太原市滨河东路胜利街口人行天桥受力分析

侯 智

(太原市市政工程设计研究院，山西 太原 030002)

1 工程概况

随着太原市快速城市化和机动化的发展，道路交通压力逐年增大，路面车流量不断增多，人车矛盾突出已成为不争的事实。全市范围内的立体过街设施较少，行人过街基本依靠人行横道线，通行能力低下。其一方面影响道路路段的通行能力，同时存在较大的安全隐患。特别是在学校、医院和商业繁华地段，行人过街问题已成为制约道路通行能力的主要因素。如何解决行人过街的安全，避免由于行人车辆的相互干扰造成的交通拥堵问题越来越受到全社会范围内的广泛关注。太原市2007年修建了滨河东西两条快速路，已经在滨河东路桃园三巷、康乐街、柳溪街等多处修建了人行天桥，随着太原市不断的发展、人口的增加，现有的人行天桥已无法满足人行过街需求，需要在合适的位置增加人行天桥。

钢箱梁结构是人行天桥中常用的结构，与混凝土主梁相比较钢主梁的梁高较小，可以取得较好的景观效果，同时也可以减少楼梯的布置范围。从施工及对现状道路的交通影响方面来看，如采用混凝土主梁结构，则上部结构施工工期较长，且主梁施工期间将占用部分车道，从而对现状道路上的交通造成较大的影响。而采用钢主梁则可在钢结构厂内施工主梁节段，运抵现场进行拼接后，分段或整体吊装就位。施工工期大大缩短，对下穿交通影响较小。

山西省林业职业技术学院位于太原市胜利桥东，胜利街与滨河东路交汇处，西邻汾河公园，北依太原市森林公园，空气清新，区域内学生、教职工、居民较多。汾河景区公园是此区域主要的休闲活动场地，为方便城区居民进入汾河景区公园休闲健身，满足居民的过街交通需求，保证其过街交通安全，使社会公共绿地资源得到最大的使用，在滨河东路胜利街口修建一座人行天桥。

滨河东路胜利街口人行天桥位于山西省林业职业技术学院西南胜利街口区城，横跨滨河东路，距离胜利街与滨河东路交叉口约180 m。桥梁施工长度为55.6 m，布跨为31 m+22 m变截面钢箱梁，桥面总宽4 m，净宽3.6 m。桥墩采用花瓶墩，基础均为承台配桩基。在两侧桥墩位置处分别设置1∶2和1∶4的梯道。标准段钢箱梁梁顶宽4 m，梁底宽度2.18 m，钢箱梁支点处梁高1.6 m，跨中梁高0.9 m，箱梁为双箱单室，横向通过加劲隔板连接。顶底板及腹板均采用16 mm厚钢板，钢材均采用Q345qD钢。桥墩立柱形式采用花瓶墩，边墩底尺寸为1.5 m×1 m，墩顶横桥向渐变为2.8 m宽，中墩底尺寸为1.3 m×1 m，墩顶横桥向渐变为2.3 m宽。桥墩基础采用承台配桩基，桩基础均按摩擦桩设计。承台尺寸为6.4 m×2.7 m×2.3 m，桩基础采用钻孔灌注施工，桩径为1.5 m，为了确保桥梁运营安全，需要对该桥建立模型进行受力分析，天桥横断面如图1所示。

2 钢箱梁模型的建立

根据桥梁相关规范，采用midas civil进行建模，恒载的施加：钢箱梁尺寸根据实际尺寸进行建模，横隔板按照节点荷载施加，桥面铺装等二期恒载按照均布荷载施加。

上部结构钢箱梁工厂加工，现场拼装，成桥后施工附属结构：人行栏杆、桥面铺装等，施工阶段划分如表1所示。

表1 详细施工阶段

2.1 单梁模型建立

滨河东路胜利街口人行天桥的建模采用迈达斯有限元软件进行建模，用梁单元模拟钢箱梁梁；横隔板、加劲肋的重量折算成集中荷载和均布荷载施加在钢箱梁上；边界条件根据实际支座的类型进行模拟；钢结构参数根据规范确定；单梁模型及断面如图2，图3所示。

2.2 梁格法模型建立

梁格法是通过建立空间网状结构来模拟结构实际受力情况，梁格法的主要思路就是将上部箱型结构横向划分成若干个截面，建立纵梁，然后通过横向构建连接，形成一个平面梁格来模拟。横向划分的原则：1)每个纵梁截面均应带有腹板；2)中性轴应一致；3)刚度等效。

本项目钢箱梁截面为双箱单室，两个箱室之间通过横隔板相连，可以通过梁格法模拟结构。每个箱室作为一个纵梁，横隔板作为横梁，用纵横梁建立空间网状结构。梁格法模型及断面如图4～图6所示。

3 计算结果比较

3.1 承载能力极限状态强度验算

根据midas civil单梁模型计算出的最大拉、压应力如图7所示，下缘最大拉应力为132.0 MPa，上缘最大压应力为102.0 MPa。从梁格模型计算出的各种组合下最大、最小应力包络图可知，截面下缘最大拉应力为131.2 MPa，上缘最大压应力为102.1 MPa。同时根据计算结果，所有截面的应力都小于Q345钢抗拉、抗压设计值275 MPa(t≤16 mm)，满足规范要求[2]。

3.2 正常使用极限状态挠度验算

根据有限元软件单梁模型计算出的人群荷载作用下最大竖向挠度为42 mm，梁格模型计算出的人群荷载作用下最大竖向挠度也为42 mm，见图8。根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》2.5.2条，人群荷载计算的最大竖向挠度，不应超过下列允许值：梁板式主梁跨中L/600=31 000/600=51.7 mm。以上数据均满足相关规范的规定。

4 结语

针对滨河东路胜利街口人行天桥的结构特点，使用midas civil有限元软件进行建模、计算分析，根据计算结果可知，钢箱梁应力、位移、整体稳定、基频等各项指标均满足桥梁规范规定的要求。本天桥上部结构断面采用双箱单室钢箱梁，分别采用单梁法和梁格法建模进行计算，通过对比两种模型的计算结果得知：两种模型的计算结果均满足相关规范的要求，且两种模型的计算结果基本相同，所以对宽度较小的人行天桥的计算，采用单梁模型计算便能反映其结构的受力特点，单梁模型建模速度快、节约设计人员时间可以提高设计效率，无需采用复杂的梁格法进行计算。