人行天橋設計淺談

孟祥勇

(上海千年城市規劃工程設計股份有限公司，上海 310000)

0 引 言

人行天橋作為兩個地塊之間連接通道，不僅具有很強的實用性同時還兼具有很高的觀賞性。天橋跨越城市道路，便于兩地之間的聯系，是現代城市道路交通工程中一項重要的組成部分，在交通密集的地區，更好的處理了路人橫跨道路的問題，同時滿足人車分流的功能以確保行人安全。

在現代橋梁設計、施工的過程中，鋼結構橋梁因施工便捷，可先在工廠預加工，然后再運送到施工現場，進行現場拼裝、焊接，能夠有效的縮短施工工期，并且減少了對交通的影響。同時，鋼結構因為斷面小自重輕，同時鋼材的彈塑性能好，使得鋼箱梁橋具有良好的抗震效果，鋼結構橋梁的被認可程度也越來越高，對于鋼結構橋梁的便利性、安全性變的更加青睞，因此，鋼箱梁橋將得到越來越普遍的應用，如何設計并應用好鋼箱梁橋就變得至關重要了。

1 工程概況

玫瑰路人行天橋位于蓉江一路道路里程K5+017.300，跨越蓉江一路。為促進兩邊地塊行人溝通、減少對蓉江一路交通的影響，保障行車和行人的安全，需新建一座人行天橋。天橋主橋總長60 m，寬為7 m；梯道投影總長66.4 m，寬為3.4 m。

2 設計技術標準

(1)設計荷載。人群荷載：按《城市人行天橋與地道技術規范》(2003年修改單)取用，人群荷載q人群=3.6 kN/ m2；基本風壓W0=0.90 kN/m2；欄桿、扶手豎向荷載1.2 kN/m，水平荷載2.5 kN/m；汽車撞擊力：順橋向350 kN，垂直行車向175 kN。

(2)設計安全等級：一級。

(3)環境類別：環境類別為I類環境。

(4)設計基準期：100年。

(5)橋梁使用年限：50年。

(6)抗震要求：橋梁按6°設防，地震動峰值加速度按0.05 g計，橋梁抗震設防類別丁類；抗震設計方法B類。E1地震調整系數0.35。

(7)梁底標高：本工程跨越交通主干道，梁底控制標高均≥5.0 m。

(8)標準橫斷面。主橋：1.2 m(吊索)+0.3 m(欄桿)+4 m(人行道道)+0.3 m(欄桿)+1.2 m(吊索)=7.0 m。

梯道：0.2 m(欄桿)+3 m(人行道)+0.2 m(欄桿)=3.4 m。

(9)橋梁頂面縱橫坡：縱坡由橋面豎曲線及預拱度形成，橫坡為雙面坡設計，坡度為1%，天橋上部結構豎向自振頻率≥3 HZ。

3 上部結構

主橋上部結構采用2跨一聯的連續鋼箱梁，鋼結構采用分段制作，現場吊裝拼接。天橋主梁結構為等截面連續鋼箱梁，梁高1.228 m，鋼箱梁箱梁頂寬7 m，鋼箱梁底寬4.692 m，頂板厚14 mm，腹板厚14 mm，底板厚14 mm，標準橫隔板板厚12 mm，支點橫隔板板厚16 mm和20 mm，鋼材均采用Q345qD鋼。

箱梁兩側設置裝飾性鋼拱肋，拱肋直徑為500 mm，拱肋一般段厚度為12 mm，近拱腳處壁厚為20 mm；拱肋與鋼梁之間連接采用32 mm吊桿連接；拱梁連接處位于梁頂緣，局部構造為20 mm的鋼板組成的肋板式結構；鋼拱肋施工過程中應保證對稱施工。

梯道上部結構采用多跨連續鋼箱梁，鋼結構采用分段制作，現場吊裝拼接。主梁結構為等截面鋼箱梁，梁高0.374 m，箱梁頂寬3.4 m，鋼箱梁底寬2 m，頂板厚12 mm，腹板厚12 mm，底板厚12 mm，標準橫隔板板厚12 mm，鋼材均采用Q345qD鋼。

伸縮縫采用1 mm厚鋅鐵皮，底部采用發泡橡膠填縫，上部采用中性硅膠填塞。

4 下部結構

主橋下部結構采用混凝土實體Y形橋墩，造型優美。橋墩墩身底部橫橋向寬度為2 m，順橋向寬度為1.2 m，梯道采用樁柱式獨柱橋墩，立柱長寬均為0.5 m的矩形墩。

本橋主橋樁基均采用直徑為1.0 m鉆孔灌注樁，樁長為14 m嵌巖樁，單樁承載力840 KN；梯道樁基直徑為0.8 m，樁長為13 m嵌巖樁，單樁承載力83 KN；須保證嵌巖深度大于3 d。梯道落地處橋臺基底承載力須大于100 kPa。

本工程中支座采用板式橡膠支座，主橋處支座型號為GJZ400×400×84，梯道橋墩處支座型號為GJZ150×150×35。橋臺處支座型號GJZ150×150×35。

5 防腐涂裝

(1)鋼箱梁均采用油漆、涂層系統防護。外表面涂裝要求按照《鐵路鋼橋保護涂裝》(TB/T1527-2011)執行，涂裝設計使用壽命為15年。

(2)鋼結構構件質量應逐一檢查，檢查合格后，方可進行鋼結構構件的防銹處理和涂裝施工。

(3)鋼結構外涂裝采用金屬涂層和油漆涂層的防護體系；內涂裝采用全油漆。

(4)漆裝前需把鋼結構表面的氧化層和銹蝕層及焊渣等必須清除干凈，特別要加強焊縫部位的預處理工作。

6 結構分析

6.1 模型構建

玫瑰路人行天橋為連續梁，為了使天橋模型更接近實際情況，利用MIDAS Civil 2019有限元軟件建立系桿模型，對上部鋼結構進行全橋分析。全橋共156個單元，173個節點。

6.2 抗彎強度驗算

通過模型的計算，可得到人行天橋施工階段和成橋階段的梁單元應力。

計算結果表明：鋼箱梁、拱的最大正應力為114.4 MPa<275 MPa，滿足《公路鋼結構橋梁設計規范》(JTG D64-2015)要求。

6.3 抗剪強度驗算

通過模型計算，可得到人行天橋施工階段和成橋階段梁單元剪應力。

計算結果表明：鋼箱梁、拱的最大剪應力為24.2 MPa<160 MPa，滿足規范要求。

6.4 撓度驗算

本橋中支點處設置一固定支座，其余支座在相應位置處沿橫橋向和順橋向放開。并計算人群荷載作用下鋼箱梁最大豎向撓度為1.1 mm<30 000/500=60 mm，滿足《公路鋼結構橋梁設計規范》(JTG D64-2015)要求。

圖1 人群荷載作用下撓度

并且分析影響鋼梁撓度的主要因素的處如下結論。

(1)鋼箱梁跨中撓度隨著鋼板梁板厚的逐漸增加而呈現減少的趨勢。在頂底板板厚較小時，板厚增加對跨中撓度的影響較大，當板厚較大時，繼續增加板厚對跨中撓度影響較小。

(2)當鋼梁由單箱單室變為單箱雙室，撓度值顯著減少，當由單箱雙室變為單箱多室時，撓度仍然在減少，只是減少幅度隨著箱室的的增加而變小。

(3)隨著梁高的增加，鋼梁的慣性矩增加，因此鋼梁的跨中撓度也在減少。在梁高較小時，梁高的變化對撓度的影響比較顯著，隨著梁高的增加，撓度的變化逐漸減少。

6.5 支座反力

荷載標準組合下邊支座最大反力為416 KN，中支座最大反力為765 KN。

選取為GJZ400×400×84板式橡膠支座，滿足支座要求。

最不利工況(基本組合)支座最小反力為290 KN，支座未出現負反力，全部處于受壓狀態，滿足穩定性能要求。

6.6 征值分析

征值分析見表1。

表1 模態特質值表

主梁前8階為水平振動，主要是因為板式橡膠支座水平剛度較小引起，第九振型為豎向振動，基頻為7.06 hz，本橋動力特性滿足《城市人行天橋與人行地道技術規范》CJJ69-95規定，人行橋豎向基頻的3 Hz，分析結果表明該人行天橋的設計動力特性可以滿足要求，天橋結構設計方案合理可行，滿足人行橋舒適度的要求。

7 結 語

隨著道路交通量的增長和橋梁對景觀的要求變高，橋梁除具有輕盈、優美的輪廓外，其本身還應與周圍的環境相協調。鋼結構橋梁以造型優美、自重輕、施工方便等特點在實際工程中得到了廣泛的應用。本文運用MIDAS civil 2019軟件對人行天橋結構進行計算分析，得出以下結果。

(1)鋼梁在施工應力和成橋階段應力結果均小于《公路鋼結構橋梁設計規范》(JTG D64-2015)要求規定的容許應力值。

(2)活載作用下鋼梁變形滿足《公路鋼結構橋梁設計規范》(JTG D64-2015)要求。