某竖琴式斜拉人行天桥设计

陈艳平

（广东省建筑设计研究院，广东 广州 510000）

1 工程概况

该人行天桥工程位于深圳龙岗坂雪岗工业区，距华为基地大约3 km。人行天桥连接华为荔枝园项目和杨美员工宿舍项目楼梯间，横跨环城东路。环城东路为城市主干道，桥位处道路宽度约为56 m：3 m（人行道）+1.5 m（绿化带）+2.5 m（自行车道）+6 m（绿化带）+13 m（车行道）+4 m（中央绿化带）+12 m（车行道）+7 m（绿化带）+2.5 m（自行车道）+1.5 m（绿化带）+3 m（人行道）。桥位西侧连接荔枝园会所，东侧连接杨美员工宿舍项目，两侧建筑均为与天桥同期建设的新建建筑。

2 主要技术标准

（1）设计荷载。人群荷载：按《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-1995）规定取值；栏杆：水平荷载为2.5 kN/m，竖向荷载为1.2 kN/m；风荷载：基本风压为0.9 kPa；地震荷载：地震动峰值加速度取0.1 g[1]。

（2）天桥桥下净空。机动车道和非机动车道不小于5.5 m，人行道不小于2.5 m。

（3）桥梁跨径组合和宽度。桥梁跨度布置为：5.17 m+24 m+64 m+22 m+3.37 m。主桥宽为7.55 m，人行道净宽3.4 m。

（4）其他技术要求。设计安全等级：二级；环境类别：Ⅰ-C类；设计基准期为100 a；抗震等级：Ⅵ度。

3 结构设计

3.1 总体设计

天桥桥跨布置为5.17 m+24 m+64 m+22 m+3.37 m，总长度118.54 m，为三跨连续梁，两端分别悬出5.17 m和3.37 m，中间1号墩设置斜塔和拉索。天桥纵向设置双向1.5%的纵坡，最高点位于中跨跨中处，天桥立面见图1。从景观方面考虑，天桥中间跨度采用64 m大跨度，中间桥墩采用大体量椭圆形桥墩，1号墩设置长悬臂斜塔和拉索，斜塔向主跨跨中倾斜。桥体为雅白色，桥面铺花岗岩地砖，斜塔与拉索位于桥梁一侧。天桥整体风格简洁大气，强调结构的力度和自然美感。

3.2 上部结构

上部结构主梁采用钢混结合梁，0号墩（含悬臂段5.17 m）和1号墩（往中跨7.624 m）之间为预应力混凝土结构，其中1.5 m为钢混结合段，其他部分为钢结构。主梁梁高2 m，梁宽7.55 m。预应力混凝土段采用满堂支架现浇施工，主梁截面为单箱三室，根据景观需要，两侧边箱室为三角形风嘴。钢结构段采用工厂预制，现场拼接，钢结构段主梁截面为单箱四室，两侧边箱室为三角形风嘴[2]。

3.3 下部结构

天桥中间桥墩为椭圆形实心桥墩，上大下小，墩顶与主梁形成包抱形式。边墩采用“V”型双柱式桥墩。基础采用桩基础。1号墩与主梁固结，墩顶为椭圆截面，墩底为圆截面。墩顶椭圆长轴长6.12 m，横桥向布置，短轴长5.4m；墩底原截面直径Ф3.3 m。承台厚度3 m，顺桥向布置2排6Φ1.2 m桩基，每排3根。2号墩与主梁支座连接，墩顶、墩底均为椭圆截面。墩顶椭圆长轴长5.8 m，横桥向布置，短轴长2.6 m；墩底长轴长3.5 m，横桥向布置，短轴长2.0 m。承台厚度2.5 m，顺桥向布置2排4Φ1.2 m桩基，每排2根。0号墩和3号墩采用2Φ0.7 m钢管混凝土圆柱，按“V”字型布置，墩顶采用Φ0.4 m系梁连接。承台厚2 m，横桥向布置2Φ1.2 m桩基。桩基按柱桩设计，桩底持力层为中风化粗粒花岗岩。图2为天桥断面图。

图1 天桥桥型立面图（单位：mm）

3.4 斜塔及拉索

为减轻结构设计的难度，本设计采取以下措施：斜塔采用钢结构塔身，减少结构自重和内力；斜拉索均按装饰索设计，选用最小规格的预应力钢绞线拉索；严格控制拉索初拉力，以消除拉索自重下挠为目的。

钢结构斜塔采用工厂预制、现场拼接安装的方式。斜塔截面由根部至塔顶逐渐变小，轴线与水平面成39.054°倾角，布置12根拉索，塔顶距梁顶面28 m。斜塔北侧（靠人行道侧）为铅直平面，塔顶段由5个平面组成五边形断面，逐渐变宽，到塔底部分南侧增加切面，形成六边形断面，与主梁南侧边缘齐平。塔座为现浇混凝土结构，塔座顶与斜塔底顺接，南侧切面与主梁风嘴顺接，两侧边为曲面，圆滑变化与斜塔两侧主梁风嘴顶板顺接。斜塔拉索采用钢绞线整束挤压拉索体系，为单根Фs15.2钢绞线，环氧喷涂和多层热挤PE防护，两端采用叉耳与斜塔和钢梁锚固[3]。

3.5 钢混结合段

本天桥设置2处钢混结合段，分别为预应力混凝土主梁与钢梁之间结合段、塔座与斜塔之间结合段。钢混结合段接头采用填充混凝土后板式的方式，通过将钢结构填充混凝土与钢结构外壁PBL剪力板、预应力钢筋和普通钢筋连接，预应力钢筋锚固在钢混结合段承压板上。主梁钢混结合段长1.5～1.703 m（底板段长），采用PBL剪力键传递剪力，与箱体周边纵肋对应布置。PBL键的传剪孔孔径为Φ60 mm，内插Φ22HRB400钢筋。斜塔钢混结合段长1.86 m（沿斜塔轴线量取），采用PBL剪力键传递剪力，与箱体周边纵肋对应布置。PBL键的传剪孔孔径为Φ50 mm，内插Φ12HRB400钢筋。钢混结合段钢结构内壁还设置一定数量的栓钉，增强钢结构和混凝土结构之间的连接。

4 结构受力分析

天桥成桥阶段模型采用Midas Civil Ver7.80版商业软件空间建模计算，采用梁单元模拟主梁、斜塔以及桥墩、承台和桩基础，桩基础根据m法设置桩侧土弹簧，地表10 m深度范围人工填土层m值取4 500 kN/m4，下方10 m深度范围人工填土层m值取kN/m4，全风化、强风化花岗岩m值取45 000 kN/m4，微风化花岗岩C0值取15 000 000 kN/m4。斜拉索采用桁架单元模拟。建模时认为混凝土塔座范围不会产生相对变形，即混凝土塔座范围刚度无穷大，据此，在塔座范围内斜塔、主梁单元设置刚性连接，并与桥墩墩顶节点刚接[4-5]。

考虑恒载，预应力荷载，斜拉索初拉力，不均匀沉降，人群荷载，温度荷载，混凝土收缩徐变，横桥风荷载等荷载，共计算7组基本组合，7组短期组合，7组长期组合，3组标准组合得到内力包络图，其中弯矩包络图见图3。

图2 天桥断面图（单位：mm）

图3 基本组合弯矩包络图

（1）预应力混凝土主梁。预应力混凝土主梁按部分A类设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）对其抗弯和抗剪承载力、施工和使用阶段混凝土应力、钢束拉应力进行验算。分别对抗弯和抗剪承载力、使用阶段正截面抗裂、使用阶段斜截面抗裂、使用阶段正截面抗压、使用阶段斜截面抗压、施工阶段正截面应力、钢束拉应力、混凝土主梁挠度进行验算，均满足现行设计规范要求。

（2）钢箱梁验算。分别对钢箱梁强度、钢箱梁变形、钢箱梁竖向基频、钢箱梁局部稳定进行验算，均满足现行设计要求。其中第6阶自振模态为主梁第1阶竖向振动，竖向振动自振频率为3.11 Hz，满足规范要求。

（3）钢斜塔验算。分别对钢斜塔强度、钢斜塔变形、钢斜塔疲劳、钢斜塔局部稳定进行验算，均满足现行设计规范要求。

（4）墩柱和桩基。分别验算墩柱和桩基础承载力和裂缝，均满足现行设计规范要求。

5 结语

该人行天桥景观造型采用较为少见的前倾式无背索斜拉桥形态，通过桥塔采用钢结构塔身、斜拉索按装饰索设计；严格控制拉索初拉力等针对性结构措施，达到了景观和结构的平衡。结构受力分析结果表明，该人行天桥的应力、变形、自振频率等各项指标均满足规范要求。目前该桥已经建成投入使用，结构性能良好，同时具有较好的景观效果。

[1]CJJ69-1995,城市人行天桥与人行地道技术规范[S].

[2]JTGD62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]顾祥林.混凝土结构基本原理[M].上海：同济大学出版社,2004.

[4]谭玉宝.异形斜拉人行天桥的施工监测与控制[D].天津：天津大学,2007.

[5]朱奕锋,冯健,曾滨.斜拉人行天桥的动力性能研究[J].北京工业大学学报,2012(2)：223-227.