某钢结构人行天桥设计
2015-01-08胡美
胡美
(上海千年城市规划工程设计股份有限公司,上海市 201108)
1 工程概况
离石区作为吕梁市中心城区,近年来基础设施建设突飞猛进,道路的交通量也随之增加,较多路段出现人车混行。为优化交通,方便市民出行,提高城区人流密集节点机动车通行能力,设置过街人行天桥。
滨河北路北侧为市人民医院和水利局,出入市医院的病患和家属较多,影响滨河北路机动车通行能力,行人存在较大安全隐患。经多桥位方案比选及业主现场确认,并综合考虑场地建桥条件,确定市人民医院人行天桥位于滨河北路和凤山路交叉口,医院西侧(见图1)。为实现十字路口行人立体过街要求,并考虑东川河大桥位置,采用C型平面布置,设置4个梯道及4个升降电梯。满足医院密集人流过街要求,而不影响地面车行交通。
图1 天桥选址
2 技术标准
(1)桥面宽度:主桥宽4.0 m;普通梯道宽2.5 m,局部现场环境受限宽2.0 m;升降电梯暂定2×2 m,电梯井基础及尺寸待业主选定厂家后确定,电梯提升高度不小于7.5 m。
(2)桥下净高:不小于5.0 m。
(3)人群荷载:根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》(CJJ 69-95),考虑节假日人群聚集的现象,取5 kPa。
(4)栏杆:采用工艺栏杆,高1.1 m,并按规范设置儿童扶手。
3 天桥结构设计
3.1 总体设计
滨河北路现状双向六车道机动车道宽约23 m,北侧人行道宽约10 m,南侧人行道结合沿河绿化带宽约12 m;与凤山路交叉的十字路口内设有导流岛,在其中设置桥墩,可减少天桥占地面积。天桥平面线形为C形,由半径分别为31.5 m、25 m、72 m的三段圆弧组成,为三跨连续钢箱梁结构,两中墩布置于十字路口导流岛中,通过横梁与人行道处横梁墩连接,有效减小了结构跨径,主桥跨径布置为:34.674 m+31.438 m+36.576 m,见图2。桥面除钢箱梁自身预拱度外,在其圆环平面内以固定轴线设置1%纵坡,满足排水需要。主桥宽4 m,横梁宽3 m,见图3。
图2 桥位平面图
图3 立面布置图(单位:mm)
3.2 结构设计
天桥主梁、梯道梁均为钢结构,由钢板焊接组合而成。主梁为等截面钢箱梁,梁高1.4 m,顶宽4.0 m,底宽2.5 m,顶板厚14 mm,腹板厚14 mm,底板厚16 mm,纵向加劲肋及横隔板板厚均为12 mm,横隔板标准间距为2 m,局部位置进行调整。1、2号主墩与1、2号横梁墩设置直线横梁过渡,横梁高度与钢箱梁高相同,均为1.4 m。横梁宽3.0 m,与梯道连接处设牛腿,用以搁置梯道梁。为保证横梁与钢箱梁共同受力,横梁内设纵横隔板。单跨钢箱梁设置预拱度,主梁结构采用Q345qD钢,见图4、图5。
图4 横梁断面图(单位:mm)
图5 钢箱梁断面图(单位:mm)
梯道梁为高0.5 m,宽0.2 m的矩形截面,板厚16 mm,每个梯道设置两道梯道梁,梯道梁间焊接钢板形成梯道踏步,踏步钢板厚12 mm。梯道结构采用Q345qD钢。按规范大于18阶踏步设置休息平台,平台宽2.1 m。
天桥墩柱均采用钢管内灌混凝土结构,主墩墩柱直径为0.8 m,横梁墩、梯道墩柱直径为0.6 m,立柱及盖梁采用Q345qD钢。1号墩为避让管线,墩中心线位于钢梁圆环中心线内0.8 m,主墩基础采用直径为1.5 m的挖孔桩,横梁墩、梯道墩采用直径为1.2 m的挖孔桩。梯道墩立柱与梯道平台固结,梯道墩基础采用直径为1.2 m的挖孔桩。挖孔桩基础必须保证桩底嵌入持力层满足规范要求。
天桥墩柱均采用钢管内灌混凝土结构,主墩墩柱直径为0.8 m,横梁墩、梯道墩柱直径为0.6 m,立柱及盖梁采用Q345qD钢。1号墩为避让管线,墩中心线位于钢梁圆环中心线内0.8 m,主墩基础采用直径为1.5 m的挖孔桩,横梁墩、梯道墩采用直径为1.2 m的挖孔桩。梯道墩立柱与梯道平台固结,梯道墩基础采用直径为1.2 m的挖孔桩。挖孔桩基础必须保证桩底嵌入持力层满足规范要求。梯道底端基础采用明挖扩大基础,基底承载力要求达到250 kPa。梯道梁与梯脚基础之间固结。
3.3 景观设计
该人行天桥平面采用“C”造型,桥侧装饰选用传统窑洞造型。增加人们对过去的回顾,韵律十足。桥身侧面的弧型窗口装饰与C型桥体有机结合,形成圆润、跃动的韵律美感。采用造型钢板增加桥面支撑,半圆孔内暗藏照明系统,实用美观。同时,栏杆及电梯外立面与与之呼应,见图6、图7。
图6 天桥日景效果图
图7 天桥夜景效果图
3.4 附属设施
栏杆:天桥主梁及梯道栏杆均采用工艺栏杆,高1.1 m,并按规范设置儿童扶手。梁体侧面设弧线型光窗口,栏杆呼应采用弧线型。栏杆柱与钢箱梁顶面焊接。
桥面铺装:桥面采用20厚细石混凝土环氧砂浆调平阶梯+10 mm厚橡胶防滑地砖,桥面不设横坡。
伸缩缝:主梁和梯道梁间设置钢板伸缩缝。
支座:钢主梁与0号主墩设置GYZ450X84板式橡胶支座,钢主梁与1号横梁墩设置GYZ300×63板式橡胶支座,主梁与2号主墩设置GYZ550×110板式橡胶支座。梯道梁与横梁牛腿之间均设置GYZ150×35板式橡胶支座,梯道支座处设置横向、竖向限位装置。梯道较低平台位置立柱上设置GYZ200×42板式橡胶支座。
排水:排水采用落水管沿桥墩立柱而下接入地面道路排水系统。
4 结构受力分析
4.1 计算模型
整体结构计算采用Midas/Civil 2010(V7.8.0)建立单梁模型计算。主梁采用梁单元,共有单元265个,节点269个,计算模型见图8。
4.2 主梁容许应力验算
主梁上下缘应力见图9~图11。
图8 计算模型
图9 主梁上缘应力图(单位:MPa)
图10 主梁下缘应力图(单位:MPa)
图11 主梁剪应力图(单位:MPa)
由图9~图11可知,主梁最大正应力为115.13 MPa,小于容许应力210 MPa,满足规范要求。主梁最大剪应力为23.36 MPa,小于容许应力120 MPa,满足规范要求。
4.3 变形计算
根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》(CJJ 69-95)第2.5.2条规定,对于天桥上部结构为梁板式主梁时,由人群荷载计算的最大竖向挠度不应超过L/600(L为计算跨径)。
活载作用下纵梁的挠度见图12。
图12 人群荷载作用下竖向挠度(单位:mm)
在人群荷载作用下,主梁最大挠度为10.94 mm,小于L/600=31 438/600=52.40 mm,满足规范要求,说明纵梁刚度满足要求。
4.4 自振特征值计算
根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》(CJJ 69-95)第2.5.4条规定,天桥上部结构竖向自振频率不应小于3 Hz,第1~10阶自振频率见表1。
表1 第1~10阶自振频率
第5阶自振模态为主梁第一阶竖向振动,竖向振动自振频率为6.945093,满足规范要求,见图13。
图13 第5阶自振模态
5 结语
该人行天桥采用C型平面布置的三跨连续钢箱梁结构环绕地面交叉口,造型优雅,桥身简洁、大方,有较好的景观效果。根据结构总体计算结果,桥梁应力、变形、自振频率等各项指标均满足规范要求。