,板厚12mm。橫梁上設(shè)壓型鋼板混凝土組合橋面板,壓型鋼板與橫梁通過焊縫連接,連接處設(shè)L50×6角鋼支撐,間距25 cm。縱梁箱內(nèi)頂、底及腹板設(shè)置4道(南北向主橋6道)的通長縱向加勁肋,加勁肋10mm厚,高150mm。橋面設(shè)1%雙向坡。

    圖6 天橋Z2~Z5主梁標準截面圖(單位:mm)

    圖7 天橋Z1~Z3、Z4~Z6主梁標準截面圖(單位:mm)

    天橋Z2~Z5主梁寬5.6m,橫向布置為:0.8m(主梁)+4m(人行道)+0.8m(主梁)=5.6 m,鋼箱縱梁梁高1.8~2.8 m。天橋Z1~Z3、Z4~Z6主梁寬4.6m,橫向布置為:0.8m(主梁)+3m(人行道)+0.8 m(主梁)=4.6m,鋼箱縱梁高1.2~1.8m。

    天橋鋼結(jié)構(gòu)槽型主橋采用工廠預(yù)制,現(xiàn)場設(shè)置臨時墩,分段吊裝,再焊接為整體。鋼結(jié)構(gòu)均采用Q345C。

    本文人行天橋鋼結(jié)構(gòu)槽型主橋也是鋼—壓型鋼板混凝土組合梁結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新應(yīng)用。鋼—壓型鋼板混凝土組合梁最早于2002年在北京市萬泉河路改造工程的人行天橋得到應(yīng)用[4]。因其具有自重輕、剛度大、施工快捷,且能保證施工期間橋下道路正常通行等優(yōu)點,在城市交通系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[5]。

    2.3 景觀考慮

    本案人行天橋受限于既有花蕾路高架橋和現(xiàn)狀道路,天橋主橋平面呈弧形“工”字形布置,4個角位設(shè)置的梯道也是沿道路邊線弧形布置。天橋在滿足功能的同時,能較好的適應(yīng)橋址地形,弧線優(yōu)美、平面對稱,具有一定的景觀效果。

    本案人行天橋因下穿既有花蕾路高架橋,梁高受限。采用這種新型的鋼結(jié)構(gòu)槽型梁能較好的適應(yīng)這種情況。槽型梁箱型截面縱梁兼作天橋的防護欄,梁高按二次圓曲線變高設(shè)計,整個天橋線條輕盈美觀,與周圍環(huán)境相得益彰。

    正如著名橋梁大師鄧文中先生所說:“一座美觀的橋梁應(yīng)該是功能的自然體現(xiàn),具有簡潔的結(jié)構(gòu)形式,新穎的造型,與環(huán)境和諧協(xié)調(diào)。”

    3 天橋計算分析

    3.1 組合梁計算理論

    在混凝土板和鋼梁連續(xù)牢固結(jié)合的前提下,結(jié)合梁彎曲時,截面符合平面變形假定,材料服從虎克定律,假設(shè)二種材料的彈性模量之比為:

    計算時,在相同位置上混凝土截面換算成1/n0倍的等價鋼梁換算截面,并據(jù)此計算各換算截面的特性。

    同時,在分析鋼混組合梁時,應(yīng)分階段考慮結(jié)構(gòu)施工過程,將各階段組合梁的內(nèi)力和變形分別組合疊加,以得到結(jié)構(gòu)最終階段各控制截面的反應(yīng)[4]。

    3.2 有限元計算分析

    (1)有限元模型

    本文采用大型通用有限元分析軟件M ID A S C I V I L 2017建立天橋“工”字形主橋上部結(jié)構(gòu)全橋空間有限元模型,分階段模擬天橋的施工過程,全橋空間有限元模型見圖8。

    圖8 天橋“工”字形主橋MIDAS有限元模型

    (2)荷載分析

    天橋的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)進行各種荷載組合下的強度、穩(wěn)定、剛度和施工應(yīng)力驗算。荷載主要包括人群荷載、結(jié)構(gòu)自重、均勻升降溫及支座沉降等。

    按規(guī)范《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》(CJJ 69—95)對上述荷載進行各種工況下的荷載組合。

    (3)應(yīng)力分析

    各種荷載組合下最不利控制截面應(yīng)力見圖9、圖10,荷載組合工況下,最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在Z4-Z5主梁中支點上緣為99.3 MPa,最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在Z2-Z5和Z5-Z6主梁交點下緣為-131.0 MPa,因此截面抗彎滿足要求。

    單元截面橫向(y方向)和豎向(z方向)的最大剪應(yīng)力分別為14.6MPa和12.9MPa,均小于容許應(yīng)力120MPa,因此截面抗剪滿足要求。

    圖9 最不利荷載組合下正應(yīng)力圖(單位:MPa)

    (4)穩(wěn)定性分析

    對箱型截面縱梁和橫梁,均滿足:h/b0≤6且L1/b0≤95×235/fy,故整體穩(wěn)定性滿足要求。

    對箱型截面縱梁,因80×235fy/<h0/tw<250,故縱梁均按要求設(shè)置橫向和縱向加勁肋。

    對箱型截面橫梁,因h0/tw<80×235fy,故橫梁局部穩(wěn)定性滿足要求。

    (5)變形分析

    人群荷載作用下結(jié)構(gòu)的變形見表1,人群荷載(活載)的最大豎向撓度均小于L/800,滿足規(guī)范容許值要求。

    表1 活載作用下最大豎向撓度

    (6)動力分析

    計算得鋼桁梁一階豎彎自振頻率為f1=3.17H z>3.0 H z,見圖 11。

    圖11 主橋一階豎彎振型

    4 結(jié) 論

    本文介紹的花蕾路鋼結(jié)構(gòu)槽型梁人行天橋,方案新穎、有較好的適用性、結(jié)構(gòu)受力明確,兼具一定的景觀性。目前該天橋正在進行施工,天橋方案為類似的工程提供參考。

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