大跨箱型截面钢桁架人行天桥设计实例

郑利军

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司西安分公司　陕西　西安　710086）

大跨箱型截面钢桁架人行天桥设计实例

郑利军

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司西安分公司陕西西安710086）

以宝鸡市高新区高新大道上的宝鸡文理学院人行天桥为研究对象，详细介绍了该人行天桥的总体设计、结构计算及施工要点，同时总结出大跨箱型截面钢桁架人行天桥设计经验。

大跨；箱型；钢桁架；人行天桥；设计；施工

1　工程概况

宝鸡文理学院人行天桥位于宝鸡市高新区高新大道与高新二路交叉口西侧，北侧正对宝鸡文理学院新校区南门，南侧为沿街商业区及高档住宅区，附近人流量很大，而此处又没有人行过街设施，为解决行在校师生及附近市民过街需要，特设此人行天桥。天桥横跨高新大道，高新大道为双向六车道城市主干路，道路全宽50m，是宝鸡高新区渭河南岸东西向最繁华的交通干道。做为高新大道上的首座人行天桥，为减少对行车的干扰，同时体现美观大气，采用单孔跨越高新大道（行车道和辅道），梯道呈“工”字型布置在两侧人行道上，天桥主桥采用40m跨的钢桁架，两侧的钢结构梯坡道通过牛腿支撑于主梁上。该桥已于2015年4月开工建设，桥梁效果图如图1所示。

图1　桥梁效果图

2　总体设计

2.1天桥总体布置

天桥主桁架总长46.8m，其中主跨40m，两侧各悬挑3.4m，横断面布置为0.3m桁架弦杆+0.25m栏杆+4.5m人行道+0.25m栏杆+0.3m桁架弦杆=5.6m。为体现桥梁动态美，主桥结构采用下承式变高度曲线形钢桁架，跨中处最底点桁架高4.03m，靠近支点处最高点桁架高5.197m。钢结构梯坡道呈“工”字型布置，分别采用1：2梯道和1：4坡道，步级分别为15cm×30cm和10cm× 40cm。

2.2钢桁架结构布置

为增强天桥整体美观大气效果，桁架采用变高度形式，即上弦杆呈波浪形微曲状。主桥采用两片钢桁架，通过钢横梁连接成整体结构。下弦平面钢横梁间距2m，并在靠近支座端设置剪刀撑；上弦平面钢横梁间距4m并设置剪刀撑。钢桁架直腹杆间距4m，在梯道处变为3.4m，相邻两直腹杆间设置斜腹杆。跨中桁架高4.03m，支点桁架高5.197m，各杆杆件均采用钢板焊接的矩形截面。截面尺寸主要为：主桁架上弦杆为400mm×300mm×14mm（高×宽×壁厚），下弦杆为500mm×300mm×16mm（支点处变为600mm高），腹杆为300mm×300mm×12mm，上弦平面横梁为350mm×200mm×14mm，下弦平面横梁采用工字型截面，为400mm×300mm×14mm×12mm（高×宽×顶底板厚×腹板厚）。

2.3节点设计

桁架节点是此类桥梁设计的关键部位，为使桁架外形美观，设计采用整体节点板，节点立面内外采用整体钢板切割成节点形式，内设加劲板。该形式具有：弦杆与腹杆处无焊缝、节点整体性好、传力直接的优点。按现行钢结构设计规范对此类矩形管节节点进行验算，承载力满足要求。

2.4附属设施设计

桥面系自上而下采分别为20mm防滑地砖+20mm厚砂浆+ 100mmC40防水钢筋混凝土+YXB51-226-678mm压型钢组合板。压型钢板组合楼板常在房屋结构中适用，将其应用在人行天桥桥面系中，具有许多优点：①压型钢板可作为浇注混凝土模板，不影响桥下交通；②使用阶段与混凝土板共同受力，代替部分受力钢筋，增强结构承载力。主桥采用双向1%纵坡自然排水，横向采用双向1%。梯坡道表面粘贴20mm厚塑胶面层，并设置铝合金防滑条。栏杆采用不锈钢夹层钢化玻璃栏杆，雨棚采用彩色钢化夹层玻璃。

3　结构计算

3.1静力计算

利用通用有限元软件Midas2013建立空间梁单元模型，在承载力状态下桁架应力见图2，桁架最大拉应力115.9MPa，最大压应力89.9MPa，小于Q345钢材容许应力210MPa。

图2　承载力状态下桁架应力图

在正常使用状态下，人群荷载引起的最大竖向挠度为14.1mm，小于规范容许挠度值L/800=50mm。在重力荷载和人群作用下产生的向下挠度为33mm＞L/1600=25mm，因此需要设置预拱度。

3.2动力验算

结构特征值分析采用子空间迭代法，二期荷载通过Midas2013程序中荷载转化为质量功能，将二期荷载转化为节点质量，计算出结构一阶竖弯频率为3.15Hz。根据文献规定，为避免共振，减少行人不安全感，天桥上部结构竖向自振频率不应小于3Hz，计算结果满足文献规定。由以上计算可见，钢桁架杆件承载力较大，整体结构刚度较大，杆件规格的选择需要综合承载力、刚度、焊接空间等方面需要求。

4　施工方法

主桥钢桁架先在工厂制作，然后运至现场吊装拼焊。全桥施工分为三个阶段：①施工桩基础、桥墩，同时在工厂制作钢桁架杆件、节点及楼梯，分段拼接。②搭设临时支架，运输钢桁架、楼梯至施工现场，利用凌晨少车的时段临时封闭交通，分段吊装钢桁架梁和楼梯，并进行焊接。③铺装压型钢板，安装桥面铺装及栏杆，安装雨棚及桥面装饰等。

5　结语

①在城市人行天桥设计中大部分采用钢箱梁和钢桁架结构形式。大跨度钢桁架结构相比钢箱梁结构，具有施工方便、用钢量少、造价低、景观效果好、方便设置雨棚等优点。由于下承式钢桁架与钢箱梁相比能降低桥面高程，故能减少两侧楼梯长度，减少天桥用地。②大跨度简支钢桁架结构的主要控制因素是竖向第一自振频率，而影响桁架竖向自振频率的主要因素则是桁架高度，设计时应注意选择合理的桁架高度。通常为满足天桥竖向自振频率要求，钢桁架结构天桥的高跨比一般都比较大（约1/10左右），造成钢桁架刚度也比较大，因此桁架截面可以取得比较小，节点间距可以取得比较大，以增加天桥的通透性和轻巧感。③利用弦杆两侧腹板外形形成节点板，内设加劲板，腹杆与节点板采用对接焊缝，该节点形式具有传力直接，节点整体性好、外形美观等优点。④钢桁架桥面板采用压型板组成桥面板，与横梁共同参与受力，结构刚度较大，施工快速方便。

[1]《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）.

[2]曾令权，孟杰.全焊箱型截面杆件三角形钢桁架在人行天桥中的应用.城市道桥与防洪，2014（12）：75～77.

[3]刘伟长.单跨60m钢桁架人行天桥设计与施工.山西建筑，2012（4）：207～ 208.

U442.5

A

1673-0038（2015）30-0030-02

2015-7-3

郑利军（1982-），男，工程师，主要从事道桥设计工作。