孫全利
(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院,廣東 廣州 510060)
怡港花園人行天橋位于廣州市豐樂南路與陽光街交叉口以南地段,西側(cè)是怡港花園。天橋采用一跨形式跨越豐樂南路。該天橋主要滿足道路兩側(cè)小區(qū)居民的橫向過街,將原有的平面過街改為立體過街,即提高了道路的交通功能,又保障了過街行人的安全。
天橋設(shè)計方案采用箱型截面桿件無節(jié)點板三角形鋼桁架橋。該橋型具有跨越能力強、用鋼量經(jīng)濟、施工方便、景觀性好等特點,是國內(nèi)城市人行天橋中新發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)形式。
人行天橋上部采用下承式鋼桁架結(jié)構(gòu),鋼桁架下設(shè)板式橡膠支座,兩端簡支在橋墩外伸牛腿上,與梯道平臺間設(shè)置伸縮縫。平面布置上天橋主跨中線與豐樂南路中線垂直相交。根據(jù)道路兩側(cè)現(xiàn)狀,天橋平面布置成對稱的“工”字形[1],天橋立面設(shè)計見圖1。
圖1 天橋立面設(shè)計圖(單位:cm)
鋼桁架采用跨徑為37.94 m的下承式簡支結(jié)構(gòu),三角形桁架型式。桁高3.5 m,桁寬3.8 m,節(jié)點間距6.213 m。上平聯(lián)桿件間距3.106 5 m,下平聯(lián)桿件間距1.55 m。主梁弦桿軸線采用圓曲線R=631.433 m設(shè)置,結(jié)構(gòu)橫斷面布置見圖2。
圖2 結(jié)構(gòu)橫斷面布置圖(單位:cm)
天橋所有桿件采用鋼板焊接而成,鋼桁架桿件結(jié)合結(jié)構(gòu)受力需要和焊接空間要求,上、下弦桿截面尺寸為500 mm×300 mm×16 mm,腹桿截面尺寸為260 mm×300 mm×12 mm,與弦桿整體節(jié)點板采用對接焊縫連接,上、下平聯(lián)橫梁截面尺寸為350 mm×300 mm×10 mm,橫梁與上、下弦桿垂直焊接。
鋼桁架節(jié)點的設(shè)計是鋼桁架設(shè)計的關(guān)鍵,目前常見節(jié)點有四種形式:(1)設(shè)置節(jié)點板;(2)不設(shè)節(jié)點板,同時箱斷面內(nèi)補焊加勁肋;(3)不設(shè)節(jié)點板,節(jié)點處外焊貼加強鋼板;(4)不設(shè)節(jié)點板,通過弦桿截面內(nèi)外側(cè)板件整體切割而成[2]。四種節(jié)點形式各有優(yōu)缺點:第一種焊接難度小,能夠保證焊接質(zhì)量,但也由于設(shè)置了節(jié)點板而使得美觀性較差;第二種和第三種方式焊接雖符合受力要求,但對美觀性有一定影響,且現(xiàn)場焊接難以保證質(zhì)量;第四種節(jié)點形式可以理解為在第二種和第三種方式的基礎(chǔ)上,將節(jié)點加強板和弦桿及腹桿的外側(cè)板合成一塊板,采用整體板切割而成,本設(shè)計采用第四種型式,見圖3。這種節(jié)點型式具有整體性好、弦桿和腹桿相交處無焊縫,傳力直接等優(yōu)點。
圖3 桁架節(jié)點構(gòu)造圖
該橋位于城市次干路上,為減少施工對城市交通的影響,鋼桁架采用工廠預(yù)制加工,現(xiàn)場吊裝施工,同時采用壓型鋼板組合橋面板作為橋面系。將壓型鋼板鋪設(shè)在已吊裝完畢的下平聯(lián)橫梁上,采用圓柱焊釘穿透焊接在橫梁頂板上,然后作為施工模板,在上面綁扎鋼筋網(wǎng),澆筑細石防水混凝土,形成組合橋面板[3,4]。圖4為壓型鋼板大樣圖。
圖4 壓型鋼板大樣圖(單位:cm)
橋面板設(shè)計全寬為3.2 m,壓型鋼板采用13mm的圓柱焊釘穿透焊接在下平聯(lián)的橫梁頂板上。橋面板設(shè)一層受力鋼筋網(wǎng),鋼筋直徑6 mm,間距150 mm。鋼筋網(wǎng)上現(xiàn)澆30~50 mm厚C30細石混凝土,其上鋪設(shè)20 mm厚的彩色防滑地磚形成組合橋面板。鋼桁架橋面板的標準斷面見圖5。
圖5 橋面板斷面圖(單位:cm)
壓型鋼板組合樓板常在房屋結(jié)構(gòu)中使用,將其應(yīng)用在人行天橋橋面系中,具有眾多優(yōu)點:壓型鋼板可作為澆筑混凝土模板,不影響橋下交通;成橋后壓型鋼板可參與混凝土板受力,代替部分受力鋼筋,增強結(jié)構(gòu)承載力,同時板底外露部分進行防腐涂裝設(shè)后,具有一定的裝飾效果。
利用有限元軟件建立空間梁單元模型,在承載能力狀態(tài)下,桁架最大壓應(yīng)力71.4 MPa,最大拉應(yīng)力為70.8 MPa,小于Q345鋼材容許應(yīng)力310 MPa。
在正常使用狀態(tài)下,人群荷載引起的最大豎向撓度為7.5 mm,小于規(guī)范容許撓度值L/800=47.4 mm。在重力荷載和人群作用下產(chǎn)生的向下?lián)隙葹?4.4 mm>L/1 600=23.7 mm,需設(shè)置預(yù)拱度,預(yù)拱度值為恒載+1/2活載作用下?lián)隙戎?0.6 mm。桁架應(yīng)力及位移分別見圖6、圖7。
圖6 鋼桁架應(yīng)力圖(單位:MPa)
圖7 恒載+活載作用下豎向位移圖(單位:mm)
采用空間梁單元計算,天橋一階豎彎頻率為5.5 Hz,滿足規(guī)范對于天橋豎向自振頻率不小于3 Hz的要求[1-4]。
(1)三角形鋼桁架具有跨越能力強、景觀性好、吊裝重量輕、施工方便等優(yōu)點,且能充分發(fā)揮桿件材料的力學(xué)性能,降低工程造價,因此多用于跨越城市現(xiàn)狀道路的人行天橋設(shè)計中。
(2)箱形截面桿件無節(jié)點板三角形鋼桁架橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計中,桁架節(jié)點構(gòu)造和橋面板結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵問題。本工程對桁架節(jié)點采用不設(shè)節(jié)點板,通過弦桿截面內(nèi)外側(cè)板件整體切割而成的型式,使其整體性好、弦桿和腹桿相交處無焊縫,傳力直接等優(yōu)點得到體現(xiàn);橋面板采用壓型鋼板組合橋面板是創(chuàng)新,具有施工快速方便、造型美觀等優(yōu)點??傊竟こ痰慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定的特色和優(yōu)越性,值得推廣和應(yīng)用。