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        某豎琴式斜拉人行天橋設(shè)計(jì)

        2018-03-19 06:40:48陳艷平
        城市道橋與防洪 2018年2期
        關(guān)鍵詞:斜塔人行天橋鋼混

        陳艷平

        (廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510000)

        1 工程概況

        該人行天橋工程位于深圳龍崗坂雪崗工業(yè)區(qū),距華為基地大約3 km。人行天橋連接華為荔枝園項(xiàng)目和楊美員工宿舍項(xiàng)目樓梯間,橫跨環(huán)城東路。環(huán)城東路為城市主干道,橋位處道路寬度約為56 m:3 m(人行道)+1.5 m(綠化帶)+2.5 m(自行車(chē)道)+6 m(綠化帶)+13 m(車(chē)行道)+4 m(中央綠化帶)+12 m(車(chē)行道)+7 m(綠化帶)+2.5 m(自行車(chē)道)+1.5 m(綠化帶)+3 m(人行道)。橋位西側(cè)連接荔枝園會(huì)所,東側(cè)連接楊美員工宿舍項(xiàng)目,兩側(cè)建筑均為與天橋同期建設(shè)的新建建筑。

        2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

        (1)設(shè)計(jì)荷載。人群荷載:按《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》(CJJ69-1995)規(guī)定取值;欄桿:水平荷載為2.5 kN/m,豎向荷載為1.2 kN/m;風(fēng)荷載:基本風(fēng)壓為0.9 kPa;地震荷載:地震動(dòng)峰值加速度取0.1 g[1]。

        (2)天橋橋下凈空。機(jī)動(dòng)車(chē)道和非機(jī)動(dòng)車(chē)道不小于5.5 m,人行道不小于2.5 m。

        (3)橋梁跨徑組合和寬度。橋梁跨度布置為:5.17 m+24 m+64 m+22 m+3.37 m。主橋?qū)挒?.55 m,人行道凈寬3.4 m。

        (4)其他技術(shù)要求。設(shè)計(jì)安全等級(jí):二級(jí);環(huán)境類(lèi)別:Ⅰ-C類(lèi);設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100 a;抗震等級(jí):Ⅵ度。

        3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        3.1 總體設(shè)計(jì)

        天橋橋跨布置為5.17 m+24 m+64 m+22 m+3.37 m,總長(zhǎng)度118.54 m,為三跨連續(xù)梁,兩端分別懸出5.17 m和3.37 m,中間1號(hào)墩設(shè)置斜塔和拉索。天橋縱向設(shè)置雙向1.5%的縱坡,最高點(diǎn)位于中跨跨中處,天橋立面見(jiàn)圖1。從景觀方面考慮,天橋中間跨度采用64 m大跨度,中間橋墩采用大體量橢圓形橋墩,1號(hào)墩設(shè)置長(zhǎng)懸臂斜塔和拉索,斜塔向主跨跨中傾斜。橋體為雅白色,橋面鋪花崗巖地磚,斜塔與拉索位于橋梁一側(cè)。天橋整體風(fēng)格簡(jiǎn)潔大氣,強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)的力度和自然美感。

        3.2 上部結(jié)構(gòu)

        上部結(jié)構(gòu)主梁采用鋼混結(jié)合梁,0號(hào)墩(含懸臂段5.17 m)和1號(hào)墩(往中跨7.624 m)之間為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),其中1.5 m為鋼混結(jié)合段,其他部分為鋼結(jié)構(gòu)。主梁梁高2 m,梁寬7.55 m。預(yù)應(yīng)力混凝土段采用滿堂支架現(xiàn)澆施工,主梁截面為單箱三室,根據(jù)景觀需要,兩側(cè)邊箱室為三角形風(fēng)嘴。鋼結(jié)構(gòu)段采用工廠預(yù)制,現(xiàn)場(chǎng)拼接,鋼結(jié)構(gòu)段主梁截面為單箱四室,兩側(cè)邊箱室為三角形風(fēng)嘴[2]。

        3.3 下部結(jié)構(gòu)

        天橋中間橋墩為橢圓形實(shí)心橋墩,上大下小,墩頂與主梁形成包抱形式。邊墩采用“V”型雙柱式橋墩?;A(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。1號(hào)墩與主梁固結(jié),墩頂為橢圓截面,墩底為圓截面。墩頂橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)6.12 m,橫橋向布置,短軸長(zhǎng)5.4m;墩底原截面直徑Ф3.3 m。承臺(tái)厚度3 m,順橋向布置2排6Φ1.2 m樁基,每排3根。2號(hào)墩與主梁支座連接,墩頂、墩底均為橢圓截面。墩頂橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)5.8 m,橫橋向布置,短軸長(zhǎng)2.6 m;墩底長(zhǎng)軸長(zhǎng)3.5 m,橫橋向布置,短軸長(zhǎng)2.0 m。承臺(tái)厚度2.5 m,順橋向布置2排4Φ1.2 m樁基,每排2根。0號(hào)墩和3號(hào)墩采用2Φ0.7 m鋼管混凝土圓柱,按“V”字型布置,墩頂采用Φ0.4 m系梁連接。承臺(tái)厚2 m,橫橋向布置2Φ1.2 m樁基。樁基按柱樁設(shè)計(jì),樁底持力層為中風(fēng)化粗粒花崗巖。圖2為天橋斷面圖。

        圖1 天橋橋型立面圖(單位:mm)

        3.4 斜塔及拉索

        為減輕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度,本設(shè)計(jì)采取以下措施:斜塔采用鋼結(jié)構(gòu)塔身,減少結(jié)構(gòu)自重和內(nèi)力;斜拉索均按裝飾索設(shè)計(jì),選用最小規(guī)格的預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉索;嚴(yán)格控制拉索初拉力,以消除拉索自重下?lián)蠟槟康摹?/p>

        鋼結(jié)構(gòu)斜塔采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)拼接安裝的方式。斜塔截面由根部至塔頂逐漸變小,軸線與水平面成39.054°傾角,布置12根拉索,塔頂距梁頂面28 m。斜塔北側(cè)(靠人行道側(cè))為鉛直平面,塔頂段由5個(gè)平面組成五邊形斷面,逐漸變寬,到塔底部分南側(cè)增加切面,形成六邊形斷面,與主梁南側(cè)邊緣齊平。塔座為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu),塔座頂與斜塔底順接,南側(cè)切面與主梁風(fēng)嘴順接,兩側(cè)邊為曲面,圓滑變化與斜塔兩側(cè)主梁風(fēng)嘴頂板順接。斜塔拉索采用鋼絞線整束擠壓拉索體系,為單根Фs15.2鋼絞線,環(huán)氧噴涂和多層熱擠PE防護(hù),兩端采用叉耳與斜塔和鋼梁錨固[3]。

        3.5 鋼混結(jié)合段

        本天橋設(shè)置2處鋼混結(jié)合段,分別為預(yù)應(yīng)力混凝土主梁與鋼梁之間結(jié)合段、塔座與斜塔之間結(jié)合段。鋼混結(jié)合段接頭采用填充混凝土后板式的方式,通過(guò)將鋼結(jié)構(gòu)填充混凝土與鋼結(jié)構(gòu)外壁PBL剪力板、預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋連接,預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固在鋼混結(jié)合段承壓板上。主梁鋼混結(jié)合段長(zhǎng)1.5~1.703 m(底板段長(zhǎng)),采用PBL剪力鍵傳遞剪力,與箱體周邊縱肋對(duì)應(yīng)布置。PBL鍵的傳剪孔孔徑為Φ60 mm,內(nèi)插Φ22HRB400鋼筋。斜塔鋼混結(jié)合段長(zhǎng)1.86 m(沿斜塔軸線量取),采用PBL剪力鍵傳遞剪力,與箱體周邊縱肋對(duì)應(yīng)布置。PBL鍵的傳剪孔孔徑為Φ50 mm,內(nèi)插Φ12HRB400鋼筋。鋼混結(jié)合段鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)壁還設(shè)置一定數(shù)量的栓釘,增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)之間的連接。

        4 結(jié)構(gòu)受力分析

        天橋成橋階段模型采用Midas Civil Ver7.80版商業(yè)軟件空間建模計(jì)算,采用梁?jiǎn)卧M主梁、斜塔以及橋墩、承臺(tái)和樁基礎(chǔ),樁基礎(chǔ)根據(jù)m法設(shè)置樁側(cè)土彈簧,地表10 m深度范圍人工填土層m值取4 500 kN/m4,下方10 m深度范圍人工填土層m值取kN/m4,全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖m值取45 000 kN/m4,微風(fēng)化花崗巖C0值取15 000 000 kN/m4。斜拉索采用桁架單元模擬。建模時(shí)認(rèn)為混凝土塔座范圍不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)變形,即混凝土塔座范圍剛度無(wú)窮大,據(jù)此,在塔座范圍內(nèi)斜塔、主梁?jiǎn)卧O(shè)置剛性連接,并與橋墩墩頂節(jié)點(diǎn)剛接[4-5]。

        考慮恒載,預(yù)應(yīng)力荷載,斜拉索初拉力,不均勻沉降,人群荷載,溫度荷載,混凝土收縮徐變,橫橋風(fēng)荷載等荷載,共計(jì)算7組基本組合,7組短期組合,7組長(zhǎng)期組合,3組標(biāo)準(zhǔn)組合得到內(nèi)力包絡(luò)圖,其中彎矩包絡(luò)圖見(jiàn)圖3。

        圖2 天橋斷面圖(單位:mm)

        圖3 基本組合彎矩包絡(luò)圖

        (1)預(yù)應(yīng)力混凝土主梁。預(yù)應(yīng)力混凝土主梁按部分A類(lèi)設(shè)計(jì),根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD62-2004)對(duì)其抗彎和抗剪承載力、施工和使用階段混凝土應(yīng)力、鋼束拉應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算。分別對(duì)抗彎和抗剪承載力、使用階段正截面抗裂、使用階段斜截面抗裂、使用階段正截面抗壓、使用階段斜截面抗壓、施工階段正截面應(yīng)力、鋼束拉應(yīng)力、混凝土主梁撓度進(jìn)行驗(yàn)算,均滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

        (2)鋼箱梁驗(yàn)算。分別對(duì)鋼箱梁強(qiáng)度、鋼箱梁變形、鋼箱梁豎向基頻、鋼箱梁局部穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算,均滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)要求。其中第6階自振模態(tài)為主梁第1階豎向振動(dòng),豎向振動(dòng)自振頻率為3.11 Hz,滿足規(guī)范要求。

        (3)鋼斜塔驗(yàn)算。分別對(duì)鋼斜塔強(qiáng)度、鋼斜塔變形、鋼斜塔疲勞、鋼斜塔局部穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算,均滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

        (4)墩柱和樁基。分別驗(yàn)算墩柱和樁基礎(chǔ)承載力和裂縫,均滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

        5 結(jié)語(yǔ)

        該人行天橋景觀造型采用較為少見(jiàn)的前傾式無(wú)背索斜拉橋形態(tài),通過(guò)橋塔采用鋼結(jié)構(gòu)塔身、斜拉索按裝飾索設(shè)計(jì);嚴(yán)格控制拉索初拉力等針對(duì)性結(jié)構(gòu)措施,達(dá)到了景觀和結(jié)構(gòu)的平衡。結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)果表明,該人行天橋的應(yīng)力、變形、自振頻率等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。目前該橋已經(jīng)建成投入使用,結(jié)構(gòu)性能良好,同時(shí)具有較好的景觀效果。

        [1]CJJ69-1995,城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范[S].

        [2]JTGD62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [3]顧祥林.混凝土結(jié)構(gòu)基本原理[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2004.

        [4]譚玉寶.異形斜拉人行天橋的施工監(jiān)測(cè)與控制[D].天津:天津大學(xué),2007.

        [5]朱奕鋒,馮健,曾濱.斜拉人行天橋的動(dòng)力性能研究[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012(2):223-227.

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