鋼桁架跨河人行橋梁設計要點分析

岳云龍

(沈陽市市政工程設計研究院有限公司 沈陽市 110015)

1 橋位布置

1.1 工程背景

本工程是在沈陽市新開河水系治理工程的大背景下設計實施的。原新開河-細河街人行橋為獨塔斜拉橋(圖1)，新建新開河截污盾構線位與斜拉橋橋位沖突，且該位置被評為二級風險源，經綜合評價，對該人行橋進行拆除重建處理。

隨著城市發展，百姓對生活周邊的環境要求日益突出，增加過河人行橋的需要日益增加。然而，橋梁建設位置往往交通情況復雜，用地緊張，市政管線密布，合理布置橋位成為不可回避的問題。由于工期限制，提出本人行橋設計新方案，即預制鋼桁架人行橋(圖2)。為不中斷新開河兩岸居民的通行條件，工程采取先架新橋后拆舊橋的施工順序。

1.2 橋位布置

沈陽市新開河-細河街人行橋地處居民區，橋位選擇既要便于附近行人通行，又要合理避開錯綜復雜的市政管線；既要滿足通透的景觀要求，又要考慮到橋梯落地基礎距離盾構線位1倍盾徑的要求。經反復研究討論，鑒于以上諸多橋位布置制約因素，新開河-細河街人行橋位布置于新開河上，緊鄰原斜拉人行橋。人行橋西接小區道路，東接細河街，橋梁兩側設人行坡道，滿足非機動車推行要求。橋梁總體呈“一”型布置，平面圖如圖3所示。

2 橋梁結構設計要點

2.1 結構設計

主橋采用下承式桁架結構形式，采用3.4m梁高，凈高2.8m。主橋橫斷面寬為3.9m，主橋橋面凈寬3.0m。主橋上下縱向弦桿采用30×30cm壁厚2.0cm方鋼管，斜向采用直徑16.8cm壁厚1.2cm圓鋼管，端部斜腹桿采用20×20cm壁厚2.0cm方鋼管，橫向下腹桿及橫向上腹桿采用20×20cm壁厚1.2cm方鋼管。主梁制作段之間各桿件采用熔透焊接的方式連接。主梁橫向下腹桿上方設置1cm厚的橋面鋼板。

橋梁采用天然橡膠支座，規格為GJZ200×250×41mm。落地梯道采用鋼筋混凝土結構，外罩8mm厚鋼板，梯道兩側設置55cm寬坡道，坡度為1∶2[1]。橋梯下設承臺，承臺尺寸2.92m×4.3m×1m。承臺下設鉆孔灌注樁，樁徑1.2m，樁長為16m。

2.2 施工流程設計

考慮到本工程工期緊張，百姓通行需求量大的特點，本橋采用直接吊裝施工工藝。待下部結構施工完畢之后，采取一次吊裝施工工藝，將桁架梁落于支座上，未設置臨時支撐。

第一階段：施工主橋的下部結構。

第二階段：主梁各制作段拼裝，拼裝后一次吊裝就位。

第三階段：完成MMA彩色防滑系統施工，安裝欄桿。

2.3 MMA彩色防滑層設計

橋面鋪裝防滑設計是人行橋設計中的重點之一，以往天橋橋面鋪裝多應用橡膠板，行人行走舒適度差且養護更換頻繁。本工程采用3mm厚MMA彩色防滑系統，該鋪裝是由甲基丙烯酸樹脂與一定粒徑的集料拌和而成，具有顏色醒目，施工方便，行走舒適等優點。

2.3.1MMA彩色防滑系統設計指標

對基面進行噴砂除銹后，滾涂防腐底漆。待防腐底漆固化后，滾筒彩色防滑系統3遍形成厚3mm的鋪裝層。MMA彩色防滑系統技術要求詳見表1～表3所示。

表1 MMA設計技術要求

表2 MMA膠結料理化性能技術要求

表3 MMA驗收技術要求

2.3.2基面處理及防腐底漆施工

鋼板噴砂除銹至Sa2.5，粗糙度100μm。滾涂防腐底漆，施工過程中應避免涂層過厚或漏涂。防腐底漆固化后方可進行后續施工。防腐底漆固化后應檢測防腐底漆與鋼板的粘結強度，粘結強度不小于2.5MPa。

2.3.3彩色防滑涂層施工工序

(1)工作面處理并檢查合格后，開始貼膠帶，貼膠帶的目的是規范工作面邊緣。

(2)膠結料、集料及引發劑已按照精確比例稱量分裝，現場不需稱量。

(3)先將MMA膠結料用攪拌器攪拌均勻，攪拌時間約1min，攪拌避免出現死角，應將桶上下、四周及中心充分攪拌。

(4)將集料加入膠結料中攪拌均勻，在此同時刮膠、滾涂的人員需已準備就緒。

(5)將引發劑加入，攪拌后馬上開始施工。將攪拌好的MMA鋪裝層混合物倒在工作面上，并采用帶齒刮板將膠刮平。

(6)將MMA彩色防滑涂層刮平后，立即用滾筒將其滾涂，以形成一定的構造深度，通常需滾涂2～3遍。

(7)滾涂表面耐污薄層。

(8)MMA彩色防滑層完全固化后方可開放交通。

3 上部結構計算分析

利用Midas Civil有限元軟件建立全橋三維模型進行總體計算，同時對結構的強度、剛度、穩定性進行計算分析。

3.1 建立空間模型

主梁桁架采用梁單元模擬，橋面采用板單元模擬。空間模型見圖5所示。

3.1.1恒載

(1)鋼結構容重按78.5kN/m3計。

(2)人行道欄桿自重按0.5kN/m計施加于縱梁上。

(3)MMA橋面防滑系統及節點板按0.3kN/m2施加于橋面上。

3.1.2活載

城市人群荷載：

3.1.3其他荷載

整體升溫：+36℃；

整體降溫：-58℃；

荷載組合：自重+恒荷載+人群滿載+溫度。

3.2 計算結果分析

(1)自振頻率

該天橋自振頻率為3.28Hz，滿足要求，見圖6。

(2)強度分析

荷載組合一下天橋各桿件應力如表4所示。

表4 鋼桁架各桿件應力指標(單位：MPa)

①經計算分析，桁架各桿件應力指標均小于鋼材屈服強度，桿件強度滿足強度要求，且有較大優化空間。

②斜腹桿最大內力出現在端部斜腹桿處，故本工程設計端部斜腹桿截面大于其余斜腹桿截面。斜腹桿越靠近跨中位置，應力越小。

(3)穩定性分析

主桁桿：b0=h0=30cm，t=1.6cm

邊斜腹桿：D=16.8cm，t=1.2cm

基本組合下鋼桁架屈曲系數為14.4，滿足要求。

該人行橋上部結構整體穩定性及局部穩定性均滿足要求。

(4)剛度分析

荷載組合情況下跨中最大組合位移為56.4mm，規范限值為L/500=104.4mm，滿足規范。

(5)預拱度設置

根據規范規定設置預拱度，荷載組合按照規范要求計算，本橋主桁架跨中應設置預拱度42.7mm，結構各節點的預拱度如圖9所示。

(6)防腐體系設置

由于該人行橋位于新開河上，應著重考慮鋼結構的防腐設計。根據環境分析，腐蝕環境為C3，本次人行橋采用長效型防腐體系，具體漆膜用料及厚度如表5所示。

表5 鋼結構防腐體系設置

4 結論

介紹了沈陽市新開河-細河街人行橋建設的工程背景、橋位選擇所考慮的因素及設計要點，得出如下結論：

(1)城市人行橋橋位應滿足景觀通透、非機動車等因素的要求；本橋基礎距離盾構距離大于1倍盾徑。

(2)本工程考慮不中斷通行需求，采用先建新橋后拆舊橋的施工順序；預制鋼桁架式人行橋可以大大減少施工工期。

(3)MMA彩色防滑系統具有顏色醒目、施工方便、防滑效果好等特點，適用于城市鋼結構人行橋橋面鋪裝。

(4)跨河鋼結構橋梁應根據環境類別選用合適的防腐體系及漆膜厚度。

通過本文的介紹，希望能為類似橋型提供更多的設計和研究的經驗。