奉浦河人行桥连续钢板梁设计简述

季鹏飞

摘 要 本文对奉贤区浦南运河北岸奉浦河人行桥的连续钢板梁设计特点、构造与施工要点等进行了简要介绍。采用Midas建立钢板梁梁格计算模型，计算结果表明钢板梁的应力、位移均满足设计规范要求；由于边跨与中跨之比较小，为消除桥台支座的负反力，对端横梁灌注混凝土压重，效果良好，可为同类型人行桥的设计提供参考。

关键词 钢板梁；结构计算；竖向自振频率；预制吊装；支座反力

1 工程概况

本工程位于上海市奉贤区浦南运河北岸，浦南运河两岸规划为休憩型慢行道路，所跨奉浦河为规划河道。根据河道等级及水利规划，河口宽度30m，河底宽12m，梁底标高≥4.8m；本桥东侧引道须下穿架空管线，且距东侧桥台约40m处即下穿S4跨浦南运河桥桥孔，下穿S4桥孔需预留2.5m的通行净空，桥梁纵坡较大。

本设计方案结合现场实际情况进行布设；需满足排洪、农灌等要求，桥梁高度为梁底高程控制，桥梁如采用一跨32m简支结构过河，主梁高度较大致使桥面高程较高，难以满足路线纵坡要求。为将桥梁纵坡控制在适当的范围内，降低桥面设计标高，盡可能与引道衔接平顺，减少桥梁长度和工程量，最终确定采用10m+16m+10m三跨连续钢板梁，全宽5.5m，桥梁斜交逆10°。

根据项目规划定位，该桥需兼顾工程所在地的人文风俗和地形地貌，应有较高的美学和环境景观价值。护栏采用高低起伏的钢材镂空护栏，营造现代、简洁、轻盈、新颖的景观效果，从景观协调美观因素考虑，桥梁上部采用钢板梁结构，流线型装饰造型如浪花翻动、优美靓丽，与镂空的栏杆相呼应，桥梁效果图见图1。

2 技术标准

设计荷载：人群荷载：4.3kN/㎡。

抗震设防类别：丁类，地震动峰值加速度为0.10g，按地震烈度7度设防，地震调整系数E1地震作用为0.35。

设计安全等级：设计基准期为100年，设计使用年限50年。设计安全等级一级，结构安全系数1.1。

桥梁横断面：净宽5.5m，两侧设置景观栏杆[1]。

3 桥梁结构设计

本桥采用三跨连续钢板梁桥，跨径布置为10m+16m+10m，全长36m，全宽5.5m，梁高0.65m，纵断面位于R=300m凸形竖曲线上。由于桥面纵坡较大，纵坡排水即可满足要求，故未设置桥面横坡，桥面铺装采用5cm槽钢钢龙骨+4cm塑木地板。槽钢横向间距0.4m，塑木地板与槽钢用螺栓连接。

主梁纵向采用三道焊接钢管梁，包括两道边纵梁和一道中纵梁，梁高0.65m，边、中纵梁横桥向间距2.5m；墩台处分别设置中横梁和端横梁，梁高0.65m。跨间每2m设一道与纵梁等高的大横梁，大横梁之间再设置一道高0.25m的小横梁。端、中横梁和大、小横梁把各道纵梁连接成整体，起到荷载横向分布、整体稳定等作用。端、中横梁和大、小横梁斜向布置。大横梁预留0.7×0.25m管线孔，满足电气、排水管线过桥要求。

中纵梁顶板、底板宽0.7m，采用两道直腹板，其腹板间距0.6m；边纵梁底板宽0.6m，内侧腹板为直腹板，外侧腹板向外倾斜10°，腹板间距0.5m，外侧腹板与护栏钢板焊接连接；端横梁、中横梁的顶板、底板宽0.7m，采用两道直腹板，其腹板间距0.6m；大横梁、小横梁采用焊接工字型，翼缘板宽0.2m，大横梁高0.65m，小横梁高0.25m。

边纵梁、中纵梁、端横梁、中横梁的顶板、底板、腹板厚度为14mm，横向联结系大横梁、小横梁的钢板厚度为10mm，支座纵横支撑加劲肋厚度20mm，墩台支座上垫板厚度30mm。栏杆采用钢板及其加劲肋厚度12mm。

下部结构桥墩采用单根桩柱式墩，桥台采用桩接盖梁桥台，桩基直径0.8m。桥台采用GYZ D200×42mm圆板式橡胶支座，每个桥台2个支座，桥墩采用GYZ D400×54mm圆板式橡胶支座，每个桥墩1个支座。为减小台后由于路基沉降带来的不利影响，台后设置钢筋混凝土搭板，长6m，厚30cm[2]。

4 钢梁结构计算

上部结构静力计算采用Midas建立空间梁格模型，按实际施工工序模拟施工阶段，对各施工及使用阶段进行受力分析。全桥共1770个梁单元，1201个节点，墩台板式橡胶支座采用一般支撑模拟，支座沉降按5mm考虑；温度作用按照整体升温35℃，整体降温25℃考虑。具体计算模型见图2。

上部结构恒载包括钢板梁自重，铺装、栏杆、装饰结构的重量均按照实际重量计入。上部结构活载为人群荷载，取值为4.3kN/㎡。此外端横梁中灌注的压重混凝土按照均布荷载施加在梁单元上。

钢板梁组合正应力、剪应力计算结果见图3、图4。根据计算结果，钢板梁的组合正应力上缘最大为89.8Mpa，下缘最大为50.5Mpa，腹板剪应力最大为20Mpa，均满足规范要求。

由于三跨连续结构的边中跨比过小，桥台位置支座出现负反力，为使支座处于受压状态，本设计考虑在边跨端横梁中灌注混凝土进行压重，保证结构受力安全。

标准组合下桥台支座最小支反力为14kN，可见负反力得到了消除，结构安全。

利用Midas的特征值分析模块，将二期荷载转化为质量，计算得到人行桥的最小竖向振动频率为7Hz，满足设计规范不小于3Hz的要求。

由结构在人群荷载作用下的位移包络图可知，最大竖向挠度发生在中跨跨中处附近，人群荷载效应的最大挠度值为12mm，小于16000/500=32mm，满足规范要求[3]。

5 施工要点及钢结构防腐涂装

本设计钢材采用Q345qD，钢结构采用分段制作，现场吊装拼接。翼缘或腹板的拼接接头不应设在同一截面上，应尽量错开，接头位置宜设在距支座约为1/3～1/4梁距的范围内。钢板的对接、拼接焊缝为Ⅰ级，顶板、底板、腹板之间的焊缝等级为II级，其余的角焊缝等级为Ⅱ级。各主要焊缝均应进行超声波探伤检查。

在确保结构受力基本不变的前提下，节段划分应基于已有的施工设备、运输能力，结合节段质量与长度的均匀性，同时兼顾施工方案的经济性。由于桥梁跨度较小，工厂可按4～6个节段加工预制，运至现场进行梁段整体吊装至桥墩和桥台上，然后进行现场拼接焊接。最后对边跨进行混凝土压重，形成连续钢板梁结构；最后对钢梁局部作面漆补充涂装。

为保证钢结构不受腐蚀，延长使用寿命，增加桥梁景观效果，钢箱梁内、外部表面需进行防腐设计，钢箱梁涂装防腐寿命为不小于15年。本桥钢梁采用重防腐涂装体系，外表面为环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+聚氨酯面漆；内表面为环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆[4]。

6 结束语

当前钢结构桥梁建设技术逐渐进步，是推进钢结构桥梁建设、提升桥梁建设品质的良好契机，钢结构桥梁建设将逐渐成为趋势，钢结构桥梁应按照“工业化制造、装配化施工”要求组织建设。该桥于2018年2月开工建设，预计将于2018年7月竣工，该桥的建设将取得一定的经济和社会效益，可为同类型人行桥的设计提供参考。

参考文献

[1] 吴冲.现代钢桥[M].北京：人民交通出版社，2006：121.

[2] 徐君兰，孙淑红.钢桥[M].北京：人民交通出版社，2011：59-66.

[3] JTG D64-2015.公路钢结构桥梁设计规范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[4] CJJ 69-95.城市人行天桥与人行地道技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1996.