某豎琴式斜拉人行天橋設(shè)計

陳艷平

（廣東省建筑設(shè)計研究院，廣東 廣州 510000）

1 工程概況

該人行天橋工程位于深圳龍崗坂雪崗工業(yè)區(qū)，距華為基地大約3 km。人行天橋連接華為荔枝園項目和楊美員工宿舍項目樓梯間，橫跨環(huán)城東路。環(huán)城東路為城市主干道，橋位處道路寬度約為56 m：3 m（人行道）+1.5 m（綠化帶）+2.5 m（自行車道）+6 m（綠化帶）+13 m（車行道）+4 m（中央綠化帶）+12 m（車行道）+7 m（綠化帶）+2.5 m（自行車道）+1.5 m（綠化帶）+3 m（人行道）。橋位西側(cè)連接荔枝園會所，東側(cè)連接楊美員工宿舍項目，兩側(cè)建筑均為與天橋同期建設(shè)的新建建筑。

2 主要技術(shù)標準

（1）設(shè)計荷載。人群荷載：按《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ69-1995）規(guī)定取值；欄桿：水平荷載為2.5 kN/m，豎向荷載為1.2 kN/m；風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓為0.9 kPa；地震荷載：地震動峰值加速度取0.1 g[1]。

（2）天橋橋下凈空。機動車道和非機動車道不小于5.5 m，人行道不小于2.5 m。

（3）橋梁跨徑組合和寬度。橋梁跨度布置為：5.17 m+24 m+64 m+22 m+3.37 m。主橋?qū)挒?.55 m，人行道凈寬3.4 m。

（4）其他技術(shù)要求。設(shè)計安全等級：二級；環(huán)境類別：Ⅰ-C類；設(shè)計基準期為100 a；抗震等級：Ⅵ度。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 總體設(shè)計

天橋橋跨布置為5.17 m+24 m+64 m+22 m+3.37 m，總長度118.54 m，為三跨連續(xù)梁，兩端分別懸出5.17 m和3.37 m，中間1號墩設(shè)置斜塔和拉索。天橋縱向設(shè)置雙向1.5%的縱坡，最高點位于中跨跨中處，天橋立面見圖1。從景觀方面考慮，天橋中間跨度采用64 m大跨度，中間橋墩采用大體量橢圓形橋墩，1號墩設(shè)置長懸臂斜塔和拉索，斜塔向主跨跨中傾斜。橋體為雅白色，橋面鋪花崗巖地磚，斜塔與拉索位于橋梁一側(cè)。天橋整體風(fēng)格簡潔大氣，強調(diào)結(jié)構(gòu)的力度和自然美感。

3.2 上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)主梁采用鋼混結(jié)合梁，0號墩（含懸臂段5.17 m）和1號墩（往中跨7.624 m）之間為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其中1.5 m為鋼混結(jié)合段，其他部分為鋼結(jié)構(gòu)。主梁梁高2 m，梁寬7.55 m。預(yù)應(yīng)力混凝土段采用滿堂支架現(xiàn)澆施工，主梁截面為單箱三室，根據(jù)景觀需要，兩側(cè)邊箱室為三角形風(fēng)嘴。鋼結(jié)構(gòu)段采用工廠預(yù)制，現(xiàn)場拼接，鋼結(jié)構(gòu)段主梁截面為單箱四室，兩側(cè)邊箱室為三角形風(fēng)嘴[2]。

3.3 下部結(jié)構(gòu)

天橋中間橋墩為橢圓形實心橋墩，上大下小，墩頂與主梁形成包抱形式。邊墩采用“V”型雙柱式橋墩?；A(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。1號墩與主梁固結(jié)，墩頂為橢圓截面，墩底為圓截面。墩頂橢圓長軸長6.12 m，橫橋向布置，短軸長5.4m；墩底原截面直徑Ф3.3 m。承臺厚度3 m，順橋向布置2排6Φ1.2 m樁基，每排3根。2號墩與主梁支座連接，墩頂、墩底均為橢圓截面。墩頂橢圓長軸長5.8 m，橫橋向布置，短軸長2.6 m；墩底長軸長3.5 m，橫橋向布置，短軸長2.0 m。承臺厚度2.5 m，順橋向布置2排4Φ1.2 m樁基，每排2根。0號墩和3號墩采用2Φ0.7 m鋼管混凝土圓柱，按“V”字型布置，墩頂采用Φ0.4 m系梁連接。承臺厚2 m，橫橋向布置2Φ1.2 m樁基。樁基按柱樁設(shè)計，樁底持力層為中風(fēng)化粗?；◢弾r。圖2為天橋斷面圖。

圖1 天橋橋型立面圖（單位：mm）

3.4 斜塔及拉索

為減輕結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，本設(shè)計采取以下措施：斜塔采用鋼結(jié)構(gòu)塔身，減少結(jié)構(gòu)自重和內(nèi)力；斜拉索均按裝飾索設(shè)計，選用最小規(guī)格的預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉索；嚴格控制拉索初拉力，以消除拉索自重下?lián)蠟槟康摹?/p>

鋼結(jié)構(gòu)斜塔采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼接安裝的方式。斜塔截面由根部至塔頂逐漸變小，軸線與水平面成39.054°傾角，布置12根拉索，塔頂距梁頂面28 m。斜塔北側(cè)（靠人行道側(cè)）為鉛直平面，塔頂段由5個平面組成五邊形斷面，逐漸變寬，到塔底部分南側(cè)增加切面，形成六邊形斷面，與主梁南側(cè)邊緣齊平。塔座為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，塔座頂與斜塔底順接，南側(cè)切面與主梁風(fēng)嘴順接，兩側(cè)邊為曲面，圓滑變化與斜塔兩側(cè)主梁風(fēng)嘴頂板順接。斜塔拉索采用鋼絞線整束擠壓拉索體系，為單根Фs15.2鋼絞線，環(huán)氧噴涂和多層熱擠PE防護，兩端采用叉耳與斜塔和鋼梁錨固[3]。

3.5 鋼混結(jié)合段

本天橋設(shè)置2處鋼混結(jié)合段，分別為預(yù)應(yīng)力混凝土主梁與鋼梁之間結(jié)合段、塔座與斜塔之間結(jié)合段。鋼混結(jié)合段接頭采用填充混凝土后板式的方式，通過將鋼結(jié)構(gòu)填充混凝土與鋼結(jié)構(gòu)外壁PBL剪力板、預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋連接，預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固在鋼混結(jié)合段承壓板上。主梁鋼混結(jié)合段長1.5～1.703 m（底板段長），采用PBL剪力鍵傳遞剪力，與箱體周邊縱肋對應(yīng)布置。PBL鍵的傳剪孔孔徑為Φ60 mm，內(nèi)插Φ22HRB400鋼筋。斜塔鋼混結(jié)合段長1.86 m（沿斜塔軸線量取），采用PBL剪力鍵傳遞剪力，與箱體周邊縱肋對應(yīng)布置。PBL鍵的傳剪孔孔徑為Φ50 mm，內(nèi)插Φ12HRB400鋼筋。鋼混結(jié)合段鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)壁還設(shè)置一定數(shù)量的栓釘，增強鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)之間的連接。

4 結(jié)構(gòu)受力分析

天橋成橋階段模型采用Midas Civil Ver7.80版商業(yè)軟件空間建模計算，采用梁單元模擬主梁、斜塔以及橋墩、承臺和樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)根據(jù)m法設(shè)置樁側(cè)土彈簧，地表10 m深度范圍人工填土層m值取4 500 kN/m4，下方10 m深度范圍人工填土層m值取kN/m4，全風(fēng)化、強風(fēng)化花崗巖m值取45 000 kN/m4，微風(fēng)化花崗巖C0值取15 000 000 kN/m4。斜拉索采用桁架單元模擬。建模時認為混凝土塔座范圍不會產(chǎn)生相對變形，即混凝土塔座范圍剛度無窮大，據(jù)此，在塔座范圍內(nèi)斜塔、主梁單元設(shè)置剛性連接，并與橋墩墩頂節(jié)點剛接[4-5]。

考慮恒載，預(yù)應(yīng)力荷載，斜拉索初拉力，不均勻沉降，人群荷載，溫度荷載，混凝土收縮徐變，橫橋風(fēng)荷載等荷載，共計算7組基本組合，7組短期組合，7組長期組合，3組標準組合得到內(nèi)力包絡(luò)圖，其中彎矩包絡(luò)圖見圖3。

圖2 天橋斷面圖（單位：mm）

圖3 基本組合彎矩包絡(luò)圖

（1）預(yù)應(yīng)力混凝土主梁。預(yù)應(yīng)力混凝土主梁按部分A類設(shè)計，根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTGD62-2004）對其抗彎和抗剪承載力、施工和使用階段混凝土應(yīng)力、鋼束拉應(yīng)力進行驗算。分別對抗彎和抗剪承載力、使用階段正截面抗裂、使用階段斜截面抗裂、使用階段正截面抗壓、使用階段斜截面抗壓、施工階段正截面應(yīng)力、鋼束拉應(yīng)力、混凝土主梁撓度進行驗算，均滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求。

（2）鋼箱梁驗算。分別對鋼箱梁強度、鋼箱梁變形、鋼箱梁豎向基頻、鋼箱梁局部穩(wěn)定進行驗算，均滿足現(xiàn)行設(shè)計要求。其中第6階自振模態(tài)為主梁第1階豎向振動，豎向振動自振頻率為3.11 Hz，滿足規(guī)范要求。

（3）鋼斜塔驗算。分別對鋼斜塔強度、鋼斜塔變形、鋼斜塔疲勞、鋼斜塔局部穩(wěn)定進行驗算，均滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求。

（4）墩柱和樁基。分別驗算墩柱和樁基礎(chǔ)承載力和裂縫，均滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求。

5 結(jié)語

該人行天橋景觀造型采用較為少見的前傾式無背索斜拉橋形態(tài)，通過橋塔采用鋼結(jié)構(gòu)塔身、斜拉索按裝飾索設(shè)計；嚴格控制拉索初拉力等針對性結(jié)構(gòu)措施，達到了景觀和結(jié)構(gòu)的平衡。結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)果表明，該人行天橋的應(yīng)力、變形、自振頻率等各項指標均滿足規(guī)范要求。目前該橋已經(jīng)建成投入使用，結(jié)構(gòu)性能良好，同時具有較好的景觀效果。

[1]CJJ69-1995,城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范[S].

[2]JTGD62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].

[3]顧祥林.混凝土結(jié)構(gòu)基本原理[M].上海：同濟大學(xué)出版社,2004.

[4]譚玉寶.異形斜拉人行天橋的施工監(jiān)測與控制[D].天津：天津大學(xué),2007.

[5]朱奕鋒,馮健,曾濱.斜拉人行天橋的動力性能研究[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2012(2)：223-227.