大跨箱型截面鋼桁架人行天橋設計實例

鄭利軍

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司西安分公司　陜西　西安　710086）

大跨箱型截面鋼桁架人行天橋設計實例

鄭利軍

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司西安分公司陜西西安710086）

以寶雞市高新區高新大道上的寶雞文理學院人行天橋為研究對象，詳細介紹了該人行天橋的總體設計、結構計算及施工要點，同時總結出大跨箱型截面鋼桁架人行天橋設計經驗。

大跨；箱型；鋼桁架；人行天橋；設計；施工

1　工程概況

寶雞文理學院人行天橋位于寶雞市高新區高新大道與高新二路交叉口西側，北側正對寶雞文理學院新校區南門，南側為沿街商業區及高檔住宅區，附近人流量很大，而此處又沒有人行過街設施，為解決行在校師生及附近市民過街需要，特設此人行天橋。天橋橫跨高新大道，高新大道為雙向六車道城市主干路，道路全寬50m，是寶雞高新區渭河南岸東西向最繁華的交通干道。做為高新大道上的首座人行天橋，為減少對行車的干擾，同時體現美觀大氣，采用單孔跨越高新大道（行車道和輔道），梯道呈“工”字型布置在兩側人行道上，天橋主橋采用40m跨的鋼桁架，兩側的鋼結構梯坡道通過牛腿支撐于主梁上。該橋已于2015年4月開工建設，橋梁效果圖如圖1所示。

圖1　橋梁效果圖

2　總體設計

2.1天橋總體布置

天橋主桁架總長46.8m，其中主跨40m，兩側各懸挑3.4m，橫斷面布置為0.3m桁架弦桿+0.25m欄桿+4.5m人行道+0.25m欄桿+0.3m桁架弦桿=5.6m。為體現橋梁動態美，主橋結構采用下承式變高度曲線形鋼桁架，跨中處最底點桁架高4.03m，靠近支點處最高點桁架高5.197m。鋼結構梯坡道呈“工”字型布置，分別采用1：2梯道和1：4坡道，步級分別為15cm×30cm和10cm× 40cm。

2.2鋼桁架結構布置

為增強天橋整體美觀大氣效果，桁架采用變高度形式，即上弦桿呈波浪形微曲狀。主橋采用兩片鋼桁架，通過鋼橫梁連接成整體結構。下弦平面鋼橫梁間距2m，并在靠近支座端設置剪刀撐；上弦平面鋼橫梁間距4m并設置剪刀撐。鋼桁架直腹桿間距4m，在梯道處變為3.4m，相鄰兩直腹桿間設置斜腹桿。跨中桁架高4.03m，支點桁架高5.197m，各桿桿件均采用鋼板焊接的矩形截面。截面尺寸主要為：主桁架上弦桿為400mm×300mm×14mm（高×寬×壁厚），下弦桿為500mm×300mm×16mm（支點處變為600mm高），腹桿為300mm×300mm×12mm，上弦平面橫梁為350mm×200mm×14mm，下弦平面橫梁采用工字型截面，為400mm×300mm×14mm×12mm（高×寬×頂底板厚×腹板厚）。

2.3節點設計

桁架節點是此類橋梁設計的關鍵部位，為使桁架外形美觀，設計采用整體節點板，節點立面內外采用整體鋼板切割成節點形式，內設加勁板。該形式具有：弦桿與腹桿處無焊縫、節點整體性好、傳力直接的優點。按現行鋼結構設計規范對此類矩形管節節點進行驗算，承載力滿足要求。

2.4附屬設施設計

橋面系自上而下采分別為20mm防滑地磚+20mm厚砂漿+ 100mmC40防水鋼筋混凝土+YXB51-226-678mm壓型鋼組合板。壓型鋼板組合樓板常在房屋結構中適用，將其應用在人行天橋橋面系中，具有許多優點：①壓型鋼板可作為澆注混凝土模板，不影響橋下交通；②使用階段與混凝土板共同受力，代替部分受力鋼筋，增強結構承載力。主橋采用雙向1%縱坡自然排水，橫向采用雙向1%。梯坡道表面粘貼20mm厚塑膠面層，并設置鋁合金防滑條。欄桿采用不銹鋼夾層鋼化玻璃欄桿，雨棚采用彩色鋼化夾層玻璃。

3　結構計算

3.1靜力計算

利用通用有限元軟件Midas2013建立空間梁單元模型，在承載力狀態下桁架應力見圖2，桁架最大拉應力115.9MPa，最大壓應力89.9MPa，小于Q345鋼材容許應力210MPa。

圖2　承載力狀態下桁架應力圖

在正常使用狀態下，人群荷載引起的最大豎向撓度為14.1mm，小于規范容許撓度值L/800=50mm。在重力荷載和人群作用下產生的向下撓度為33mm＞L/1600=25mm，因此需要設置預拱度。

3.2動力驗算

結構特征值分析采用子空間迭代法，二期荷載通過Midas2013程序中荷載轉化為質量功能，將二期荷載轉化為節點質量，計算出結構一階豎彎頻率為3.15Hz。根據文獻規定，為避免共振，減少行人不安全感，天橋上部結構豎向自振頻率不應小于3Hz，計算結果滿足文獻規定。由以上計算可見，鋼桁架桿件承載力較大，整體結構剛度較大，桿件規格的選擇需要綜合承載力、剛度、焊接空間等方面需要求。

4　施工方法

主橋鋼桁架先在工廠制作，然后運至現場吊裝拼焊。全橋施工分為三個階段：①施工樁基礎、橋墩，同時在工廠制作鋼桁架桿件、節點及樓梯，分段拼接。②搭設臨時支架，運輸鋼桁架、樓梯至施工現場，利用凌晨少車的時段臨時封閉交通，分段吊裝鋼桁架梁和樓梯，并進行焊接。③鋪裝壓型鋼板，安裝橋面鋪裝及欄桿，安裝雨棚及橋面裝飾等。

5　結語

①在城市人行天橋設計中大部分采用鋼箱梁和鋼桁架結構形式。大跨度鋼桁架結構相比鋼箱梁結構，具有施工方便、用鋼量少、造價低、景觀效果好、方便設置雨棚等優點。由于下承式鋼桁架與鋼箱梁相比能降低橋面高程，故能減少兩側樓梯長度，減少天橋用地。②大跨度簡支鋼桁架結構的主要控制因素是豎向第一自振頻率，而影響桁架豎向自振頻率的主要因素則是桁架高度，設計時應注意選擇合理的桁架高度。通常為滿足天橋豎向自振頻率要求，鋼桁架結構天橋的高跨比一般都比較大（約1/10左右），造成鋼桁架剛度也比較大，因此桁架截面可以取得比較小，節點間距可以取得比較大，以增加天橋的通透性和輕巧感。③利用弦桿兩側腹板外形形成節點板，內設加勁板，腹桿與節點板采用對接焊縫，該節點形式具有傳力直接，節點整體性好、外形美觀等優點。④鋼桁架橋面板采用壓型板組成橋面板，與橫梁共同參與受力，結構剛度較大，施工快速方便。

[1]《城市人行天橋與人行地道技術規范》（CJJ69-95）.

[2]曾令權，孟杰.全焊箱型截面桿件三角形鋼桁架在人行天橋中的應用.城市道橋與防洪，2014（12）：75～77.

[3]劉偉長.單跨60m鋼桁架人行天橋設計與施工.山西建筑，2012（4）：207～ 208.

U442.5

A

1673-0038（2015）30-0030-02

2015-7-3

鄭利軍（1982-），男，工程師，主要從事道橋設計工作。