钢箱梁型人行天桥设计要点及工程应用

唐勇

摘要： 根据笔者从事桥梁设计的工作经验，结合某钢箱梁型天桥的设计，对桥梁的方案设计、上部结构、下部结构和附属结构等方面进行了分析，指出了钢箱梁型天桥的设计中应注意的问题。

关 键 词： 钢箱梁型天桥 设计要点设计原则

中图分类号：U448文献标识码：A 文章编号：

Abstract： According to the author is engaged in bridge design work experience, combined with a steel box girder type bridge design, bridge design, the upper structure, substructure and accessory structure and other aspects of the analysis, pointed out the steel box girder type bridge design should pay attention to the problem.

Key words：Steel box girder type bridge; Design Essentials; Design principles.

1引言

随着我经济的快速发展以及城市化进程的不断深入，城市人口的不断增加，给城市的交通带来了一定的难度。人行天桥作为一种人行过街的设施，能够有效地提高城市路网的通行你能力、确保行人过街的安全方便，在城市建设中得到广泛的应用。钢箱梁天桥因其施工快捷，钢结构可先加工再运到桥址，进行现场拼接、组合，能有效四缩短施工工期，对交通影响小，作为现阶段发展的趋势。同时，钢构件断面小、自重轻，钢材的塑性和韧性好，使得钢箱梁桥的抗震性能好。在我国钢箱梁桥的应用越来越普遍，如何设计好钢箱梁桥就显得十分重要了。本文就结合某钢箱梁型天桥，对这种桥的设计进行了简要的分析。

2工程概况

深圳宝安区梅龙镇人行天桥桥梁型式为钢箱梁桥，跨越梅龙路总长49米，分两跨各为22.8m， 桥梁中墩设在中央分隔带范围，桥梁建筑宽5m，桥面净宽4.50m，主桥下净空大于5.0m。梅龙路两侧为居住区，车流量大，车速快，行人过街困难，为保证行人安全，及有效缓解该路段行人对地面交通的影响，设置一座人行天桥非常必要。

设计标准：1）设计荷载：人群5.0 KN/m2，基本风压W0＝0.90 KN/m2；栏杆、扶手竖向荷载 1.2KN/m，水平荷载 2.5KN/m；汽车撞击力：顺桥向 350KN，垂直行车向 175KN。2）桥面布置：桥梁全宽5米，人行系统净宽4.5米。3）桥梁顶面纵横坡：纵坡由桥面竖曲线及预拱度形成，横坡为双面坡设计，坡度为1％。4）温度效应：钢材线膨胀系数0.000012，考虑系统温差±25℃，有效温度标准值最高46℃，最低-3℃，合拢温度取25℃。5）地震动峰值加速度系数按0.15g采取相应抗震设计。6）桥梁净空5m。7）设计安全等级：二级。8）环境类别为I类；设计基准期100年；天桥上部结构竖向自振频率≥3HZ。

3天桥设计的总体原则

与设计其他构筑物一样，在天桥设计中应遵循以下原则：1）安全性。桥梁自身的安全是指整个结构及其各组成构件，在制造、运输、安装和运营过程中应能满足强度、刚度、稳定性和耐久性的要求。桥梁结构的强度应使其所有组成构件及连接构造的材料抗力或承载能力具有足够的安全储备。对于刚度的要求，应使桥梁在荷重作用下的变形不超过规定的容许限值，因为过度的变形会导致结构连接的松弛，带来超过桥梁设计的动力响应，给行人不舒适和不安全的感觉，严重者会危及桥梁结构的安全。结构的稳定性要求，就是要使桥梁结构在各种外因影响下，具有保持原有形状和位置的能力。震区内的桥梁，在计算和构造上还要满足抗震要求。总而言之，要保证桥梁结构自身的安全，就是要在设计时满足结构尺寸和构造上的要求。2）适用性。桥面人行道宽度应保证桥上人群的安全畅通，同时应考虑未来人流量增长的可能和需要。桥梁建成以后要保证使用年限内，构造上应具有可维修性，以保证在其功能衰减或满足未来发展需要时能够顺利加固、扩建。另外，桥面的平整程度是保证行人的平稳和舒适程度的关键。3）经济性。在安全、适用的前提下，经济因素是衡量技术水平，做出方案选择的主要因素。在设计中，应提出几套初步设计方案，并须根据因地制宜、就地取材、方便施工的原则，考虑包括造价、工料供应来源、结构使用年限、运营费用、估计未来发展的合理储备，以及发生特殊情况时桥梁具有的适应能力，通盘进行方案比较，选择适当的桥型。要全面而精确地计算、照顾到所有的经济因素往往是很困难的，在方案比较中，应充分考虑桥梁在使用期间的运营条件以及养护、加固和维修等的费用。4）先进性。桥梁设计应能体现现代桥梁建设的新技术。应尽量采用先进的施工艺技术和施工机械、设备，以便于制造和架设，并利于减少劳动强度，加快施工进度，同时保证工程质量和施工安全。5）施工上的要求。桥梁结构在施工阶段应便于制造和架设，在运营阶段应便于检查、维修和加固。采用先进的工艺技术和施工机械的同时，应考虑到施工的可行性，保证施工速度、工程质量和施工安全。6）美观上的要求。近代桥梁规划设计的趋势，多将美观列为桥梁使用要求的一项内容。桥梁除具有雄伟的轮廓外，其布局、风格、色彩还应与周围的景致和谐。人行天桥应较多地考虑建筑艺术方面的要求:1）在满足其他功能要求的前提下，要选用最佳的结构形式——纯正、清爽、稳定。美从属于质量，质量统一于美。2）美主要表现在结构选型和谐与良好的比例，并具有秩序感和韵律感，过多的重复将会导致单调。3）应重视与环境的协调。包括材料的选择，表面的质感，特别是色彩的运用起着重要作用。而运用模型则有助于实感判断，审视阴影效果。

4天桥方案设计

本方案设计坚持以人为本，全部方案采取廊桥的设计。充分考虑行人过街的舒适性，避免风吹雨打。所有方案的天桥施工都将采取工厂预制方式，即钢结构工厂先加工，加工完成后运到桥址，进行现场拼接、组合，这样施工的好处是工期短，对交通影响少。

该天桥方案结构合理，施工难度不高，具有实用、耐看的价值。天桥雨棚的支撑用钢拱，其外形很好地表现出鸿雁飞翔的姿态，结构受力也比较合理，因此具备美观、实用的特点。天桥的20个30×10cm钢管拱结构足以承受顶棚的重量。顶棚采用夹胶钢化玻璃。该方案采用廊桥设汁，天桥主要元素为半拱形元素，该元素分布于天桥顶棚支撑，是顶棚的主要支撑结构，这种拱形结构受力合理，同时吊杆的安装难度也不会太大。在桥梁美学构成中，线是一切形态的代表和基础，线的表现力最丰富，是形象单元中最重要的单元，而拱线给人以张力、柔韧的感觉。方案效果如图1所示。

图1 梅龙镇人行天桥效果图

5桥梁结构

5.1上部结构

天桥主梁采用现场拼装单箱双室等截面连续钢箱梁，全桥共分两跨，桥跨分跨为1.70＋22.8＋22.8+1.70＝49m，全长49米，在梯道相接处外伸牛腿，与梯道搭接形成整体。主桥全宽5m，梁高1.0m，横坡为双面坡设计，坡度为1％；纵向设置R＝742.063m圆曲线，主桥中间两跨中设5cm预拱度,其余部分按二次抛物线设置。

图2 单箱双室等截面连续钢箱梁截面图

主梁截面为钢板焊制钢箱梁，总宽度为5米， 主梁截面高1.0米，桥面两侧踢脚各宽0.25米。

全桥共设四座人行梯道，坡度为1：2和1：4。梯道均为钢板焊制闭合箱形截面连续梁，工厂分段制造，工地安装焊接为一体。梯道总宽度均为3.4米,两侧踢脚各宽0.15米,梯道表面均不设横坡。

5.2下部结构

天桥桥墩基础采用钻孔灌注桩基础，桩基直径D=80cm，天桥主梁桥墩承台下设置2根桩基，梯道中墩为桩接柱形式，梯脚基础为桩接承台形式。

图3 天桥主梁桥墩承台

天桥墩柱采用钢管混凝土结构，内注C35补偿收缩混凝土，墩底与承台（桩顶）采用预埋地脚螺栓连接。主桥墩采用钢板柱，梯道中墩采用D＝50cm钢管柱。

5.3附属结构

天桥和梯道桥面铺装采用M10水泥砂浆，内设Φ4mm抗裂钢丝网，水泥砂浆厚度3cm；在砂浆上刷XYPEX水泥基渗透结晶防水材料；面层采用2cm厚烧面天然花岗岩铺装。桥面接缝处用聚氨脂嵌缝膏填缝。顶棚采用夹胶钢化玻璃，以钢结构立柱及纵、横向连接杆为主龙骨，通过连接扣件固定；栏杆采用亚光不锈钢扶手，钢化玻璃作挡面。

6结语

通过结合笔者从事桥梁设计的工作经验以及某钢箱梁型天桥的设计实例，提出天桥设计时必须注重整个结构及其各组成构件自身的安全性，而且结合近代桥梁规划设计的趋势，桥梁除具有雄伟的轮廓外，其布局、风格、色彩还应与周围的景致和谐。人行天桥应较多地考虑建筑艺术方面的要求。笔者预测，鉴于钢箱梁天桥因其施工快捷，钢结构可先加工再运到桥址，进行现场拼接、组合，能有效四缩短施工工期，对交通影响小，其将作为现阶段发展的趋势。

参考文献：

[1] 陈通，唐建强．人行天桥设计的探讨[J]．科学技术与工程，2010，31(01)：56～57.

[2] 张金富，王炳良，沈雷达．徐家汇肇嘉浜路人行天桥设计[J]．中国市政工程，2010，25(09)：31～32.

[3] 余凤翔．城市人行天桥设计上几个问题的探讨[J]．城市道桥与防洪，2011，35(04)：78～79.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。