淺析鋼結構人行天橋的設計要點和應用優勢

【摘 要】當現代城市逐漸發展成超大城市的趨勢，在交通繁忙的城區路口，建立越來越多的人行天橋已經成為解決行人過街安全、緩解交通擁堵的有效措施。但以往的鋼筋混凝土結構人行天橋無論在橋梁造型還是在施工周期方面，相比鋼結構人行天橋都略顯不足。因此本文從鋼結構人行天橋的設計要點和應用優勢出發，詳細介紹其相關應用。

前言

鋼結構以其在造型美觀、安全性高的優勢越來越多的被應用到橋梁與房屋建造上，尤其是在條件有限、跨度大的情況下，只能考慮鋼結構。鋼結構的特點是重量輕，強度高，并且具備其抗壓以及抗拉等相關優點，相對于鋼筋混凝土結構而言，其外觀更為直觀，強度等級更高。

在以往的人行天橋中，常常使用的材料是鋼筋混凝土，鋼結構的應用相對較少。本文將從設計要點與應用優勢來說明鋼結構在人行天橋的應用。

一、設計要點

1.結構設計

對于鋼結構的人行天橋，通常采用應用廣泛的簡支梁、連續梁結構，中間承載式桁架，而對于受力的桿件一般在鑄鐵材料的Q345三角鋼，而橋面板則采用預制板，整個橋面采用花崗石等輕型材質進行鋪層。

對于人行天橋結構通常采用行業內公認的Midas軟件進行模擬計算，進行模型簡化，分節計算，節與節之間采用焊接剛性連接，對于受力桿件，采用beam單元進行模擬，而梁端約束釋放，一些次要的桿件則采用桁架單元。通過加上自重，對人行天橋鋼結構進行分析，加上載荷。通常載荷為動載荷，將行走在人群上的載荷進行均布加載，這和橋梁的長度有關系。再加上自重，則為該橋梁的設計載荷。通過Midas軟件計算后，和標準進行對比，查看桿件位移及結構穩定性是否滿足要求，另外還要查看天橋的垂直方向的自振頻率，看是否達到標準。

當進行完上述結構結算后，下一步則是對鋼結構的節點焊接強度進行計算，包括主桁豎桿，主絎斜桿，橫聯斜桿，橫聯豎桿。對其軸向力，截面應力按照規范進行求解，得出其各邊的焊縫長度。

此外還要進行鋼結構的螺栓連接強度計算，計算其在剪應力與壓應力情況下的容許載荷。最優化得出所需的螺栓數以及螺栓分布情況。

2.振動設計

鋼結構人性天橋的振動源主要來自兩方面，一個是行走的行人對天橋的振動；另外是過往車輛對天橋的振動。通過對人行天橋的振動原因進行動力學分析，來校核其是否滿足振動設計的要求。

首先第一個難點是如何處理行人所施加的動載荷，因為行人的重心隨著行走移動，這樣，行人對天橋就施加了一個周期性的雙向載荷。當橋上行人很多時，動載荷勢必會隨之增大，因此通過動力學分析來計算人施加的載荷對天橋的振動響應的大小。

而對于地面行駛的車輛，需要通過安裝傳感器，通過測量的數據來計算地面車輛對天橋的雙向振動的響應。

在綜合人和車輛對于橋梁的振動數據后，計算模擬橋梁的自振頻率和max位移，來檢測橋梁是否能夠滿足設計要求與應用，是否會引起共振和滿足行人行走的要求。通過采用模態分析，查看其第一振型頻率是否符合規范。

3.防腐要求

對于鋼結構來說，暴露在空氣中容易氧化生銹。因此需要進行防腐處理，可以進行外包石材或者其他防腐材料，使鋼結構處于封閉和干燥的環境中。另外若有暴露外面的位置，可以取刷漆，鍍鋅等防腐措施，在采取這類措施之前，需要進行除銹前處理，工藝要求須達到要求，目前應用較廣泛的有噴鋅，噴鋁等防護措施，這可以使整個鋼結構達到20年左右的防腐壽命。

綜上，對于人性天橋的鋼結構進行結構設計，需要進行整體結構強度計算，焊接強度計算；另外很關鍵的是對人行天橋進行動力設計分析。

二、應用優勢

2.1優越的加工與力學性能

鋼結構相比混凝土結構，鋼具有更強的強度，因此使用于大跨度，高載荷的建筑。而鋼結構的塑性性能更好，善于吸收各種外加靜載荷，而不會突然增大變形。而且鋼材因其韌性在動力設計中具有得天獨厚的優勢。

2.2 施工周期短、工業化程度高

由于鋼結構的廣泛應用，市場上可以快速買到各種所需要的型材，而且鋼結構生產廠家專業化程度高，加工精度和質量控制都達到了很高的水平。由于鋼結構重量較輕，方便運輸。其簡易的安裝形式適合采用機械化安裝，能夠減少施工周期。而且鋼結構采用的是螺栓連接或者焊接，易于拆卸安裝，并可不斷重復利用，相比混凝土其他結構有不可比擬的好處。

2.3 設計簡單，計算可行性強

因為鋼鐵原材料的生產較好的控制了生產質量，使得鋼結構的材料性能接近均勻，因此對于模擬計算結果和實際的情況差別不大。在設計中可以廣泛采用經驗公式或者模擬軟件，

結算結果更加可信。

2.4 經濟優勢

對于大跨度和重載荷天橋，采用鋼結構可以節約2/5自重。由于自重減輕，節省了施工安裝和材料費用，減少基礎造價。而且鋼結構采用的材料用量也小于混凝土的用量。這就大大節約了成本。

2.5 易于回收

由于社會發展周期加快，建筑與結構的更新速度大大增加。因為鋼結構大多數采用螺栓結構，易于拆卸，而且對于環境的危害小。可以進行回收，重復為企業和社會創造經濟與環保效益。

3、結語

隨著城市的快速發展和城市人口的急劇膨脹，為了保護行人過街安全和公共交通的需要，人行天橋在城市建設中被廣泛應用。而鋼結構以其安全性能，設計可靠，施工周期短，經濟性強和環保等特點受到越來越多城市建設者的青睞，極好的滿足了城市建設者的需要。隨著鋼材材料品種的完善，行業標準化，這些都將會為鋼結構的進一步發展提供廣闊的空間。

參考文獻

[1]黃翊. 鋼結構在人行天橋應用中的優勢[J]. 廣西城鎮建設，2009， （5）： 82-84.

[2]中華鋼結構論壇. 結構理論與工程實踐———中華鋼結構論壇精華集[M]. 北京： 中國計劃出版社， 2005.