環形鋼結構人行天橋承載力試驗與分析

田亞洪，譚曉晶，楊成標

（1.昆明市公路工程質量檢測中心有限公司，云南 昆明 650110；2.云南省建筑科學研究院，云南 昆明 650223）

0 引言

近年來，鋼結構環形天橋被廣泛應用于城市各道路交叉口。城市人行天橋相比其結構形式的橋梁對外觀要求較高，鋼結構橋梁憑借其外觀輕盈、結構造型豐富，施工時占用周邊場地設施較少，安裝制造工期短、時效快；另鋼結構橋自重輕、構件斷面小，經濟使用效益高，因此被廣泛使用于城市人行天橋建設中，且留有較大安全儲備[1-3]。對于環形天橋的承載能力研究，文獻詳細分析并介紹了環形鋼構橋的振動特性，并結合靜載試驗對橋梁承載力作出判斷[4]。有學者通過對環形天橋鋼支座內力監測與調整，調整支座高度來使得支座反力趨于均勻合理，提升梁體結構安全性[5]。鄭洪濤等人[6]對環形天橋進行靜載試驗，進行承載力驗算和確定結構最不利荷載應出現的加載方式。

本文則主要通過荷載試驗，評估環形天橋的承載能力和工作狀態，檢驗結構施工質量是否滿足設計及有關規范的要求，以便為該橋的運營管養提供科學依據。

1 工程概述

人行天橋采用中間帶圓盤的十字形鋼架結構形式（圖1所示），圓盤軸線長20m，十字鋼架每條邊長44.8m，并設置四條鋼箱梁引道跨過下面的慢行車道。每條引道并列設有自行車梯道和人行梯道，寬度均為2.5m。該人行天橋主要技術指標及結構組成：

圖1 人行天橋立面照片

（1）設計荷載：按人群活載5KN/m2；（2）凈寬：天橋凈寬3.3m，自行車坡道凈寬2.3m，人行梯道凈寬2.3m；（3）橋下凈高：5.5m；（4）上部結構：主橋跨部分為雙向門式鋼架，工廠加工組裝，現場吊裝，引道采用簡支鋼箱梁，梯道均采用鋼筋混凝土結構；（5）下部結構：均采用混凝土擴大基礎，梯道均為單柱，柱的直徑均為50cm；（6）鋼梁橋面鋪裝：采用6cm厚的C30小石子混凝土鋪裝。

2 試驗方案

試驗前為掌握鋼橋的整體受力情況，采用Midas civil軟件計算該橋在各種荷載工況下的空間受力及變形情況。橋梁結構計算模型如圖2所示。根據天橋步道承受的滿人荷載，試驗荷載采用沙袋模擬均布堆載，計算得到試驗等效均布荷載為16.5k N/m。

圖2 結構分析模型

2.1 試驗控制截面

根據試驗橋梁的結構形式、規模，結合施工現狀和現場條件，在進行結構分析計算的基礎上，確定全截面箱梁進行加載試驗，設置試驗控制截面J1、J2、J3和J4。試驗橋跨選定及控制截面位置如圖3所示。

圖3 試驗控制截面

2.2 試驗工況及荷載效率

根據規范，試驗荷載效率須滿足：

式中：

η—靜力試驗荷載效率系數；

Sstat—試驗荷載作用下，檢測部位變位或力的計算值；

S—設計標準活荷載作用下，檢測部位變位或力的計算值（不計沖擊作用時）；

δ—設計取用的沖擊系數（1+μ）。

設計天橋荷載試驗工況如表1所示。

表1 試驗工況及荷載效率

環形天橋荷載試驗以撓度控制為主，采用三級加載，共計3種加載工況：

（1）引道步道加載100%滿人荷載；

（2）環形步道加載50%滿人荷載；

（3）環形步道加載100%滿人荷載。

各加載工況下的布載如圖4所示。

圖4 各加載工況布載

2.3 試驗項目

（1）撓度測試。根據荷載試驗現場條件，共設置撓度測點12個，撓度測點布置于橋面處，如圖5所示。

圖5 撓度測點

（2）應變測試。天橋的每個試驗控制截面均設置應變測點，共計20個測點，測點位置如圖6所示。

圖6 控制截面應變測點布置圖（單位：cm）

3 試驗結果分析

3.1 撓度結果

撓度測試結果如圖7和表2所示。

表2 各測點實測撓度與計算值的比較

圖7 各實測點撓度及理論值對比曲線圖

說明：撓度向下為負。

在各試驗加載工況下，天橋測試斷面撓度校驗系數η在0.79～0.88之間，控制截面的撓度校驗系數小于1，說明該橋的剛度滿足要求；同時，試驗的相對殘余變形為7.72%～10.35%，滿足鋼橋橋梁相對殘余變位不大于20%的要求，說明橋跨結構在試驗荷載作用下處于彈性工作狀態。

3.2 應力結果

試驗荷載工況下各測試截面的應力實測值與理論計算值、校驗系數及相對殘余率如表3和圖8所示。表中應力值符號以受壓為正、受拉為負。

圖8 應力測試結果

表3 各測試截面應力測試結果

說明：受壓為正、受拉為負。

在試驗荷載各加載工況下，天橋控制斷面應力校驗系數η在0.75～0.87之間，控制截面的應力校驗系數均小于1，說明天橋承載能力滿足要求；相對殘余應力為3.70%～12.20%，滿足鋼橋相對殘余應力不大于20%的要求，橋跨結構在試驗過程中處于彈性工作狀態。

4 結語

本文通過對環形鋼結構天橋進行荷載試驗和分析，得出以下結論：

（1）在試驗荷載作用下，天橋試驗控制截面的撓度校驗系數小于1，且相對殘余撓度小于20%，均滿足《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21-01-2015）的規定，具備一定的剛度儲備。（2）在試驗荷載作用下，天橋試驗控制截面的應力校驗系數小于1，且相對殘余應力小于20%，均滿足《公路橋梁荷載試驗規程》（JTG/T J21-01-2015）的規定，具備一定的安全儲備。

綜上所述，天橋橋跨結構強度、鋼度滿足人群設計荷載（5k N/m2）要求。該試驗為人行天橋運營階段的管理和養護提供技術依據，并對同類工程的設計、施工和檢測提供參考。