太原市濱河東路勝利街口人行天橋受力分析

侯 智

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

1 工程概況

隨著太原市快速城市化和機動化的發展，道路交通壓力逐年增大，路面車流量不斷增多，人車矛盾突出已成為不爭的事實。全市范圍內的立體過街設施較少，行人過街基本依靠人行橫道線，通行能力低下。其一方面影響道路路段的通行能力，同時存在較大的安全隱患。特別是在學校、醫院和商業繁華地段，行人過街問題已成為制約道路通行能力的主要因素。如何解決行人過街的安全，避免由于行人車輛的相互干擾造成的交通擁堵問題越來越受到全社會范圍內的廣泛關注。太原市2007年修建了濱河東西兩條快速路，已經在濱河東路桃園三巷、康樂街、柳溪街等多處修建了人行天橋，隨著太原市不斷的發展、人口的增加，現有的人行天橋已無法滿足人行過街需求，需要在合適的位置增加人行天橋。

鋼箱梁結構是人行天橋中常用的結構，與混凝土主梁相比較鋼主梁的梁高較小，可以取得較好的景觀效果，同時也可以減少樓梯的布置范圍。從施工及對現狀道路的交通影響方面來看，如采用混凝土主梁結構，則上部結構施工工期較長，且主梁施工期間將占用部分車道，從而對現狀道路上的交通造成較大的影響。而采用鋼主梁則可在鋼結構廠內施工主梁節段，運抵現場進行拼接后，分段或整體吊裝就位。施工工期大大縮短，對下穿交通影響較小。

山西省林業職業技術學院位于太原市勝利橋東，勝利街與濱河東路交匯處，西鄰汾河公園，北依太原市森林公園，空氣清新，區域內學生、教職工、居民較多。汾河景區公園是此區域主要的休閑活動場地，為方便城區居民進入汾河景區公園休閑健身，滿足居民的過街交通需求，保證其過街交通安全，使社會公共綠地資源得到最大的使用，在濱河東路勝利街口修建一座人行天橋。

濱河東路勝利街口人行天橋位于山西省林業職業技術學院西南勝利街口區城，橫跨濱河東路，距離勝利街與濱河東路交叉口約180 m。橋梁施工長度為55.6 m，布跨為31 m+22 m變截面鋼箱梁，橋面總寬4 m，凈寬3.6 m。橋墩采用花瓶墩，基礎均為承臺配樁基。在兩側橋墩位置處分別設置1∶2和1∶4的梯道。標準段鋼箱梁梁頂寬4 m，梁底寬度2.18 m，鋼箱梁支點處梁高1.6 m，跨中梁高0.9 m，箱梁為雙箱單室，橫向通過加勁隔板連接。頂底板及腹板均采用16 mm厚鋼板，鋼材均采用Q345qD鋼。橋墩立柱形式采用花瓶墩，邊墩底尺寸為1.5 m×1 m，墩頂橫橋向漸變為2.8 m寬，中墩底尺寸為1.3 m×1 m，墩頂橫橋向漸變為2.3 m寬。橋墩基礎采用承臺配樁基，樁基礎均按摩擦樁設計。承臺尺寸為6.4 m×2.7 m×2.3 m，樁基礎采用鉆孔灌注施工，樁徑為1.5 m，為了確保橋梁運營安全，需要對該橋建立模型進行受力分析，天橋橫斷面如圖1所示。

2 鋼箱梁模型的建立

根據橋梁相關規范，采用midas civil進行建模，恒載的施加：鋼箱梁尺寸根據實際尺寸進行建模，橫隔板按照節點荷載施加，橋面鋪裝等二期恒載按照均布荷載施加。

上部結構鋼箱梁工廠加工，現場拼裝，成橋后施工附屬結構：人行欄桿、橋面鋪裝等，施工階段劃分如表1所示。

表1 詳細施工階段

2.1 單梁模型建立

濱河東路勝利街口人行天橋的建模采用邁達斯有限元軟件進行建模，用梁單元模擬鋼箱梁梁；橫隔板、加勁肋的重量折算成集中荷載和均布荷載施加在鋼箱梁上；邊界條件根據實際支座的類型進行模擬；鋼結構參數根據規范確定；單梁模型及斷面如圖2，圖3所示。

2.2 梁格法模型建立

梁格法是通過建立空間網狀結構來模擬結構實際受力情況，梁格法的主要思路就是將上部箱型結構橫向劃分成若干個截面，建立縱梁，然后通過橫向構建連接，形成一個平面梁格來模擬。橫向劃分的原則：1)每個縱梁截面均應帶有腹板；2)中性軸應一致；3)剛度等效。

本項目鋼箱梁截面為雙箱單室，兩個箱室之間通過橫隔板相連，可以通過梁格法模擬結構。每個箱室作為一個縱梁，橫隔板作為橫梁，用縱橫梁建立空間網狀結構。梁格法模型及斷面如圖4～圖6所示。

3 計算結果比較

3.1 承載能力極限狀態強度驗算

根據midas civil單梁模型計算出的最大拉、壓應力如圖7所示，下緣最大拉應力為132.0 MPa，上緣最大壓應力為102.0 MPa。從梁格模型計算出的各種組合下最大、最小應力包絡圖可知，截面下緣最大拉應力為131.2 MPa，上緣最大壓應力為102.1 MPa。同時根據計算結果，所有截面的應力都小于Q345鋼抗拉、抗壓設計值275 MPa(t≤16 mm)，滿足規范要求[2]。

3.2 正常使用極限狀態撓度驗算

根據有限元軟件單梁模型計算出的人群荷載作用下最大豎向撓度為42 mm，梁格模型計算出的人群荷載作用下最大豎向撓度也為42 mm，見圖8。根據《城市人行天橋與人行地道技術規范》2.5.2條，人群荷載計算的最大豎向撓度，不應超過下列允許值：梁板式主梁跨中L/600=31 000/600=51.7 mm。以上數據均滿足相關規范的規定。

4 結語

針對濱河東路勝利街口人行天橋的結構特點，使用midas civil有限元軟件進行建模、計算分析，根據計算結果可知，鋼箱梁應力、位移、整體穩定、基頻等各項指標均滿足橋梁規范規定的要求。本天橋上部結構斷面采用雙箱單室鋼箱梁，分別采用單梁法和梁格法建模進行計算，通過對比兩種模型的計算結果得知：兩種模型的計算結果均滿足相關規范的要求，且兩種模型的計算結果基本相同，所以對寬度較小的人行天橋的計算，采用單梁模型計算便能反映其結構的受力特點，單梁模型建模速度快、節約設計人員時間可以提高設計效率，無需采用復雜的梁格法進行計算。