螺旋變寬梯道在城市鋼結構人行天橋中的運用

常百靈

（貴州橋梁設計院，貴州貴陽 550000）

螺旋變寬梯道在城市鋼結構人行天橋中的運用

常百靈

（貴州橋梁設計院，貴州貴陽 550000）

針對螺旋變寬梯道，結合工程實例，對螺旋變寬梯道運用的要點進行了細致的分析，提出實際運用過程中應注意的問題，旨在為充分發揮螺旋變寬梯道實際效用奠定良好的理論基礎，以推動城市建設快速發展。

螺旋變寬梯道；城市鋼結構人行天橋；應用

1　技術指標與荷載設計值

天橋總寬3.5 m，其中人行道寬3.0 m，兩側欄桿寬0.50 m；左側梯道寬2.4～5.1 m，人行道寬1.9～4.6 m，兩側欄桿寬0.50 m；右側梯道寬2.0 m，人行道寬1.5 m，兩側欄桿寬0.50 m。天橋主要荷載設計值如表1所示。

表1　擬建天橋主要荷載設計值

2　螺旋變寬梯道運用要點

2.1確定設計模型

橋梁全長44.5 m，上部結構32.73 m。天橋主梁采用鋼箱梁，梁高120 cm，頂板、底板均厚12 mm；梯道梁采用鋼箱梁支承梯道板的形式，梁高30 cm，頂板、底板均厚12 mm。其樓梯自身就是一種螺旋形鋼結構，天橋下端需現澆一個混凝土梁柱作為支承，上端與已經建成的混凝土邊梁直接相連。在工程設計階段中，結構形態、約束條件等均會對梯道結構分析造成一定影響。此外，現行規范中并未對這種類型的鋼結構形變、構造等提出明確且詳細的規定，設計難度相對較大。工程最終方案選定鋼結構，在螺旋形梁式結構的基礎上，縮短梁的截面高度至400 mm，此外根據業主提出的要求增大截面寬度至2 650 mm，形成一個四室箱形結構。

對于這一問題，研究決定使用專門的結構分析軟件開展相關計算工作。基于對梯道連接處實際剛度方面的考慮，對現有混凝土結構實施驗算，計算模型中加入一定混凝土結構，主要有天橋下端現澆混凝土梁與上端局部橋面。

（1）計算模型

螺旋梯主要使用多段直桿單元實施模擬，單元間的連接采取剛性結構。為對梯道豎向形變進行準確的控制，天橋上下兩端和混凝土結構的連接位置按照剛性連接進行考慮，并最終在節點設計過程中實現。下端現澆混凝土梁的兩側需根據實際要求視作鉸接，上端橋面則需根據柱的具體位置設置相應的支座。

（2）內部應力

通過計算得知，相比之下，箱形鋼梁內力最小，主體強度足夠支承，但其支座的實際內力往往較大，所以設計階段中應對與鋼梁進行連接的混凝土結構與節點實施詳細的計算。

（3）結構位移

計算結果表明，箱形鋼梁的豎向位移最大值在66 mm左右。通過對相關設計規范的參考得知，梯道梁所對應的撓度容許值為1／250。實際情況中，按照這一要求計算得出的最大位移量只有1／626，根據規定，這一位移量并不會對梯道總體結構、使用與外觀造成影響。

2.2細化截面尺寸

設計過程中應充分考慮梯道和鋼梁上下平面保持垂直關系的截面實際高度。由于梁體的軸線實質上就是空間螺旋線的一種，而且梁體存在一定寬度，所以在旋升到某個角度之后，處在相同輻射線上的點需要上升相同的高度同時保持一致的標高。由此可見，處在不同的半徑當中，梁體實際坡度也會存在一定差別，隨半徑的增大，坡度逐漸減小。與梁體保持垂直關系的截面必須是一個扭曲面。這從制造加工的角度講是無法實現的。為有效處理這樣的問題，制造加工的過程中可以將其改成將與水平面保持垂直關系的截面作為依據。根據梁體的實際尺寸，即可近似得出截面與腹板的尺寸大小。

2.3梁體制作與焊縫設計

本工程所用梁體是一個焊接而成的箱形截面，

所以在進行焊接設計時應對施工可行性與工藝流程進行充分的考慮，特別是腹板與頂板和底板之間的焊接施工。本工程梁體制作經討論后得出方案如下：首先，將鋼板卷在對應的模具上完成腹板放樣與下料，然后結合具體的尺寸設置鋼模架，同時對底板進行下料與放樣，最后覆蓋頂板。按照這一流程，對應的焊縫為：對于腹板與頂板和底板的相連需使用坡口焊，坡口需設置在被連接的頂板與底板上；內部腹板與底板之間的相連需要使用雙面角焊縫，和頂板進行連接的部分需使用間斷開槽塞焊。采取這樣的焊接方法不僅可以貼合規范的制作順序，還能為焊接提供便利，從根本上提高了焊接的質量。

2.4螺旋與平臺之間的連接

本工程梯道規模較大，需在現場進行拼接焊接。根據梯道具體形狀與焊接要求，應將拼接縫設置在螺旋和平臺的銜接段。然而，接頭的具體形式會對結構受力與焊接造成一定影響；如果實際情況中將面板、腹板與接頭設置在相同的位置，則會造成焊縫密集等情況，進而使焊接處的材質出現硬化，同時產生一定焊接應力，此外還會對腹板對接造成嚴重的影響。為有效處理這樣的問題，設計單位、制造商與施工單位通過系統的分析與討論，結合相關規范的具體要求，經研究決定將接頭位置上的腹板改制成長短交錯的形式，腹板之間保持16°錯角。這樣的接頭方式不僅大幅簡化了拼裝與焊接施工，還能起到提升結構受力性能的作用效果，實踐證明，此方案切實可行，與相應規范的要求基本相符。

2.5預留彈性位移

螺旋變寬梯道完成安裝之后，在其自身重量與荷載的共同作用下必定會出現一定位移，這一位移會由于具體的工況不同而存在差別，而且這一位移也不是均勻的。通過計算得知，當梯道與混凝土主體完成連接以后，由于位移并非均勻，所以存在一個最大位移點，對于本工程而言，該點位于360°～400°范圍內，位移量最大值在66 mm左右，旋升540°位置上的實際位移量為32 mm。

結合相關規程中的規定，并保證水平直線在后續使用時一直保持水平。在制作過程中，可將螺旋段在此位置留出一定余量，以滿足安裝的高度要求，同時將這一余量均勻布置在各點的旋升高度處。除此之外，施工過程中還需設置滿堂支撐，在所有梯道均已完成安裝之后，需要按照規范的流程對支撐進行拆除，并在拆除的同時對梯道下沉進行觀測。

3　結束語

總而言之，螺旋變寬梯道具有結構穩定、造型美觀、承載能力強、可靠性突出等優勢，其在城市鋼結構天橋中的應用不僅可以解決人群集中過街的難題，還從提升城市形象，是集安全性、景觀性、經濟性等多種特點為一身的新型梯道，是當前城市天橋設施建設的首選梯道形式。

［1］ 田里.鋼結構人行天橋使用性評估［D］.武漢理工大學，2008.

［2］ 付一小.車輛及人行荷載激勵下鋼結構人行橋的動力響應分析及舒適度評價［D］.合肥工業大學，2010.

［3］ 王升堂.鋼結構人行天橋的實際應用研究［J］.交通標準化，2011，（19）：112-114.

U445

C

1008-3383（2016）10-0089-01

2016-01-21

常百靈（1982-），男，甘肅通渭人，工程師，主要從事工作和研究方向是道路與橋梁設計方面研究。