箱型截面桿件無節點板三角形鋼桁架人行天橋結構設計

孫全利

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060）

1 工程概況

怡港花園人行天橋位于廣州市豐樂南路與陽光街交叉口以南地段，西側是怡港花園。天橋采用一跨形式跨越豐樂南路。該天橋主要滿足道路兩側小區居民的橫向過街，將原有的平面過街改為立體過街，即提高了道路的交通功能，又保障了過街行人的安全。

天橋設計方案采用箱型截面桿件無節點板三角形鋼桁架橋。該橋型具有跨越能力強、用鋼量經濟、施工方便、景觀性好等特點，是國內城市人行天橋中新發展起來的一種結構形式。

2 天橋總體布置

人行天橋上部采用下承式鋼桁架結構，鋼桁架下設板式橡膠支座，兩端簡支在橋墩外伸牛腿上，與梯道平臺間設置伸縮縫。平面布置上天橋主跨中線與豐樂南路中線垂直相交。根據道路兩側現狀，天橋平面布置成對稱的“工”字形[1]，天橋立面設計見圖1。

圖1 天橋立面設計圖（單位：cm）

3 鋼桁架結構設計

3.1 結構布置

鋼桁架采用跨徑為37.94 m的下承式簡支結構，三角形桁架型式。桁高3.5 m，桁寬3.8 m，節點間距6.213 m。上平聯桿件間距3.106 5 m，下平聯桿件間距1.55 m。主梁弦桿軸線采用圓曲線R=631.433 m設置，結構橫斷面布置見圖2。

圖2 結構橫斷面布置圖（單位：cm）

3.2 桿件設計

天橋所有桿件采用鋼板焊接而成，鋼桁架桿件結合結構受力需要和焊接空間要求，上、下弦桿截面尺寸為500 mm×300 mm×16 mm，腹桿截面尺寸為260 mm×300 mm×12 mm，與弦桿整體節點板采用對接焊縫連接，上、下平聯橫梁截面尺寸為350 mm×300 mm×10 mm，橫梁與上、下弦桿垂直焊接。

3.3 鋼桁架節點設計

鋼桁架節點的設計是鋼桁架設計的關鍵，目前常見節點有四種形式：（1）設置節點板；（2）不設節點板，同時箱斷面內補焊加勁肋；（3）不設節點板，節點處外焊貼加強鋼板；（4）不設節點板，通過弦桿截面內外側板件整體切割而成[2]。四種節點形式各有優缺點：第一種焊接難度小，能夠保證焊接質量，但也由于設置了節點板而使得美觀性較差；第二種和第三種方式焊接雖符合受力要求，但對美觀性有一定影響，且現場焊接難以保證質量；第四種節點形式可以理解為在第二種和第三種方式的基礎上，將節點加強板和弦桿及腹桿的外側板合成一塊板，采用整體板切割而成，本設計采用第四種型式，見圖3。這種節點型式具有整體性好、弦桿和腹桿相交處無焊縫，傳力直接等優點。

圖3 桁架節點構造圖

4 橋面板設計

該橋位于城市次干路上，為減少施工對城市交通的影響，鋼桁架采用工廠預制加工，現場吊裝施工，同時采用壓型鋼板組合橋面板作為橋面系。將壓型鋼板鋪設在已吊裝完畢的下平聯橫梁上，采用圓柱焊釘穿透焊接在橫梁頂板上，然后作為施工模板，在上面綁扎鋼筋網，澆筑細石防水混凝土，形成組合橋面板[3，4]。圖4為壓型鋼板大樣圖。

圖4 壓型鋼板大樣圖（單位：cm）

橋面板設計全寬為3.2 m，壓型鋼板采用13mm的圓柱焊釘穿透焊接在下平聯的橫梁頂板上。橋面板設一層受力鋼筋網，鋼筋直徑6 mm，間距150 mm。鋼筋網上現澆30～50 mm厚C30細石混凝土，其上鋪設20 mm厚的彩色防滑地磚形成組合橋面板。鋼桁架橋面板的標準斷面見圖5。

圖5 橋面板斷面圖（單位：cm）

壓型鋼板組合樓板常在房屋結構中使用，將其應用在人行天橋橋面系中，具有眾多優點：壓型鋼板可作為澆筑混凝土模板，不影響橋下交通；成橋后壓型鋼板可參與混凝土板受力，代替部分受力鋼筋，增強結構承載力，同時板底外露部分進行防腐涂裝設后，具有一定的裝飾效果。

5 天橋結構計算

5.1 靜力計算

利用有限元軟件建立空間梁單元模型，在承載能力狀態下，桁架最大壓應力71.4 MPa，最大拉應力為70.8 MPa，小于Q345鋼材容許應力310 MPa。

在正常使用狀態下，人群荷載引起的最大豎向撓度為7.5 mm，小于規范容許撓度值L/800=47.4 mm。在重力荷載和人群作用下產生的向下撓度為24.4 mm＞L/1 600=23.7 mm，需設置預拱度，預拱度值為恒載+1/2活載作用下撓度值20.6 mm。桁架應力及位移分別見圖6、圖7。

圖6 鋼桁架應力圖（單位：MPa）

圖7 恒載+活載作用下豎向位移圖（單位：mm）

5.2 動力計算

采用空間梁單元計算，天橋一階豎彎頻率為5.5 Hz，滿足規范對于天橋豎向自振頻率不小于3 Hz的要求[1-4]。

6 結語

（1）三角形鋼桁架具有跨越能力強、景觀性好、吊裝重量輕、施工方便等優點，且能充分發揮桿件材料的力學性能，降低工程造價，因此多用于跨越城市現狀道路的人行天橋設計中。

（2）箱形截面桿件無節點板三角形鋼桁架橋的結構設計中，桁架節點構造和橋面板結構是關鍵問題。本工程對桁架節點采用不設節點板，通過弦桿截面內外側板件整體切割而成的型式，使其整體性好、弦桿和腹桿相交處無焊縫，傳力直接等優點得到體現；橋面板采用壓型鋼板組合橋面板是創新，具有施工快速方便、造型美觀等優點。總之，本工程的結構設計具有一定的特色和優越性，值得推廣和應用。