陳陽陽

摘 要：隨著城市化的不斷發(fā)展，城市交通面臨著極其嚴峻的壓力。為了解決行人、非機動車安全和對機動車通行干擾的問題，許多路段、交叉口修建了人行天橋。由于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構自重大、抗裂性差且造型古板，已不能適應城市的快速發(fā)展，而鋼結構具有質(zhì)量輕、抗拉強度高、抗壓強度高的優(yōu)點，現(xiàn)如今被廣泛應用于人行天橋建設。通過提高鋼結構的結構合理性可以有效地提高整個工程的質(zhì)量和安全性，提高路橋設計的整體水平，從而更好地滿足當前社會經(jīng)濟技術快速發(fā)展時期對建筑行業(yè)發(fā)展的需求。

關鍵詞：鋼結構;人行天橋;應用優(yōu)勢;優(yōu)化策略

中圖分類號：U448.36 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）23-0108-03

Abstract： With the continuous development of urbanization， urban traffic is facing extremely severe traffic pressure. In order to solve the problems of pedestrian and non motor vehicle safety and reduce the interference to motor vehicle traffic， pedestrian overpasses are built at corresponding sections and intersections. Because the traditional reinforced concrete structure has great self weight， poor crack resistance and old-fashioned shape， it can not adapt to the rapid development of the city. Steel structure has the advantages of light weight， high tensile strength and high compressive strength. Now it is widely used in the construction of pedestrian overpass. By improving the structural rationality of steel structure， the quality and safety of the whole project can be effectively improved and the overall level of road and bridge design can be improved. So as to better meet the demand for the development of the construction industry in the period of rapid economic and technological development in China.

Keywords： steel structure;footbridge;application advantages;optimization strategy

人行天橋，也稱人行立交橋，通常建在十字路口、廣場、商業(yè)街以及繁忙的鐵路上。只有行人才能通過人行天橋，從而避免與車輛交通沖突，確保交通安全。人行天橋是城市步行空間的一種形式，在緩解交通壓力方面發(fā)揮著重要作用。城市人行天橋的建設具有良好的社會效益，能夠有效實現(xiàn)人車分離、改善交通擁堵、提高城市居民生活質(zhì)量。人行天橋的設置可以避免交通混流帶來的安全風險，特別是在人口密集的發(fā)展中國家，人行天橋?qū)⒃谖磥沓鞘邪l(fā)展中發(fā)揮極其重要的作用[1]。

1 鋼結構人行天橋的特點

由于鋼材具有良好的塑性、韌性和變形能力，能承受動載荷，是一種理想的彈性體，且橋梁鋼結構施工具有加工精度高、效率高、抗震性能好、交通恢復快等特點，在相同條件下，鋼結構構件的抗拉強度遠高于混凝土，因此鋼結構人行天橋（見圖1）已成為現(xiàn)代城市交通建設中不可缺少的一部分。

2 鋼結構人行天橋的應用優(yōu)勢

2.1 力學與加工的性能較強

與鋼筋混凝土結構相比，鋼結構不僅自重低，而且具有較大的強度，特別適合大跨度、重載的工程應用。此外，鋼結構具有很強的塑性，能夠吸收靜載荷下的變形，不會因突然過載而斷裂。鋼結構具有高韌性和良好的動力性能，適合在動載荷下連續(xù)工作。

2.2 工業(yè)化程度高、施工周期短

鋼結構所用材料能夠軋制成各種型材，加工方便快捷。鋼結構構件由專業(yè)加工廠加工，精度高且質(zhì)量有保障。鋼結構構件質(zhì)量輕，連接簡單，運輸方便[2]。隨著工程的機械化，工期大大縮短。同時，連接螺栓設計、結構加固、改造和拆卸的實用優(yōu)勢使其廣泛適用于其他結構工程。

2.3 模擬計算結果切合實際

由于對鋼結構的冶煉和軋制過程進行了科學控制，鋼材的成分及內(nèi)部組織質(zhì)量能夠得到有效控制。鋼結構的實際應力與工程力學計算的應力基本相同[3]，有效降低了設計計算模擬過程的不確定性。

2.4 鋼結構人行天橋的優(yōu)勢

鋼結構質(zhì)量比承重骨架和混凝土結構輕，運輸和吊裝成本低。因此，在同等跨徑的基礎下，采用鋼結構的人行天橋相較于采用其他材料的人行天橋在造價上更具優(yōu)勢。

3 人行天橋鋼結構橋梁的設計理念

3.1 鋼結構橋梁的整體設計

隨著科學技術的發(fā)展，鋼結構橋梁以其質(zhì)量輕、穩(wěn)定性好、外形美觀等優(yōu)點在我國人行天橋建設中得到越來越多的應用。施工人員可以將橫隔板、頂板、底板、腹板、縱隔板和加勁肋焊接在一起，形成鋼結構人行天橋。這樣既能滿足承載力設計要求，又能縮短建設工期，減少阻斷交通的時間。如果采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構進行施工，不僅會延長工期，而且會增加后期維護的難度[4]，因此設計人員在現(xiàn)代城市環(huán)境中優(yōu)先考慮鋼結構在人行天橋中的應用。

3.2 人行天橋鋼結構橋梁的設計目標

根據(jù)國內(nèi)鋼結構橋梁設計標準，人行鋼結構橋梁設計過程中，使用的鋼結構除了必須滿足相應標準的要求外，設計人員還必須進行完整性設計，考慮鋼結構橋梁荷載穩(wěn)定性和剛度，對鋼結構投入使用后的損壞情況進行預測、評估。

3.3 鋼結構損傷及損傷容限要求

鋼結構橋梁施工完成后，難免會出現(xiàn)損壞或小裂縫，必須及時進行修復，否則會導致擴大裂縫，降低鋼結構的使用性能。鋼結構的損傷容限是指鋼結構在設計過程中能夠承受各種原因引起的裂縫或其他損傷。設計中應當避免安全風險或工作失誤，確保鋼結構在其使用壽命內(nèi)的安全性和可靠性，這對鋼結構橋梁的正常使用有重大影響[5]。設計人員必須對鋼結構的設計進行深入分析，保證設計完整性，以防止鋼結構損壞，保證鋼結構橋梁在設計使用年限內(nèi)的正常運行。

4 人行天橋鋼結構橋梁設計的注意事項

4.1 重視結構的耐久性問題

自20世紀90年代以來，我國開始重視鋼結構設計研究，并取得了許多成果，但關于如何從結構和設計角度提高鋼結構橋梁使用年限的研究較少。鋼結構壽命與鋼筋混凝土結構有根本不同，國內(nèi)外實踐表明，鋼結構的耐久性對鋼結構橋梁的安全經(jīng)濟運行起著決定性作用。

4.2 重視疲勞損傷研究

車輛荷載和風荷載在鋼結構橋梁結構中是動態(tài)的，會導致結構的振動，而且會使材料中產(chǎn)生許多微小誤差。這些誤差的積累會對結構造成損傷并發(fā)展成宏觀裂縫。如果宏觀裂縫得不到有效控制，很可能導致材料和結構的脆性斷裂。早期疲勞損傷通常難以檢測，但其后果往往是災難性的，因此對疲勞損傷的研究必須引起足夠的重視。

5 人行鋼結構天橋的質(zhì)量設計要點

5.1 結構設計

鋼結構的人行天橋結構類型包括簡支梁、連續(xù)梁結構和中間承載式桁架等。通常采用MIDAS Civil有限元軟件對鋼結構人行天橋進行模擬分析計算，通過軟件將模型簡化，分節(jié)計算。計算時對結構賦予自重并加載荷載組合，從而對人行天橋鋼結構進行受力分析。通過有限元軟件計算后，和相關規(guī)范所要求的限度進行對比，查看整個結構構件的穩(wěn)定性及桿件位移和垂直方向的自振頻率是否達到規(guī)范要求。當做完主體結構計算后，再對鋼結構的節(jié)點焊接和螺栓連接強度進行計算，從而得出各邊的焊縫長度和結構所需的螺栓數(shù)、螺栓分布情況。

5.2 振動設計

橋梁的振動主要由兩個因素造成，即行人行走和車輛行駛。在處理人行天橋的動荷載時，應考慮校正。當行人在中心移動時，人行天橋產(chǎn)生雙向循環(huán)荷載。當交通流量增加時，動荷載也會增加[7]。因此，通過動力分析計算乘客荷載和橋梁振動響應，并根據(jù)實測數(shù)據(jù)科學計算振動響應和橋梁雙向振動響應。然后對車輛產(chǎn)生的振動數(shù)據(jù)進行綜合計算，并對橋梁的固有頻率和最大位移進行計算和仿真，驗證橋梁結構是否滿足設計標準的要求。

5.3 防腐設計

與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構相比，鋼結構主體長期暴露在空氣、陽光和雨水中，更容易氧化。使用過程中應考慮防腐蝕處理，外露部分可采用防腐涂層（見圖2）。對于結構表面現(xiàn)有的銹斑，應按照相關工藝的要求在防腐涂層前進行相應的除銹處理。

6 鋼結構人行天橋的設計優(yōu)化策略

近年來，由于人行鋼結構天橋建設范圍迅速擴大，設計人員應因地制宜地對鋼結構橋梁的整體設計進行優(yōu)化，并考慮一些關鍵點，提升鋼結構人行天橋結構整體的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟性。主要包括以下幾點。

6.1 加強橫向抗傾覆穩(wěn)定設計

在實際設計中合理使用鋼結構，可以提高鋼結構橋梁設計的質(zhì)量和強度，但在小半徑的設計中，設計人員必須檢查水平傾覆阻力[8]。一些鋼結構橋梁的傾覆通常是由大跨度鋼結構橋梁和鋼結構中的承壓范圍引起的。連續(xù)鋼托架的半徑較小，且鋼托架的寬度小于鋼結構橋梁寬度，就會導致鋼結構橋梁和橋頭的承載能力不均勻。因此，在鋼結構橋梁設計過程中，設計人員必須優(yōu)化計算鋼結構橋梁跨度的半徑和寬度，深入分析梁的受力狀態(tài)，達到鋼結構橋梁的負載平衡，避免發(fā)生傾覆。

6.2 焊接結構完整性設計

保證鋼結構橋梁技術穩(wěn)定性的另一個因素是焊接結構的完整性。在設計過程中，焊接結構節(jié)點承受不同的荷載。焊接接頭易于變形，且具有不完整性。因此，設計人員應充分考慮焊接結構的通用設計，通過試驗研究評估結構的靜強度和疲勞水平，然后選擇合適的焊接方法，采取相應的處理措施保障焊接結構并消除應力。設計中必須考慮試驗結果，以確保焊接質(zhì)量。

6.3 加勁肋設置

加勁肋是在支座或有集中荷載處，為保證構件局部穩(wěn)定并傳遞集中力所設置的條狀加強件。加勁肋的設置是因為原有構件截面不足，而用來增強抵抗彎矩和剪力，設置加勁肋可以縮小原構件截面大小，從而降低用鋼量，壓縮成本。所以在工程中，一般將加勁肋設置在原有構件上，起到增強抵抗彎矩和剪力的作用。

6.4 結構內(nèi)力計算

通常，設計人員計算結構荷載，必須將整個鋼結構橋梁劃分為不同的載體單元，使用單個載體將其劃分為單獨的載體模式，然后將一定數(shù)量組織成不同的橫截面。輸入原始數(shù)據(jù)和相關技術信息[9]。因此，內(nèi)部結構的計算通常包括所有技術信息，如預應力鋼的位置、不同構件的特性等。

7 結語

我國當前的經(jīng)濟發(fā)展促進了科學技術的進步，科學技術的繁榮進一步推動了橋梁設計技術的進步，鋼結構橋梁在我國也得到了廣泛的應用。相關路橋從業(yè)的設計人員必須不斷優(yōu)化設計，從而保證鋼結構橋梁的穩(wěn)定性和整體性得到全面提升。這也需要從整體角度進行考慮，對橋梁設計進行全面的分析，進而保證橋梁結構的整體質(zhì)量得以有效提高。

參考文獻：

[1]歐亞斌，鄭學倫.關于橋梁鋼結構的設計探析[J].中國新技術新產(chǎn)品，2018（17）：74.

[2]王升堂.鋼結構人行天橋的實際應用研究[J].交通運輸研究，2017（19）：112-114.

[3]朱玲林.現(xiàn)代橋梁鋼結構整體設計與優(yōu)化[J].中國建筑金屬結構，2018（12）：24.

[4]史梁.試析橋梁鋼結構整體設計優(yōu)化策略[J].中國新技術新產(chǎn)品，2019（19）：138.

[5]盧永成，邵長宇，曾源，等.上海長江大橋主航道橋設計要點[J].世界橋梁，2009（1）：14-17.

[6]陳遙.橋梁鋼結構的整體設計策略[J].中小企業(yè)管理與科技，2010（4）：182.

[7]烏麗春.鋼結構建造設計存在的問題分析[J].城市建設理論研究2017（10）：93.

[8]李志軍，刁華.淺談橋梁鋼結構的整體設計策略[J].中國建筑金屬結構，2018（10）：195-196.

[9]劉程亮.淺談橋梁鋼結構的整體設計策略[J].中國建筑金屬結構，2017（13）：19-27.