常百靈

（貴州橋梁設(shè)計院，貴州貴陽 550000）

螺旋變寬梯道在城市鋼結(jié)構(gòu)人行天橋中的運用

常百靈

（貴州橋梁設(shè)計院，貴州貴陽 550000）

針對螺旋變寬梯道，結(jié)合工程實例，對螺旋變寬梯道運用的要點進(jìn)行了細(xì)致的分析，提出實際運用過程中應(yīng)注意的問題，旨在為充分發(fā)揮螺旋變寬梯道實際效用奠定良好的理論基礎(chǔ)，以推動城市建設(shè)快速發(fā)展。

螺旋變寬梯道；城市鋼結(jié)構(gòu)人行天橋；應(yīng)用

1　技術(shù)指標(biāo)與荷載設(shè)計值

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

表1　擬建天橋主要荷載設(shè)計值

2　螺旋變寬梯道運用要點

2.1確定設(shè)計模型

橋梁全長44.5 m，上部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，天橋下端需現(xiàn)澆一個混凝土梁柱作為支承，上端與已經(jīng)建成的混凝土邊梁直接相連。在工程設(shè)計階段中，結(jié)構(gòu)形態(tài)、約束條件等均會對梯道結(jié)構(gòu)分析造成一定影響。此外，現(xiàn)行規(guī)范中并未對這種類型的鋼結(jié)構(gòu)形變、構(gòu)造等提出明確且詳細(xì)的規(guī)定，設(shè)計難度相對較大。工程最終方案選定鋼結(jié)構(gòu)，在螺旋形梁式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，縮短梁的截面高度至400 mm，此外根據(jù)業(yè)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(jié)構(gòu)。

對于這一問題，研究決定使用專門的結(jié)構(gòu)分析軟件開展相關(guān)計算工作。基于對梯道連接處實際剛度方面的考慮，對現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)實施驗算，計算模型中加入一定混凝土結(jié)構(gòu)，主要有天橋下端現(xiàn)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(jié)構(gòu)。為對梯道豎向形變進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，天橋上下兩端和混凝土結(jié)構(gòu)的連接位置按照剛性連接進(jìn)行考慮，并最終在節(jié)點設(shè)計過程中實現(xiàn)。下端現(xiàn)澆混凝土梁的兩側(cè)需根據(jù)實際要求視作鉸接，上端橋面則需根據(jù)柱的具體位置設(shè)置相應(yīng)的支座。

（2）內(nèi)部應(yīng)力

通過計算得知，相比之下，箱形鋼梁內(nèi)力最小，主體強(qiáng)度足夠支承，但其支座的實際內(nèi)力往往較大，所以設(shè)計階段中應(yīng)對與鋼梁進(jìn)行連接的混凝土結(jié)構(gòu)與節(jié)點實施詳細(xì)的計算。

（3）結(jié)構(gòu)位移

計算結(jié)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(guān)設(shè)計規(guī)范的參考得知，梯道梁所對應(yīng)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(jù)規(guī)定，這一位移量并不會對梯道總體結(jié)構(gòu)、使用與外觀造成影響。

2.2細(xì)化截面尺寸

設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮梯道和鋼梁上下平面保持垂直關(guān)系的截面實際高度。由于梁體的軸線實質(zhì)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(biāo)高。由此可見，處在不同的半徑當(dāng)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(guān)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(xiàn)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(guān)系的截面作為依據(jù)。根據(jù)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(shè)計

本工程所用梁體是一個焊接而成的箱形截面，

所以在進(jìn)行焊接設(shè)計時應(yīng)對施工可行性與工藝流程進(jìn)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(jīng)討論后得出方案如下：首先，將鋼板卷在對應(yīng)的模具上完成腹板放樣與下料，然后結(jié)合具體的尺寸設(shè)置鋼模架，同時對底板進(jìn)行下料與放樣，最后覆蓋頂板。按照這一流程，對應(yīng)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(shè)置在被連接的頂板與底板上；內(nèi)部腹板與底板之間的相連需要使用雙面角焊縫，和頂板進(jìn)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(guī)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(zhì)量。

2.4螺旋與平臺之間的連接

本工程梯道規(guī)模較大，需在現(xiàn)場進(jìn)行拼接焊接。根據(jù)梯道具體形狀與焊接要求，應(yīng)將拼接縫設(shè)置在螺旋和平臺的銜接段。然而，接頭的具體形式會對結(jié)構(gòu)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(shè)置在相同的位置，則會造成焊縫密集等情況，進(jìn)而使焊接處的材質(zhì)出現(xiàn)硬化，同時產(chǎn)生一定焊接應(yīng)力，此外還會對腹板對接造成嚴(yán)重的影響。為有效處理這樣的問題，設(shè)計單位、制造商與施工單位通過系統(tǒng)的分析與討論，結(jié)合相關(guān)規(guī)范的具體要求，經(jīng)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(jié)構(gòu)受力性能的作用效果，實踐證明，此方案切實可行，與相應(yīng)規(guī)范的要求基本相符。

2.5預(yù)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(xiàn)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(dāng)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(nèi)，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(jié)合相關(guān)規(guī)程中的規(guī)定，并保證水平直線在后續(xù)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(shè)置滿堂支撐，在所有梯道均已完成安裝之后，需要按照規(guī)范的流程對支撐進(jìn)行拆除，并在拆除的同時對梯道下沉進(jìn)行觀測。

3　結(jié)束語

總而言之，螺旋變寬梯道具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、造型美觀、承載能力強(qiáng)、可靠性突出等優(yōu)勢，其在城市鋼結(jié)構(gòu)天橋中的應(yīng)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(jīng)濟(jì)性等多種特點為一身的新型梯道，是當(dāng)前城市天橋設(shè)施建設(shè)的首選梯道形式。

［1］ 田里.鋼結(jié)構(gòu)人行天橋使用性評估［D］.武漢理工大學(xué)，2008.

［2］ 付一小.車輛及人行荷載激勵下鋼結(jié)構(gòu)人行橋的動力響應(yīng)分析及舒適度評價［D］.合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

［3］ 王升堂.鋼結(jié)構(gòu)人行天橋的實際應(yīng)用研究［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計方面研究。