南京太平北路人行天橋設計

李豐群，李秉南

(東南大學建筑設計研究院有限公司，南京 210096)

1 工程概況

南京市太平北路過街天橋位于南京市四牌樓的文昌橋附近，跨越太平北路，是連接東南大學東西兩個校區、方便師生和周圍市民過街的重要通道。老天橋建于1993年，后因地鐵三號線的建設施工需要而封閉拆除。

根據東南大學與南京地鐵的協議和太平北路總體規劃設計，地鐵三號線通車后，將恢復具備同樣功能的過街通道。

太平北路是南京一條特色鮮明的的園林景觀道路，道路兩側綠樹掩映，環境優美，周邊文化氛圍濃厚。太平北路是南京著名的“水杉景觀大道”。天橋的建設不僅是方便兩側行人過街的通道，更應是這條景觀大道上的重要景觀。

2 橋梁設計

2.1 建筑立意

橋梁方案的創意來源于東南大學學生制作的建筑模型。這種橋型為梁、索塔張拉整體結構，是由一組連續的拉桿和不連續的(或擴充到連續的)壓桿組合而成的自應力、自支撐的網狀桿系結構。這種結構是土木、建筑專業學生制作現代、大跨建筑模型的常用結構，可以體現東南大學土木、建筑、交通等學科特色。橋梁的造型非常輕巧，極具現代感，與太平北路的水杉大道相協調，提升了周邊環境的品質。

桅桿式斜拉橋是一種新型的結構體系，本橋將這種結構體系的主梁設計為折線形，使梯道盡快落地以縮短天橋長度，構思巧妙、結構合理，同時在造型上取得了輕盈、通透、美觀的效果。

2.2 總體設計

太平北路天橋采用桅桿式斜拉橋，橋梁主跨37.6 m，橋面總寬5 m。主梁縱斷面縱坡為設1.0%，采用R=600 m的豎曲線半徑；橫向設1%雙向坡(由橋面鋪裝成坡)。

橋下車行道通行凈空為5 m，人非車道通行凈空為2.5 m。

2.3 設計要點

(1)上部結構

橋梁主跨37.6 m，橋面總寬5 m。

主梁采用折線梁，采用雙邊箱鋼梁截面，邊箱截面高度為0.6 m，寬度0.6 m。雙邊箱主梁之間設置橫梁和水平斜撐，橫梁標準間距1.9 m，采用矩形截面；斜撐采用圓形鋼管截面。

橋面板采用正交異性板，寬3.8 m；橋面鋪裝部分寬3.6 m，為增加水泥砂漿與鋼結構表面粘結力，在橋面板頂面焊接φ6@150鋼筋網。

主墩處橋塔采用直徑0.426 m的圓形鋼管截面，橋面以上高度10 m。中間的塔桿也采用圓形鋼管截面，高度和截面直徑依次變小。

主梁和主塔均采用Q345C鋼材。

拉索采用73Ф5、37Ф5和19Ф5三種高強鍍鋅鋼絲組成的成品索，鋼絲標準強度為1 670 MPa，雙層PE保護層，冷鑄錨錨固體系；錨固墩的拉桿采用40Cr鋼棒。拉索兩端采用叉耳式連接器與塔桿和主梁連接。

(2)下部結構

主墩采用樁柱式橋墩，主墩直徑0.6 m，上端設擴大頭，下接直徑1.0 m鉆孔灌注樁，橫橋向樁頂之間設置系梁。

兩端拉索與主梁錨固處的下方設置抗拉的錨固墩，錨固墩和主梁之間采用鋼拉桿連接，錨固墩采用直徑1.0 m鉆孔灌注樁。

(3)梯道

橋位西側設置兩個梯道供行人上下橋使用，才采用鋼結構制作，主梯道寬5.0 m，邊梯道寬2.6 m。

梯道也采用Q345C鋼材。

2.4 結構計算

(1)計算參數選擇

上部結構桿系模型采用Midas間有限元程序進行計算分析。

結構設計荷載主要有恒載、二期恒載和活載等。

溫度荷載：設計成橋溫度為20 ℃，體系升溫采用30 ℃，體系降溫采用30 ℃；

人群荷載：4.0 KN/m2；

地震作用：7度區，設計基本加速度0.1 g；

風荷載標準值：0.45 KN/m2(按照設計風速27.1 m/s取用)。

(2)主要計算結論

根據《城市人行天橋與人行地道技術規范》(CJJ69-1995)，需對結構剛度、強度及動力特性進行驗算分析。主要計算結論有：①天橋上部結構由人群荷載引起引起的豎向最大撓度為40 mm，遠小于撓度限值L/400滿足規范要求；②上部結構強度驗算按承載能力極限狀態組合進行計算，全橋上部結構最大應力為78.4 MPa，出現在西側主梯道上的支座上方橫梁，其次邊塔柱根部，最大應力為70.9 MPa，滿足規范設計要求。③橋梁動力特性計算表明，本橋上部結構第一階豎向自振頻率為2.04，第一階橫向振動頻率為1.82。我國現行人行橋設計規范(CJJ69-95)要求“上部結構豎向自振頻率不應小于3 Hz”，本橋顯然無法滿足，故需進行減振分析。

(3)減振分析

如前文所述，我國現行規范通過回避敏感頻率范圍內的頻率來滿足橋梁振動允許值，要求上部結構豎向基頻大于3 Hz，這是值得探討的。

首先，一般來講，設置天橋的城市主干道一般為雙向6～10車道，道路寬度在30～50 m，為了不影響橋下交通，一般采用一跨跨越。如果采用箱梁，箱梁梁高一般在1.2～2.2 m之間，豎向自振基頻在不額外增加梁高的情況下，很難達到3.0 Hz。其次，規范只對豎向基頻有規定，對側向振動的敏感頻率不作要求，顯然也是不科學的。第三，如果增加梁高使得結構基頻滿足要求，則會浪費大量的鋼材。因此目前較好的解決辦法是進行減振分析，阻尼減振是抑制振動行之有效的方法。

本橋跨度較大，其第一階豎向自振頻率和人群步行頻率較為接近。當大量人群在橋面上行走時，步行激勵易引起一階共振。

基于以上分析，結合類似工程案例，經計算需要在橋的跨中部位設置TMD(調諧質量阻尼器)減小天橋振動。經過測試，減振效果十分明顯，滿足相關規范的舒適度限值要求。

3 項目的特點與創新點

3.1 造型美觀、結構新穎

桅桿式斜拉橋是一種新型的結構體系，本工程將這種結構體系的主梁設計為折線形，使梯道盡快落地以縮短天橋長度，構思巧妙、結構合理，同時在造型上取得了輕盈、通透、美觀的效果。

圖2 不同步頻下減振前后加速度時程曲線對比

3.2 采用新材料、新工藝

橋梁橋面鋪裝采用環氧砂漿+火燒面花崗巖面磚，環氧砂漿具有防水效果好、粘結強度高的特點，火燒面花崗巖面磚的防滑效果好、美觀耐久的特點。

橋梁塔柱頂部燈筒采用太陽能照明，既節約了電力能源的成本，又不需要在結構上敷設管線影響景觀，取得了較好的效果。

3.3 設置TMD阻尼器控制振動舒適度

本工程橋梁上部結構較柔，橋上行人的激勵在某些工況下可能產生過大的振動，影響行人的舒適度。本工程在跨中主梁底部設置8個TMD阻尼器，經過測試，減振效果十分明顯，基本滿足規范的舒適度限值要求。

4 結束語

天橋地居城市中央，不僅是一個可通達的建筑物，更是承載了城市居民的某種情感。

太平北路過街天橋復建工程于2016年4月開工，經過8個多月的建設，于2016年12月順利竣工。天橋建成后，景觀及使用效果受到東南大學師生及市民的普遍贊譽。