張 曦 石保同

(山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，山東濟(jì)南 250031)

1 工程概況

濟(jì)南市某工廠新建廠區(qū)與現(xiàn)廠區(qū)之間有省道分割，為實(shí)現(xiàn)新老廠區(qū)的順暢對(duì)接，在新廠區(qū)和現(xiàn)廠區(qū)之間設(shè)置過街天橋，通過設(shè)置該人行天橋可有效解決職工安全過街問題，且可將輸水管線等設(shè)施通過天橋箱梁內(nèi)部跨越省道。

天橋橋墩落于省道兩側(cè)人行道內(nèi)，樓梯置于廠區(qū)圍墻內(nèi)側(cè)，為縮短工期，降低天橋施工期間對(duì)道路車流的影響，天橋采用預(yù)制鋼箱梁結(jié)構(gòu)，一孔跨越被交省道。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

天橋上部結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)支鋼箱梁，鋼梁全橋分三段在工廠分節(jié)制作，現(xiàn)場(chǎng)采用對(duì)接焊縫拼接，拼接后箱梁整孔吊裝施工;梯道梁采用鋼箱梁支承梯道板的形式，工廠加工，現(xiàn)場(chǎng)吊裝焊接施工。

上部箱梁跨徑為32 m，寬3．5 m，考慮箱梁內(nèi)部管道及檢修需要，梁高采用1．8 m。主梁采用 Q345鋼材，頂板、底板、腹板厚12 mm，加勁肋厚10 mm。根據(jù)整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定的要求確定縱橫向加勁肋的間距。端橫梁由于有大范圍孔洞，為保證強(qiáng)度及穩(wěn)定，經(jīng)驗(yàn)算確定后采用20 mm厚鋼板。鋼箱梁外表面采用無機(jī)富鋅漆底漆兩道80μm，中間漆環(huán)氧云鐵40μm，出廠前涂面漆一道40μm，面漆為氟碳漆。鋼箱梁內(nèi)部采用環(huán)氧富鋅漆70μm，環(huán)氧漆50μm。

下部結(jié)構(gòu)主墩采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，通過板式橡膠支座與上部箱梁連接，梯道墩柱采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)灌收縮補(bǔ)償混凝土，墩底與承臺(tái)采用預(yù)埋地腳螺栓連接?；A(chǔ)均采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，樁徑80 cm。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

3．1 總體計(jì)算

采用有限元軟件MIDASCivil對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行總體計(jì)算。箱梁采用梁?jiǎn)卧?，根?jù)加勁肋布置進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，梁?jiǎn)卧灿?jì)36個(gè)(見圖1)。

圖1 梁?jiǎn)卧?jì)算模型

根據(jù)《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》，設(shè)計(jì)荷載考慮有自重、橋面鋪裝、欄桿、管線等恒載，人群荷載、整體升降溫、梯度溫度、風(fēng)等作用。箱梁支座根據(jù)實(shí)際情況采用固定鉸支座及滑動(dòng)鉸支座模擬。

總體計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度及動(dòng)力特性進(jìn)行驗(yàn)算分析。主要驗(yàn)算結(jié)論如下:

1)箱梁變形以恒載、活載作用下豎向變形為主，風(fēng)、溫度等影響幾乎可忽略不計(jì)。在標(biāo)準(zhǔn)組合作用下，箱梁最大撓度為21 mm，遠(yuǎn)小于撓度限值L/600，滿足規(guī)范要求。

2)箱梁強(qiáng)度驗(yàn)算由承載能力極限狀態(tài)控制的荷載組合控制，驗(yàn)算表明，結(jié)構(gòu)最大拉應(yīng)力95 MPa，最大壓應(yīng)力112 MPa，滿足規(guī)范要求。

3)為避免共振，減少行人不安全感，應(yīng)對(duì)天橋上部結(jié)構(gòu)自振頻率進(jìn)行控制。設(shè)計(jì)中采用子空間迭代法對(duì)天橋進(jìn)行特征值分析。驗(yàn)算表明，結(jié)構(gòu)第一階振型下自振頻率為4．2 Hz，大于規(guī)范要求的3 Hz，表明結(jié)構(gòu)剛度較大，滿足行人舒適性的需要。

3．2 局部計(jì)算

箱梁端橫梁由于有大范圍孔洞，設(shè)計(jì)中對(duì)端橫梁及支座位置進(jìn)行了加強(qiáng)，端橫梁采用20 mm厚鋼板，并且在支座處設(shè)置加勁鋼板。為確保結(jié)構(gòu)安全，基于通用有限元程序MIDAS FEA建立板殼元模型分析計(jì)算，模型共計(jì)19 232個(gè)單元(見圖2)。建模過程中應(yīng)該注意兩點(diǎn):1)邊界約束的設(shè)置;2)局部坐標(biāo)系的方向。板殼元模型計(jì)算表明:箱梁撓度與頂、底板應(yīng)力與梁?jiǎn)卧Y(jié)果基本吻合。

圖2 板單元模型端橫梁處

箱梁在荷載作用下的變形可分為4種基本狀態(tài):縱向彎曲、橫向彎曲、剛體扭轉(zhuǎn)、畸變，同時(shí)存在縱向正應(yīng)力、橫向彎曲應(yīng)力及剪應(yīng)力等，考察箱梁的安全性應(yīng)根據(jù)強(qiáng)度理論進(jìn)行判斷。材料第四強(qiáng)度理論表明，形狀改變能量強(qiáng)度屈服條件及其相關(guān)流動(dòng)法則能較好的描述鋼材的彈塑性工作狀態(tài)。計(jì)算表明，箱梁最大Von Mises應(yīng)力為170 MPa，位于支座加勁鋼板位置，箱梁總體應(yīng)力水平較低，局部應(yīng)力集中區(qū)域不影響結(jié)構(gòu)靜力承載能力。

4 結(jié)語(yǔ)

1)在跨越主干道修建人行天橋時(shí)，由于道路交通量通常較大，為降低施工期間對(duì)道路通行的影響，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮方便快捷的施工方案，由于鋼箱梁有重量輕，施工快的優(yōu)勢(shì)，目前已成為首選方案。

2)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視橋梁自振頻率的計(jì)算分析。結(jié)構(gòu)自振頻率過低時(shí)，結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生共振，使行人產(chǎn)生不安全感，通過增加梁高，適當(dāng)增加鋼板厚度，提高箱梁剛度或采用墩梁固結(jié)等措施可有效提高結(jié)構(gòu)基頻。

3)應(yīng)重視鋼箱梁局部應(yīng)力的計(jì)算，支座、開孔處應(yīng)該采用加厚鋼板，設(shè)置加勁肋等方案加強(qiáng)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該橋箱梁強(qiáng)度、剛度、基頻、局部應(yīng)力等指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，可以供其他類似工程參考。

［1］ 吳 沖．現(xiàn)代鋼橋［M］．北京:人民交通出版社，2006．

［2］ 胡世強(qiáng)，何大學(xué)．城市人行天橋設(shè)計(jì)探討［J］．城市道橋與防洪，2012(4):25．