某異型鋼桁架人行橋設計

鄢余文

1 工程概況

四川省都江堰“壹街區”是上海對口援建都江堰市的成街區開發項目。為滿足蒲陽河兩岸人流通行，新建蒲陽河 1號橋，橋梁位置重要，景觀要求較高。

通過方案比選，橋梁最終采用單跨異型鋼桁架結構。鋼桁架又分為主桁架及附屬桁架，共長 43.2m。橋面桁架旋轉的空間形成了一個獨特而富有動態的結構，使行人擁有了持續變化的視覺體驗。鋼桁架造型新穎獨特，配以紅色亮麗涂裝，美不勝收。橋梁建成后效果如圖 1所示。

2 結構特點

普通斷面鋼桁架橋在我國應用較廣，該類型鋼桁架橋結構簡單，受力明確，施工方便。而斷面扭轉的異型鋼桁架橋相比各方面就要復雜得多，表 1對此進行了對比。

表1 普通鋼桁架橋與異型鋼桁架橋的對比

異型鋼桁架橋的復雜特點，對橋梁的設計以及加工制作提出了更高的要求。

3 主要技術標準及指標

1)設計安全等級:二級，結構重要性系數為 1.0。

3)設計荷載:a.恒載。主桁架采用Q 345B鋼材，橋面系支撐桁架采用Q235B型鋼，鋼材重度取 78.5 kN/m3。橋面系木板重度為6.0 kN/m3。欄桿按3.5 kN/m計。b.活載。人群荷載取4.0 kN/m2。c.溫度荷載。整體升溫 26℃，整體降溫29℃。

4)抗震標準:抗震設防烈度為 8度，地震動峰加速度值為 0.2g。

5)設計水位:為698.005 m(1956年黃海高程系)，橋下無通航要求。

4 結構布置

橋位處河口寬38m，橋梁計算跨徑39.6m，加上橋頭3.6m，桁架橋總長43.2m，其中附屬桁架長度14.4m。梁底高出設計水位1.67m。

橋梁按正交布置，橋面不設縱、橫坡，橋頭設人行踏步及坡道與地面接順。

橋梁主體結構采用異型斷面鋼桁架，橋面系為型鋼支撐加木地板。下部結構采用直壁式橋臺，基礎為擴大基礎(見圖 2)。

4根通長主桁桿截面為邊長 0.5m的正方形，為適應整體截面扭轉，有 3根主桁桿正方形截面四邊繞桿軸扭轉漸變。

主桁桿之間設邊長為0.2m，0.3 m的兩種正方形斜撐桿。下弦桿之間設邊長 0.3m正方形底橫桿。桁架節點間距 1.8m，節點及各桿端內部設加勁板。

1.教學的簡約化是時代的需要。簡約化已經是具有時代氣息的價值理念，人類的認識總是經歷簡單——復雜——簡約的過程，而簡約決不是回到從前，而是超越與進步，力避繁瑣、崇尚簡約作為一種新的時代精神要求，已經滲透到生活的各個領域，課堂教學作為教師向學生傳播人類價值理念的平臺，理應發現、發揚、崇尚這一真正以學生為本的基本理念，教師和學生應該過一種簡約輕松而深刻自由的教學生活。

橋頭附屬桁架為普通矩形斷面鋼桁架，桁架各桿件截面同主桁架。附屬桁架與主桁架焊接固定，長度 14.4m，為主桁架增加穩定。

橋梁上部鋼桁架均采用Q 345B全焊鋼結構，鋼桁架在工廠部分預制，現場拼裝，最后整體吊裝就位。整體吊裝重量約 178 t。鋼桁架就位后焊橋面型鋼和欄桿，鋪人行道木板。

5 計算分析

1)靜力分析。

整體結構分析程序采用MIDAS/Civil 2006。鋼桁架橋各桿件均采用梁單元模擬。成橋階段及使用階段的鋼桁架內力、應力狀態按初等理論進行有限元計算。

結構自重及人群活載按程序加載，橋面系、欄桿等按外荷載作用在結構上。

橋梁計算模型如圖3所示。

通過計算，在恒載 +活載的基本荷載組合下，異型桁架上弦桿最大壓應力為70.3MPa，下弦桿最大拉應力為60.0MPa。底橫桿最大壓應力為60.6MPa，最大拉應力為52.2MPa。

斜撐桿最大壓應力為138.5MPa，最大拉應力為109.6MPa。斜撐桿最大應力僅發生于桁架東側未扭轉梁端，可見桁架整體受扭轉動趨勢。

附屬桁架最大壓應力為72.4MPa，最大拉應力為81.7MPa。

恒載+活載下，桁架跨中最大位移為3.2 cm=L/1 237.5＜L/800，桁架結構剛度較好，滿足規范要求。

2)穩定分析。

穩定計算模型活載按照對桁架壓力最大原則加載布置，結構一階屈曲失穩安全系數為 106，計算結果表明結構具有良好的穩定性能。

3)特征值分析。

桁架自振頻率計算采用有限元計算，結構第一階自振頻率為3.27 Hz，自振周期為0.305 s，滿足規范要求。

6 結語

隨著我國經濟的迅速發展，橋梁的景觀要求受到越來越高的重視。本文所介紹的異型鋼桁架橋造型獨特，新穎美觀，極富創意。

相比普通斷面鋼桁架橋，異型鋼桁架橋桿件構造，節點連接，結構受力均較復雜，加工制作難度也較高。由于橋梁斷面往一側扭轉，桁架整體也是扭轉受力，未扭轉梁端部分斜撐桿受力較大。異型鋼桁架的上下弦桿、其他部分斜撐桿以及其他桿件受力不大。同時為增加桁架整體穩定，需要在異型端增設附屬桁架。通過計算分析，該異型鋼桁架橋強度、剛度、穩定與自振頻率均滿足規范要求，結構安全可靠。

[1] 吳 沖.現代鋼橋[M].北京:人民交通出版社，2010.

[2] GB 50017-2003，鋼結構設計規范[S].

[3] 蘇彥江.鋼橋構造與設計[M].成都:西南交通大學出版社，2006.

[4] 胡曉娟，何志軍，丁潔民.某博物館入口大廳鋼結構分析與設計[J].結構工程師，2008(6):13-18.

[5] 胡克旭，龍 濤.某工程鋼桁架新型節點受力性能試驗研究[J].結構工程師，2009(1):95-100.