人行天桥设计浅谈

2021-06-11孟祥勇

黑龙江交通科技 2021年5期

孟祥勇

(上海千年城市规划工程设计股份有限公司，上海 310000)

0 引言

人行天桥作为两个地块之间连接通道，不仅具有很强的实用性同时还兼具有很高的观赏性。天桥跨越城市道路，便于两地之间的联系，是现代城市道路交通工程中一项重要的组成部分，在交通密集的地区，更好的处理了路人横跨道路的问题，同时满足人车分流的功能以确保行人安全。

在现代桥梁设计、施工的过程中，钢结构桥梁因施工便捷，可先在工厂预加工，然后再运送到施工现场，进行现场拼装、焊接，能够有效的缩短施工工期，并且减少了对交通的影响。同时，钢结构因为断面小自重轻，同时钢材的弹塑性能好，使得钢箱梁桥具有良好的抗震效果，钢结构桥梁的被认可程度也越来越高，对于钢结构桥梁的便利性、安全性变的更加青睐，因此，钢箱梁桥将得到越来越普遍的应用，如何设计并应用好钢箱梁桥就变得至关重要了。

1 工程概况

玫瑰路人行天桥位于蓉江一路道路里程K5+017.300，跨越蓉江一路。为促进两边地块行人沟通、减少对蓉江一路交通的影响，保障行车和行人的安全，需新建一座人行天桥。天桥主桥总长60 m，宽为7 m；梯道投影总长66.4 m，宽为3.4 m。

2 设计技术标准

(1)设计荷载。人群荷载：按《城市人行天桥与地道技术规范》(2003年修改单)取用，人群荷载q人群=3.6 kN/ m2；基本风压W0=0.90 kN/m2；栏杆、扶手竖向荷载1.2 kN/m，水平荷载2.5 kN/m；汽车撞击力：顺桥向350 kN，垂直行车向175 kN。

(2)设计安全等级：一级。

(3)环境类别：环境类别为I类环境。

(4)设计基准期：100年。

(5)桥梁使用年限：50年。

(6)抗震要求：桥梁按6°设防，地震动峰值加速度按0.05 g计，桥梁抗震设防类别丁类；抗震设计方法B类。E1地震调整系数0.35。

(7)梁底标高：本工程跨越交通主干道，梁底控制标高均≥5.0 m。

(8)标准横断面。主桥：1.2 m(吊索)+0.3 m(栏杆)+4 m(人行道道)+0.3 m(栏杆)+1.2 m(吊索)=7.0 m。

梯道：0.2 m(栏杆)+3 m(人行道)+0.2 m(栏杆)=3.4 m。

(9)桥梁顶面纵横坡：纵坡由桥面竖曲线及预拱度形成，横坡为双面坡设计，坡度为1%，天桥上部结构竖向自振频率≥3 HZ。

3 上部结构

主桥上部结构采用2跨一联的连续钢箱梁，钢结构采用分段制作，现场吊装拼接。天桥主梁结构为等截面连续钢箱梁，梁高1.228 m，钢箱梁箱梁顶宽7 m，钢箱梁底宽4.692 m，顶板厚14 mm，腹板厚14 mm，底板厚14 mm，标准横隔板板厚12 mm，支点横隔板板厚16 mm和20 mm，钢材均采用Q345qD钢。

箱梁两侧设置装饰性钢拱肋，拱肋直径为500 mm，拱肋一般段厚度为12 mm，近拱脚处壁厚为20 mm；拱肋与钢梁之间连接采用32 mm吊杆连接；拱梁连接处位于梁顶缘，局部构造为20 mm的钢板组成的肋板式结构；钢拱肋施工过程中应保证对称施工。

梯道上部结构采用多跨连续钢箱梁，钢结构采用分段制作，现场吊装拼接。主梁结构为等截面钢箱梁，梁高0.374 m，箱梁顶宽3.4 m，钢箱梁底宽2 m，顶板厚12 mm，腹板厚12 mm，底板厚12 mm，标准横隔板板厚12 mm，钢材均采用Q345qD钢。

伸缩缝采用1 mm厚锌铁皮，底部采用发泡橡胶填缝，上部采用中性硅胶填塞。

4 下部结构

主桥下部结构采用混凝土实体Y形桥墩，造型优美。桥墩墩身底部横桥向宽度为2 m，顺桥向宽度为1.2 m，梯道采用桩柱式独柱桥墩，立柱长宽均为0.5 m的矩形墩。

本桥主桥桩基均采用直径为1.0 m钻孔灌注桩，桩长为14 m嵌岩桩，单桩承载力840 KN；梯道桩基直径为0.8 m，桩长为13 m嵌岩桩，单桩承载力83 KN；须保证嵌岩深度大于3 d。梯道落地处桥台基底承载力须大于100 kPa。

本工程中支座采用板式橡胶支座，主桥处支座型号为GJZ400×400×84，梯道桥墩处支座型号为GJZ150×150×35。桥台处支座型号GJZ150×150×35。

5 防腐涂装

(1)钢箱梁均采用油漆、涂层系统防护。外表面涂装要求按照《铁路钢桥保护涂装》(TB/T1527-2011)执行，涂装设计使用寿命为15年。

(2)钢结构构件质量应逐一检查，检查合格后，方可进行钢结构构件的防锈处理和涂装施工。

(3)钢结构外涂装采用金属涂层和油漆涂层的防护体系；内涂装采用全油漆。

(4)漆装前需把钢结构表面的氧化层和锈蚀层及焊渣等必须清除干净，特别要加强焊缝部位的预处理工作。

6 结构分析

6.1 模型构建

玫瑰路人行天桥为连续梁，为了使天桥模型更接近实际情况，利用MIDAS Civil 2019有限元软件建立系杆模型，对上部钢结构进行全桥分析。全桥共156个单元，173个节点。

6.2 抗弯强度验算

通过模型的计算，可得到人行天桥施工阶段和成桥阶段的梁单元应力。

计算结果表明：钢箱梁、拱的最大正应力为114.4 MPa<275 MPa，满足《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)要求。

6.3 抗剪强度验算

通过模型计算，可得到人行天桥施工阶段和成桥阶段梁单元剪应力。

计算结果表明：钢箱梁、拱的最大剪应力为24.2 MPa<160 MPa，满足规范要求。

6.4 挠度验算

本桥中支点处设置一固定支座，其余支座在相应位置处沿横桥向和顺桥向放开。并计算人群荷载作用下钢箱梁最大竖向挠度为1.1 mm<30 000/500=60 mm，满足《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64-2015)要求。

图1 人群荷载作用下挠度

并且分析影响钢梁挠度的主要因素的处如下结论。

(1)钢箱梁跨中挠度随着钢板梁板厚的逐渐增加而呈现减少的趋势。在顶底板板厚较小时，板厚增加对跨中挠度的影响较大，当板厚较大时，继续增加板厚对跨中挠度影响较小。

(2)当钢梁由单箱单室变为单箱双室，挠度值显著减少，当由单箱双室变为单箱多室时，挠度仍然在减少，只是减少幅度随着箱室的的增加而变小。

(3)随着梁高的增加，钢梁的惯性矩增加，因此钢梁的跨中挠度也在减少。在梁高较小时，梁高的变化对挠度的影响比较显著，随着梁高的增加，挠度的变化逐渐减少。

6.5 支座反力

荷载标准组合下边支座最大反力为416 KN，中支座最大反力为765 KN。

选取为GJZ400×400×84板式橡胶支座，满足支座要求。

最不利工况(基本组合)支座最小反力为290 KN，支座未出现负反力，全部处于受压状态，满足稳定性能要求。

6.6 征值分析

征值分析见表1。

表1 模态特质值表

主梁前8阶为水平振动，主要是因为板式橡胶支座水平刚度较小引起，第九振型为竖向振动，基频为7.06 hz，本桥动力特性满足《城市人行天桥与人行地道技术规范》CJJ69-95规定，人行桥竖向基频的3 Hz，分析结果表明该人行天桥的设计动力特性可以满足要求，天桥结构设计方案合理可行，满足人行桥舒适度的要求。