吳 振，柳建設(shè)，劉 鵬，徐勝樂(lè)

（西安市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安710068）

0 引言

隨著城市的發(fā)展，道路的提升改造，跨越道路的人行天橋，不可避免地要進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。對(duì)舊橋加固、改造和利用，可以延長(zhǎng)舊橋設(shè)計(jì)使用壽命，節(jié)約城市建設(shè)資金，具有深遠(yuǎn)的社會(huì)效益。

1 工程概況

現(xiàn)狀天橋是于2008年，在原1985年建成的蓮湖路人行天橋的基礎(chǔ)上，將天橋中跨鋼梁割除3 m改造而成（見(jiàn)圖1）。

圖1 改造前天橋之實(shí)景

現(xiàn)狀橋?yàn)殡p懸臂剛架橋，跨徑布置為9.75 m（懸臂）+16.5 m+9.75 m（懸臂）=36 m。正常段主梁高度為0.75 m，主梁變化段梁高0.4 m。全橋平面布置呈“工”字形，梯道坡度為1:2，樓梯梁采用箱肋式鋼結(jié)構(gòu)，樓梯梁寬度為2.5 m，高度為0.5 m。樓梯梁基礎(chǔ)為混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋墩為兩個(gè)由鋼板焊接而成的細(xì)長(zhǎng)柱組成的V形墩。順橋向?qū)?.28 m，樁基礎(chǔ)。天橋改造前主橋的兩個(gè)墩柱位于機(jī)動(dòng)車(chē)道范圍內(nèi)，行車(chē)隱患較大。

隨著道路的提升改造，將在道路中間新建2 m寬分隔帶。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，目前現(xiàn)狀天橋使用基本正常，考慮天橋設(shè)計(jì)壽命一般大于50 a，為合理和節(jié)約利用市政建設(shè)資源，將現(xiàn)狀天橋進(jìn)行改造。移除現(xiàn)狀機(jī)動(dòng)車(chē)道上的兩個(gè)橋墩，在道路2 m中央分隔帶范圍內(nèi)新建橋墩，同時(shí)在兩側(cè)樓梯平臺(tái)處各新建1個(gè)邊墩。

2 改造方案

改造后橋梁改為跨徑布置為：1.75 m（懸臂）+16.25 m+16.25 m+1.75 m（懸臂）的剛架橋，拆除原結(jié)構(gòu)橋墩，新增1#～3#橋墩，其中2#橋墩采用現(xiàn)狀橋墩焊接而成。橋墩基礎(chǔ)重新施工，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)。

第一階段：疏導(dǎo)交通，在道路中間設(shè)置圍擋。設(shè)置圍擋禁止天橋通行；在樓梯梁接入主橋位置、新增橋墩處、原橋墩處將欄桿扶手?jǐn)嚅_(kāi)；施工1#、3#橋墩及2#橋墩基礎(chǔ)（見(jiàn)圖2）。

第二階段:恢復(fù)人行道結(jié)構(gòu)，搭設(shè)臨時(shí)支架；頂升1#、3#橋墩處梁底，頂升高度不得大于8 m m；放置1#、3#橋墩支座，移除千斤頂。為了消除基礎(chǔ)變形，支座安裝完成后，梁底高程須比現(xiàn)狀高程高6 m m（見(jiàn)圖 3）。

圖2 第一階段施工流程圖

圖3 第二階段施工流程圖

第三階段:拆除原結(jié)構(gòu)橋墩，恢復(fù)原結(jié)構(gòu)橋墩處路面結(jié)構(gòu)。對(duì)拆除下來(lái)的原結(jié)構(gòu)橋墩進(jìn)行除銹，將原結(jié)構(gòu)2個(gè)橋墩沿厚度方向焊接，焊接新增鋼板組成2#橋墩；頂升主梁，施工2#橋墩，最大頂升高度不得大于12 m m。為了消除基礎(chǔ)變形，2#橋墩施工完成后，主梁梁底高程須比現(xiàn)狀高10 m m（見(jiàn)圖 4）。

圖4 第三階段施工流程圖

第四階段:拆除臨時(shí)支架，復(fù)測(cè)橋梁高程，核對(duì)樓梯梁落地端高程與改造前高程是否一致。如果不一致，在樓梯梁落地端支座位置處填塞鋼板防止支座脫空；恢復(fù)路面，施工橋墩防撞護(hù)欄（見(jiàn)圖 5）。

圖5 第四階段施工流程圖

第五階段:恢復(fù)欄桿斷縫，對(duì)新增鋼構(gòu)件及其周?chē)M(jìn)行防腐涂裝；施工新增中央分隔帶；利用現(xiàn)狀隔離欄設(shè)置機(jī)非隔離欄。利用現(xiàn)狀限高標(biāo)志對(duì)天橋進(jìn)行限高；取消圍擋，恢復(fù)天橋及橋下道路通行（見(jiàn)圖 6、圖 7）。

圖6 第五階段施工流程圖

圖7 改造完成后天橋之實(shí)景

3 受力分析

按施工階段將天橋劃分為現(xiàn)狀橋梁和改造成橋運(yùn)營(yíng)兩個(gè)階段。經(jīng)調(diào)查現(xiàn)狀天橋鋼結(jié)構(gòu)外涂裝基本完好，無(wú)明顯銹蝕情況。為保證改造后運(yùn)營(yíng)安全，考慮到天橋鋼板的銹蝕情況，計(jì)算時(shí)，將鋼板厚度減小2 m m。計(jì)算采用“M i das Ci vi l”建立板單元空間受力模型（見(jiàn)圖8），考慮了恒載、活載、支座沉降、溫度荷載。

圖8 改造完成后全橋受力模型

3.1 現(xiàn)狀橋梁階段

3.1.1 現(xiàn)狀橋梁階段應(yīng)力（見(jiàn)表1、圖9）

表1 現(xiàn)狀橋梁階段恒載作用下上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力一覽表 MPa

圖9 現(xiàn)狀橋梁階段恒載作用下板單元應(yīng)力等值線圖

3.1.2 現(xiàn)狀橋梁階段變形（見(jiàn)表2、圖10）

表2 現(xiàn)狀橋梁階段恒載作用下豎向撓度一覽表 mm

圖10 現(xiàn)狀橋梁階段恒載作用下豎向變形等值線圖

3.1.3 現(xiàn)狀橋梁階段豎向支反力（見(jiàn)表3）

表3 現(xiàn)狀橋梁階段恒載作用下豎向支反力一覽表 kN

3.2 改建后成橋階段

3.2.1 改建后成橋階段應(yīng)力（見(jiàn)表4、圖11）

表4 改建后成橋階段恒載作用下上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力一覽表 MPa

圖11 改建后成橋階段恒載作用下板單元應(yīng)力等值線圖

3.2.2 改建后成橋階段變形（見(jiàn)表5、圖12）

表5 改建后成橋階段豎向撓度一覽表 mm

3.2.3 改建后成橋階段豎向支反力（見(jiàn)表6）

3.3 改建后使用狀態(tài)應(yīng)力匯總

圖12 改建后成橋階段恒載作用下豎向變形等值線圖

表6 改建后成橋階段恒載作用下豎向支反力一覽表 kN

截面在恒載、人群恒載、支座沉降、溫度梯度等荷載作用下的單元應(yīng)力及變形如表7～表10所列與圖13所示。

表7 正常使用階段主梁控制截面拉應(yīng)力匯總表 MPa

表8 正常使用階段主梁控制截面壓應(yīng)力匯總表 MPa

表9 正常使用階段主梁控制截面最大剪應(yīng)力匯總表 MPa

表10 控制截面豎向撓度值一覽表 mm

圖13 恒載+人群荷載工況下的變形等值線圖

3.4 改建后自振頻率計(jì)算

一階豎向自振頻率：3.23 H z,大于3 H z，滿足規(guī)范要求（見(jiàn)圖14）。

圖14 一階豎向自振陣型等值線圖

施工階段和使用階段各工況計(jì)算結(jié)果表明，改建后鋼梁在使用狀態(tài)下的各項(xiàng)應(yīng)力、撓度均滿足規(guī)范規(guī)定，結(jié)構(gòu)受力安全可靠。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）隨著城市的快速發(fā)展，道路改造、拓寬工程的數(shù)量也呈逐年上升的趨勢(shì)，人行天橋在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮道路改造的可能性。

（2）在人行天橋在設(shè)計(jì)時(shí)，建議采用鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)自重輕，受力性能好，改造難度小，可移位再用。

（3）在天橋改造時(shí)，應(yīng)注意細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。例如，在該項(xiàng)目中，為適應(yīng)頂起及成橋時(shí)欄桿的變形，施工前對(duì)欄桿局部位置進(jìn)行斷開(kāi)；為了消除基礎(chǔ)變形橋墩施工完成后，要求梁底高程須比現(xiàn)狀高。

（4）在對(duì)鋼結(jié)構(gòu)人行天橋改造設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮鋼板的銹蝕情況，保證改造后的使用安全。

（5）鋼結(jié)構(gòu)人行天橋荷載較小，在保持既有上部結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行墩位原位改造，可以大量縮短施工時(shí)間、節(jié)約成本。