某鋼結構人行天橋設計

張 曦 石保同

(山東省交通規劃設計院，山東濟南 250031)

1 工程概況

濟南市某工廠新建廠區與現廠區之間有省道分割，為實現新老廠區的順暢對接，在新廠區和現廠區之間設置過街天橋，通過設置該人行天橋可有效解決職工安全過街問題，且可將輸水管線等設施通過天橋箱梁內部跨越省道。

天橋橋墩落于省道兩側人行道內，樓梯置于廠區圍墻內側，為縮短工期，降低天橋施工期間對道路車流的影響，天橋采用預制鋼箱梁結構，一孔跨越被交省道。

2 結構設計

天橋上部結構為簡支鋼箱梁，鋼梁全橋分三段在工廠分節制作，現場采用對接焊縫拼接，拼接后箱梁整孔吊裝施工;梯道梁采用鋼箱梁支承梯道板的形式，工廠加工，現場吊裝焊接施工。

上部箱梁跨徑為32 m，寬3．5 m，考慮箱梁內部管道及檢修需要，梁高采用1．8 m。主梁采用 Q345鋼材，頂板、底板、腹板厚12 mm，加勁肋厚10 mm。根據整體穩定與局部穩定的要求確定縱橫向加勁肋的間距。端橫梁由于有大范圍孔洞，為保證強度及穩定，經驗算確定后采用20 mm厚鋼板。鋼箱梁外表面采用無機富鋅漆底漆兩道80μm，中間漆環氧云鐵40μm，出廠前涂面漆一道40μm，面漆為氟碳漆。鋼箱梁內部采用環氧富鋅漆70μm，環氧漆50μm。

下部結構主墩采用鋼筋混凝土結構，通過板式橡膠支座與上部箱梁連接，梯道墩柱采用鋼管混凝土結構，內灌收縮補償混凝土，墩底與承臺采用預埋地腳螺栓連接。基礎均采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑80 cm。

3 結構計算

3．1 總體計算

采用有限元軟件MIDASCivil對結構進行總體計算。箱梁采用梁單元建模，根據加勁肋布置進行單元劃分，梁單元共計36個(見圖1)。

圖1 梁單元計算模型

根據《城市人行天橋與人行地道技術規范》，設計荷載考慮有自重、橋面鋪裝、欄桿、管線等恒載，人群荷載、整體升降溫、梯度溫度、風等作用。箱梁支座根據實際情況采用固定鉸支座及滑動鉸支座模擬。

總體計算對結構剛度、強度及動力特性進行驗算分析。主要驗算結論如下:

1)箱梁變形以恒載、活載作用下豎向變形為主，風、溫度等影響幾乎可忽略不計。在標準組合作用下，箱梁最大撓度為21 mm，遠小于撓度限值L/600，滿足規范要求。

2)箱梁強度驗算由承載能力極限狀態控制的荷載組合控制，驗算表明，結構最大拉應力95 MPa，最大壓應力112 MPa，滿足規范要求。

3)為避免共振，減少行人不安全感，應對天橋上部結構自振頻率進行控制。設計中采用子空間迭代法對天橋進行特征值分析。驗算表明，結構第一階振型下自振頻率為4．2 Hz，大于規范要求的3 Hz，表明結構剛度較大，滿足行人舒適性的需要。

3．2 局部計算

箱梁端橫梁由于有大范圍孔洞，設計中對端橫梁及支座位置進行了加強，端橫梁采用20 mm厚鋼板，并且在支座處設置加勁鋼板。為確保結構安全，基于通用有限元程序MIDAS FEA建立板殼元模型分析計算，模型共計19 232個單元(見圖2)。建模過程中應該注意兩點:1)邊界約束的設置;2)局部坐標系的方向。板殼元模型計算表明:箱梁撓度與頂、底板應力與梁單元結果基本吻合。

圖2 板單元模型端橫梁處

箱梁在荷載作用下的變形可分為4種基本狀態:縱向彎曲、橫向彎曲、剛體扭轉、畸變，同時存在縱向正應力、橫向彎曲應力及剪應力等，考察箱梁的安全性應根據強度理論進行判斷。材料第四強度理論表明，形狀改變能量強度屈服條件及其相關流動法則能較好的描述鋼材的彈塑性工作狀態。計算表明，箱梁最大Von Mises應力為170 MPa，位于支座加勁鋼板位置，箱梁總體應力水平較低，局部應力集中區域不影響結構靜力承載能力。

4 結語

1)在跨越主干道修建人行天橋時，由于道路交通量通常較大，為降低施工期間對道路通行的影響，設計時必須考慮方便快捷的施工方案，由于鋼箱梁有重量輕，施工快的優勢，目前已成為首選方案。

2)設計人員在設計時應重視橋梁自振頻率的計算分析。結構自振頻率過低時，結構容易產生共振，使行人產生不安全感，通過增加梁高，適當增加鋼板厚度，提高箱梁剛度或采用墩梁固結等措施可有效提高結構基頻。

3)應重視鋼箱梁局部應力的計算，支座、開孔處應該采用加厚鋼板，設置加勁肋等方案加強。根據計算結果，該橋箱梁強度、剛度、基頻、局部應力等指標均滿足規范要求，可以供其他類似工程參考。

［1］ 吳 沖．現代鋼橋［M］．北京:人民交通出版社，2006．

［2］ 胡世強，何大學．城市人行天橋設計探討［J］．城市道橋與防洪，2012(4):25．