某钢桁架人行天桥设计

摘要：某汽车有限公司一工厂南区、北区之间被车城大道分隔，考虑南北区通行的便利性、安全性，拟在南区北区之间设置人行天桥，形式为钢结构天桥，跨越南区、北区之间的车城大道，将南区培训楼外更衣室（新建）与北区的综合楼进行连接；南区培训楼外更衣室与人行天桥连接，并在更衣室设置下行步行通道；北区综合楼楼外设置室外逃生楼梯与人行天桥连接，并利用逃生楼梯作为步行下行通道和上行通道。桥梁跨径为：2.875+14.875+54+28+45+19.66625+2.69875m，天桥全长167.115m，宽5m。 关键词：钢桁架；人行天桥； 0 引言

场地位于厂区内，地面平坦，场地平整回填已超15年。北侧厂区标高大致

29.5m-28.0m，南侧厂区标高大致27.0m-28.0m。从勘测成果来看，场地为回填区，回填厚2.6m-3.6m。

1 主要技术标准如下：

（1）设计荷载：人群荷载：4.0KN/m2；栏杆水平荷载2.5KN/m，竖向荷载1.2KN/m；

（2）结构设计安全等级：一级； （3）桥梁结构设计基准期：100年； （4）桥梁设计使用年限：100年；

（5）抗震设防标准：抗震设防烈度为6度，地震动峰值加速度为0.05g。 （6）桥下机动车道净空不小于5.5m。 （7）环境类别：Ⅱ类；

起点接南区综合楼梯道，设计标高为35.80米和终点接北区培训大楼梯道，设计标高33.75米，主桥部分设置1.2%纵坡。

桥梁全宽5.0m，净宽4.2m。本桥最大跨度为54m，钢桁梁梁高取跨径的1/12，即4.5m。 2 上部结构 （1）钢桁架

上部结构采用5跨简支钢桁架，桁架最大跨径54m，计算高度4.5m，桁架节间距离5.63m-6.75m，桁架由上弦杆、下弦杆、腹杆、隔板等组成，均采用箱型断面，腹杆与弦杆夹角约50°左右。上弦杆、下弦杆箱宽400mm，高500mm，翼缘板厚20mm，桁架腹杆、横撑箱宽400mm，高300mm，腹板板厚为12mm。在支座正上方箱内设置加强板，板厚20mm。桁架节点采用整体式焊接节点，弦杆腹板兼做节点板，为避免节点板局部应力集中，节点板与弦杆相交处均采用圆弧过渡。节点板与弦杆竖板的对接位置，均偏离圆弧端部100mm，使其避开圆弧端的应力集中。 （2）桥面板

钢桥面采用16mm钢板与两侧主桁内侧腹板焊连，底部与横撑焊接。 3 下部结构

桥墩采用格构式钢柱，基础钢柱采用Q235B，钢管采用热轧直缝钢管。所有钢杆件均应在现场放样核实无误后再下料施工，基础为扩展杯型基础，基础持力层为<2>粉质黏土层，地基承载力特征值fak≥180kPa.超挖部分用C15毛石混凝土垫起。二次灌浆层：C35细石混凝土。

桥梁立面图，平面图，横断面图如下图1、图2、图3所示：

图1 桥梁立面图

图2 桥梁平面图

图3 桥梁横断面图 1 主要材料及性能 （1）混凝土

C30细石砼：桥面铺装。

混凝土技术标准应符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）和《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）的规定。 （2）普通钢筋

HPB300钢筋：，HRB400钢筋：。

其技术标准应符合《钢筋混凝土用钢第1部分：热轧光圆钢筋》（GB1499.1-2008）、《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》（GB1499.2-2008）和《钢筋混凝土用钢筋焊接网》（GB/T 1499.3-2002）的规定。 （3）钢材

主桥梁部采用Q345C。辅助性钢材可采用Q235B钢。 镀锌钢板、镀锌钢管：栏杆。

其技术指标应符合《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591-94）的规定；所有钢材必须具有国家技术质量监督部门确认的产品质量证明、出厂合格证明。钢材焊接应采用符合要求的焊条或焊丝。 （4）其它材料

桥面铺装：主桥为4cm细石砼+2.5cm水泥砂浆+1.5cm花岗岩，梯道（坡道）为2.5cm水泥砂浆+1.5cm花岗岩。

支座：板式橡胶支座，技术指标应符合《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4-2004）规定。

伸缩缝：2mm厚U型不锈钢板和嵌缝膏防水形式。 2 主梁计算

本桥为5跨简支钢桁梁桥，最大跨径54m，梁高取值为最大跨径的1/12，4.5m，故计算时仅计算最大跨54m钢桁架。采用Midas 2017 有限元软件计算。 2.1 计算模型

54m钢桁梁桥离散为89个节点，205个单元。主桥结构离散图节点编号如下图4：

图4 主桥模型离散图示 2.2 荷载工况及荷载组合 （1）恒载

钢桁架自重：78.5kN/m3，自重系数1.2；

二期铺装：转换成节点荷载加载在18个节点上，按21kN计； 栏杆：转换成节点荷载加载在18个节点上，按6kN计； 雨棚：转换成节点荷载加载在18个节点上，按15kN计。 （2）人群活载

按4.0KN/m2计，以压力荷载加载在板单元上。

（3）温度作用

整体升降温：+41.3℃-–18.1℃（钢结构线膨胀系数取0.000012） （4）不均匀沉降

简支结构，不考虑支座不均匀沉降。 荷载组合

基本组合：1.2恒荷载+1.4人群活载+1.05温度 标准组合：恒荷载+人群活载+温度

偶然组合：恒荷载+人群活载+温度+地震力荷载

短期效应组合：支座沉降+恒荷载+人群活载+0.8温度 长期效应组合：支座沉降+恒荷载+0.4人群活载+0.8温度 2.3 计算结果 （1）内力计算

图5 基本组合下主梁单元弯矩图

图6 基本组合下主梁单元剪力图

图7 基本组合下主梁支反力图 （2）应力计算

图8 主梁梁单元应力图包络图

图9 主梁桁架单元应力图包络图 梁单元最大组合应力： 满足要求。 桁架单元最大组合应力： 满足要求。 （3）变形计算

图10 恒载+活载组合下竖向挠度图（mm）

最大挠度f=40.388mm>L/1600=33.75mm，需设置预拱度。（其他跨径经计算，均不需设置预拱度）

图11 人群满布荷载挠度（mm）

最大挠度f=13.780mm＜L/600=67.5mm，满足规范要求。 （4）天桥主梁竖向自振频率计算

图12 第一振型图

图13 第二振型图

图14 第二振型图

图15 第二振型图

上部结构Z方向自振为第一振型，自振频率f=3.417Hz＞3Hz 满足 规范要求。 3 结语

钢结构人行天桥，在构造设计满足相关规程规范的前提下，应力均能满足规范要求。故控制钢结构天桥结构计算的，是天桥的自振频率。考虑到人行的舒适性，在钢结构天桥设计时，必须用有限元计算方法验算天桥的自振频率。 参考文献：

1.《城市人行天桥与人行地道技术规范》CJJ69-95. 2.《城市桥梁设计规范》CJJ 11-2011.

3.《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015.

4.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG 3362-2018. 5.《公路钢结构桥梁设计规范》JTG D64-2015.