危玉蓉 熊誠(chéng) 李靜 陳玉龍 梁慶學(xué)

摘要：某人行天橋的主橋?yàn)楹?jiǎn)支鋼桁架結(jié)構(gòu)，橋梁平面布置為H形。通過(guò)MIDAS CIVIL軟件對(duì)鋼桁架梁、鋼平臺(tái)及連梁進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算分析結(jié)果表明其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求，還介紹了天橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)，可為類(lèi)似工程設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：人行天橋； 鋼桁架梁； 結(jié)構(gòu)計(jì)算； 特征值

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.11文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

隨著我國(guó)城市快速交通的不斷發(fā)展，高速公路，軌道交通、城市快速路的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)逐步完善，人行過(guò)街系統(tǒng)也在不斷發(fā)展。按規(guī)范要求，當(dāng)行人與非機(jī)動(dòng)車(chē)穿越快速路或有封閉要求的道路時(shí)，必須采用立體交叉的方式［1］。其中，人行天橋發(fā)展最快，應(yīng)用最廣。在一些城市主干路和快速路中由于中間沒(méi)有設(shè)置綠化帶，橋梁沒(méi)有在跨中設(shè)置墩柱的空間，因此對(duì)人行天橋跨越能力的要求也越來(lái)越高。而鋼桁架結(jié)構(gòu)具有承載能力大、剛度大、跨越能力大、造型美觀、行人舒適感強(qiáng)等特點(diǎn)［2］，使得鋼桁架人行天橋被廣泛應(yīng)用。

1工程概況

某快速化改造工程項(xiàng)目為宜昌市的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，主線道路等級(jí)為城市快速路，主線橋梁寬度為18～25.5 m，雙向4～6車(chē)道，設(shè)計(jì)車(chē)速為60 km/h，主輔共面段長(zhǎng)875.3 m，紅線寬度26～56 m。

本文結(jié)合項(xiàng)目的項(xiàng)目特點(diǎn)，經(jīng)分析研討在主輔共面的交叉路口擬興建一座人行天橋，對(duì)該人行天橋進(jìn)行方案比選后，推薦天橋方案主橋?yàn)楹?jiǎn)支鋼桁架結(jié)構(gòu)，橋梁平面布置為H形，如圖1、圖2。該處主線雙向六車(chē)道，輔道雙向4車(chē)道。道路橫斷面布置為41 m。

2主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1上部結(jié)構(gòu)

天橋主橋?yàn)楹?jiǎn)支鋼桁架結(jié)構(gòu)，采用“工廠節(jié)段預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)焊接拼裝”的方法施工。計(jì)算跨徑為55.55 m，鋼桁架全長(zhǎng)56 m，鋼桁架寬5 m，高5.45 m。上下弦桿均采用箱型截面，截面寬度400 mm，高度為450 mm，板厚為16～18 mm。北側(cè)兩端分別接長(zhǎng)14.669 m和17.037 m鋼箱梁連梁，南側(cè)兩端分別接長(zhǎng)19.457 m和12.681 m鋼箱梁連梁，鋼箱梁寬3.5 m，高1.2 m。

2.2下部結(jié)構(gòu)

主梁橋墩采用鋼平臺(tái)接直徑為1.2 m圓形鋼柱，2.5 m×2.5 m×2 m承臺(tái)接直徑2根1.5 m鉆孔灌注樁。連梁與鋼平臺(tái)固結(jié)。

3荷載計(jì)算

3.1恒載計(jì)算

（1）自重：鋼結(jié)構(gòu)78.5 kN/m3；

（2）橋面鋪裝：8 mm厚鋼板及C30壓模防水混凝土（均厚59.25 mm），縱橋向二期恒載（含雨棚、欄桿）按16.0 kN/m計(jì)算;

（3）基礎(chǔ)不均勻沉降： 5 mm；

3.2活載計(jì)算

（1）人群荷載：跨度L=56 m，w=［5-2×（56-20/80）］×（20-4.2/2）/20=3.67 kPa；

（2）溫度荷載：整體升降溫±25 ℃；

（3）風(fēng)荷載：v=27 m/s，風(fēng)壓為W0=v2/1.6=0.46 kPa。

W=K1·K2·K3·K4·W0=0.85×0.8×1.3×0.8×0.46=0.325 kPa

上弦桿風(fēng)荷載為0.325×0.45=0.15 kN/m，下弦桿風(fēng)荷載為0.325×0.45=0.15 kN/m。

4結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

使用MIDAS/Civil軟件建立三維有限元模型，對(duì)人行天橋進(jìn)行驗(yàn)算。

4.1鋼桁架梁計(jì)算分析

鋼桁架結(jié)構(gòu)分為上弦桿、下弦桿、腹桿，均采用梁?jiǎn)卧M，如圖3。

4.1.1鋼桁架應(yīng)力分析

按《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》驗(yàn)算上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性［3］。

經(jīng)計(jì)算，承載能力極限狀態(tài)基本組合效應(yīng)比偶然組合效應(yīng)大，故以下只列出基本組合的結(jié)果。

工程結(jié)構(gòu)危玉蓉， 熊誠(chéng)， 李靜， 等： 某鋼桁架人行天橋的計(jì)算分析

4.1.1.1弦桿應(yīng)力

由圖4、圖5可以看出，荷載組合作用下上、下弦桿的最大拉應(yīng)力為103.3 MPa，最大壓應(yīng)力為67.1 MPa，均小于JTG D64-2015《公路鋼結(jié)構(gòu)橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的容許應(yīng)力［σ］=270 MPa。

4.1.1.2腹桿應(yīng)力

由上圖6可以看出，荷載組合作用腹桿的最大拉應(yīng)力為67.6 MPa，最大壓應(yīng)力為44.4 MPa，均小于JTG D64-2015《公路鋼結(jié)構(gòu)橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的容許應(yīng)力［σ］=270 MPa。

4.1.1.3下橫梁應(yīng)力

由圖7、圖8可以看出，荷載組合作用下橫梁的最大拉應(yīng)力為94.4 MPa，上橫桿最大壓應(yīng)力為3.3 MPa，均小于JTG D64-2015《公路鋼結(jié)構(gòu)橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的容許應(yīng)力［σ］=270 MPa。

4.1.2鋼桁架梁撓度分析

4.1.2.1恒載撓度

全橋落架后自重、二期恒載引起的撓度見(jiàn)圖9～圖11（單位：mm）。

4.1.2.2人群荷載作用下?lián)隙?/p>

由圖11可以看出，人群荷載下最大撓度為12 mm 55550/1600=34.72 mm，需要設(shè)置預(yù)拱度。

4.1.3鋼桁架梁特征值分析

結(jié)構(gòu)特征值分析采用子空間迭代法，二期恒載通過(guò) Midas程序中荷載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量功能，將二期恒載轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)質(zhì)量計(jì)算。該橋在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)比了3種不同截面的下橫梁的特征值，如圖12、表1所示。

經(jīng)綜合比選后，下橫梁選擇截面2（I形），3階豎向自振頻率f=3.045 Hz＞3 Hz，見(jiàn)表1，滿足CJJ 69-1996《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》的要求［4］。隨著振型階數(shù)的增大，人行天橋的自振頻率也不斷增大。

4.2連梁應(yīng)力分析

主梁橋墩采用鋼平臺(tái)接鋼柱，連梁與鋼平臺(tái)固結(jié)，如圖13所示。

4.2.1連梁正應(yīng)力

由圖14、圖15可以看出，連梁最大壓應(yīng)力62.0 MPa、最大拉壓力49.5 MPa均小于210 MPa，滿足規(guī)范要求。

4.2.2連梁剪應(yīng)力

由圖16可以看出，連梁最大剪應(yīng)力18.6 MPa小于120 MPa，滿足規(guī)范要求。

4.2.3連梁位移

由圖17可以看出，連梁恒載和活載組合下連梁最大位移5.4 mm：5.4/20707=1/3835<1/1600，則連梁結(jié)構(gòu)不需設(shè)置預(yù)拱度。

5設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）節(jié)點(diǎn)處立面內(nèi)外鋼板采用整體板切割成節(jié)點(diǎn)板，不僅外觀效果更好，還能改善桁架節(jié)點(diǎn)受力。

（2）大跨徑簡(jiǎn)支鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，影響鋼桁架豎向自振頻率的主要因素之一是桁架的高度。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇合理的鋼桁架高度。

（3）大跨徑簡(jiǎn)支鋼桁架桁高取值都比較高，通常約為跨徑的1/10，節(jié)點(diǎn)間距可以取得較大，以增加天橋的通透性，輕盈感。

（4）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3 Hz，若結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不滿足要求，可通過(guò)以下措施來(lái)調(diào)整設(shè)計(jì)：①調(diào)整天橋結(jié)構(gòu)特性參數(shù)（斷面高度、桿件規(guī)格、天橋質(zhì)量）等，增大結(jié)構(gòu)剛度來(lái)調(diào)整。②在結(jié)構(gòu)上增設(shè)減震裝置，減少結(jié)構(gòu)的振動(dòng)效應(yīng)，通常采用TMD（調(diào)頻質(zhì)量阻尼器）減震器。

本橋是通過(guò)調(diào)整下橫梁的規(guī)格尺寸，使鋼桁架豎向自振頻率滿足規(guī)范要求。

6結(jié)論

通過(guò)對(duì)鋼桁架梁、鋼平臺(tái)及連梁進(jìn)行建模計(jì)算分析，分析結(jié)果顯示：

（1）在成橋使用階段，主梁各截面應(yīng)力分布良好，滿足規(guī)范要求。

（2）結(jié)構(gòu)在自重和人群荷載下的變形均滿足使用要求。

本文針對(duì)該人行天橋進(jìn)行了計(jì)算分析，總結(jié)出了天橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能為今后類(lèi)似工程設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)

［1］城市道路交通工程項(xiàng)目規(guī)范： GB 55011-2021［S］.

［2］劉曉捷，邵忠民，喬―宇.鋼桁架結(jié)構(gòu)在人行天橋中的應(yīng)用［J］.市政技術(shù)，2012（6）.

［3］公路鋼結(jié)構(gòu)橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范： JTG D64-2015［S］.

［4］城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范： CJJ69-1995［S］.

［作者簡(jiǎn)介］危玉蓉（1985—），女，碩士，高級(jí)工程師，主要從事道路橋梁設(shè)計(jì)工作。