钢桁架跨河人行桥梁设计要点分析

岳云龙

(沈阳市市政工程设计研究院有限公司 沈阳市 110015)

1 桥位布置

1.1 工程背景

本工程是在沈阳市新开河水系治理工程的大背景下设计实施的。原新开河-细河街人行桥为独塔斜拉桥(图1)，新建新开河截污盾构线位与斜拉桥桥位冲突，且该位置被评为二级风险源，经综合评价，对该人行桥进行拆除重建处理。

随着城市发展，百姓对生活周边的环境要求日益突出，增加过河人行桥的需要日益增加。然而，桥梁建设位置往往交通情况复杂，用地紧张，市政管线密布，合理布置桥位成为不可回避的问题。由于工期限制，提出本人行桥设计新方案，即预制钢桁架人行桥(图2)。为不中断新开河两岸居民的通行条件，工程采取先架新桥后拆旧桥的施工顺序。

1.2 桥位布置

沈阳市新开河-细河街人行桥地处居民区，桥位选择既要便于附近行人通行，又要合理避开错综复杂的市政管线；既要满足通透的景观要求，又要考虑到桥梯落地基础距离盾构线位1倍盾径的要求。经反复研究讨论，鉴于以上诸多桥位布置制约因素，新开河-细河街人行桥位布置于新开河上，紧邻原斜拉人行桥。人行桥西接小区道路，东接细河街，桥梁两侧设人行坡道，满足非机动车推行要求。桥梁总体呈“一”型布置，平面图如图3所示。

2 桥梁结构设计要点

2.1 结构设计

主桥采用下承式桁架结构形式，采用3.4m梁高，净高2.8m。主桥横断面宽为3.9m，主桥桥面净宽3.0m。主桥上下纵向弦杆采用30×30cm壁厚2.0cm方钢管，斜向采用直径16.8cm壁厚1.2cm圆钢管，端部斜腹杆采用20×20cm壁厚2.0cm方钢管，横向下腹杆及横向上腹杆采用20×20cm壁厚1.2cm方钢管。主梁制作段之间各杆件采用熔透焊接的方式连接。主梁横向下腹杆上方设置1cm厚的桥面钢板。

桥梁采用天然橡胶支座，规格为GJZ200×250×41mm。落地梯道采用钢筋混凝土结构，外罩8mm厚钢板，梯道两侧设置55cm宽坡道，坡度为1∶2[1]。桥梯下设承台，承台尺寸2.92m×4.3m×1m。承台下设钻孔灌注桩，桩径1.2m，桩长为16m。

2.2 施工流程设计

考虑到本工程工期紧张，百姓通行需求量大的特点，本桥采用直接吊装施工工艺。待下部结构施工完毕之后，采取一次吊装施工工艺，将桁架梁落于支座上，未设置临时支撑。

第一阶段：施工主桥的下部结构。

第二阶段：主梁各制作段拼装，拼装后一次吊装就位。

第三阶段：完成MMA彩色防滑系统施工，安装栏杆。

2.3 MMA彩色防滑层设计

桥面铺装防滑设计是人行桥设计中的重点之一，以往天桥桥面铺装多应用橡胶板，行人行走舒适度差且养护更换频繁。本工程采用3mm厚MMA彩色防滑系统，该铺装是由甲基丙烯酸树脂与一定粒径的集料拌和而成，具有颜色醒目，施工方便，行走舒适等优点。

2.3.1MMA彩色防滑系统设计指标

对基面进行喷砂除锈后，滚涂防腐底漆。待防腐底漆固化后，滚筒彩色防滑系统3遍形成厚3mm的铺装层。MMA彩色防滑系统技术要求详见表1～表3所示。

表1 MMA设计技术要求

表2 MMA胶结料理化性能技术要求

表3 MMA验收技术要求

2.3.2基面处理及防腐底漆施工

钢板喷砂除锈至Sa2.5，粗糙度100μm。滚涂防腐底漆，施工过程中应避免涂层过厚或漏涂。防腐底漆固化后方可进行后续施工。防腐底漆固化后应检测防腐底漆与钢板的粘结强度，粘结强度不小于2.5MPa。

2.3.3彩色防滑涂层施工工序

(1)工作面处理并检查合格后，开始贴胶带，贴胶带的目的是规范工作面边缘。

(2)胶结料、集料及引发剂已按照精确比例称量分装，现场不需称量。

(3)先将MMA胶结料用搅拌器搅拌均匀，搅拌时间约1min，搅拌避免出现死角，应将桶上下、四周及中心充分搅拌。

(4)将集料加入胶结料中搅拌均匀，在此同时刮胶、滚涂的人员需已准备就绪。

(5)将引发剂加入，搅拌后马上开始施工。将搅拌好的MMA铺装层混合物倒在工作面上，并采用带齿刮板将胶刮平。

(6)将MMA彩色防滑涂层刮平后，立即用滚筒将其滚涂，以形成一定的构造深度，通常需滚涂2～3遍。

(7)滚涂表面耐污薄层。

(8)MMA彩色防滑层完全固化后方可开放交通。

3 上部结构计算分析

利用Midas Civil有限元软件建立全桥三维模型进行总体计算，同时对结构的强度、刚度、稳定性进行计算分析。

3.1 建立空间模型

主梁桁架采用梁单元模拟，桥面采用板单元模拟。空间模型见图5所示。

3.1.1恒载

(1)钢结构容重按78.5kN/m3计。

(2)人行道栏杆自重按0.5kN/m计施加于纵梁上。

(3)MMA桥面防滑系统及节点板按0.3kN/m2施加于桥面上。

3.1.2活载

城市人群荷载：

3.1.3其他荷载

整体升温：+36℃；

整体降温：-58℃；

荷载组合：自重+恒荷载+人群满载+温度。

3.2 计算结果分析

(1)自振频率

该天桥自振频率为3.28Hz，满足要求，见图6。

(2)强度分析

荷载组合一下天桥各杆件应力如表4所示。

表4 钢桁架各杆件应力指标(单位：MPa)

①经计算分析，桁架各杆件应力指标均小于钢材屈服强度，杆件强度满足强度要求，且有较大优化空间。

②斜腹杆最大内力出现在端部斜腹杆处，故本工程设计端部斜腹杆截面大于其余斜腹杆截面。斜腹杆越靠近跨中位置，应力越小。

(3)稳定性分析

主桁杆：b0=h0=30cm，t=1.6cm

边斜腹杆：D=16.8cm，t=1.2cm

基本组合下钢桁架屈曲系数为14.4，满足要求。

该人行桥上部结构整体稳定性及局部稳定性均满足要求。

(4)刚度分析

荷载组合情况下跨中最大组合位移为56.4mm，规范限值为L/500=104.4mm，满足规范。

(5)预拱度设置

根据规范规定设置预拱度，荷载组合按照规范要求计算，本桥主桁架跨中应设置预拱度42.7mm，结构各节点的预拱度如图9所示。

(6)防腐体系设置

由于该人行桥位于新开河上，应着重考虑钢结构的防腐设计。根据环境分析，腐蚀环境为C3，本次人行桥采用长效型防腐体系，具体漆膜用料及厚度如表5所示。

表5 钢结构防腐体系设置

4 结论

介绍了沈阳市新开河-细河街人行桥建设的工程背景、桥位选择所考虑的因素及设计要点，得出如下结论：

(1)城市人行桥桥位应满足景观通透、非机动车等因素的要求；本桥基础距离盾构距离大于1倍盾径。

(2)本工程考虑不中断通行需求，采用先建新桥后拆旧桥的施工顺序；预制钢桁架式人行桥可以大大减少施工工期。

(3)MMA彩色防滑系统具有颜色醒目、施工方便、防滑效果好等特点，适用于城市钢结构人行桥桥面铺装。

(4)跨河钢结构桥梁应根据环境类别选用合适的防腐体系及漆膜厚度。

通过本文的介绍，希望能为类似桥型提供更多的设计和研究的经验。