深圳站前广场人行天桥设计

吴 杰

(西南交大土木工程设计有限公司广州分公司，广东广州 510095)

过街人行天桥作为行人过街的一种功能性建筑，与社会人群的交流密不可分，在提供舒适、安全等功能性服务外，在建筑外形上的塑造也要力求美观、新颖，同时兼顾与周边环境的协调，力求打造出具有区域特色的公共服务空间元素。本文以一座站前广场人行天桥的结构设计为例进行介绍。

1 工程概况

该人行天桥地处深圳坪山站旁，天桥一跨跨越丹梓西路，可方便周边行人进、出站前广场，两侧设置人行梯道下地，行人通过天桥主梁两侧设置的人行梯道下地。天桥主桥全长47.5 m(见图1)，采用下承式钢桁架结构。主桥宽6.5 m，人行道净宽5.0 m，梁高为0.6 m;楼梯采用钢筋混凝土结构，宽度为3.75 m，设置1.0 m的推车带。主桥单侧墩柱采用4根直径为80 cm柱+100 cm的桩，楼梯下部采用直径为60 cm柱+80 cm的桩。

图1 桥型立面布置图

2 设计标准

人群荷载:主桥为3.6 kPa;楼梯步级:36 cm×12 cm;桥下净空:车行道范围不小于5 m，人行道范围不小于2.5 m;地震烈度:场地抗震设防烈度为7度。设计基本地震加速度值为0.1g;天桥上部结构竖向自振频率不小于3 Hz。

3 总体设计

主梁计算跨径为47.5 m，桥宽为6.5 m，采用下承式钢桁架拱结构，矢高 8.0 m，矢跨比约为 1/5.94，腹杆标准间距为 5.0，钢桁架主受力构件采用Q345Qc。其桥面横向布置为0.5 m(纵梁)+0.25 m(栏杆地袱)+5.0 m(人行带)+0.25 m(栏杆地袱)+0.5 m(纵梁)。楼梯最大计算跨径为8.48 m，梯道桥面宽度为3.75 m，其桥面横向布置为0.25 m(栏杆地袱)+1.0 m(推车带)+2.25 m(人行带)+0.25 m(栏杆地袱)。踏步尺寸为36 cm×12 cm，每18阶踏步间设置2 m宽一般平台。主梁计算跨径为47.5 m，主梁采用等高度布置。主桥上部结构采用钢桁架结构，纵向设置两条主纵梁，纵梁间通过横梁连接，通过在横梁间设置的U形钢板共同形成桥面系。主墩采用4根直径为80 cm柱+100 cm的桩。梯道梁高0.45 m，楼梯采用直径为60 cm柱+80 cm的桩。主梁断面布置图见图2。在主梁与人行梯道相接位置，通过在主梁上设置支撑平台与梯道相连(见图3)，既限制了主梁的横向位移，又避免了主梁最外侧支座出现负反力，对主梁整体受力有利。支撑牛腿高0.40 m，主纵梁标准梁高0.60 m，在连接位置梁高变为0.905 m，与牛腿连接形成整体受力。

图2 主桥断面布置图

图3 主梁与梯道连接大样

4 结构设计

主桥上部结构采用钢桁架结构，主纵梁、主拱截面尺寸为60 cm高×50 cm宽，横向间距6 m，横向连接件尺寸为30 cm高×20 cm宽，标准间距2.5 m，桥面U形钢板厚8 mm，桥面系铺装2 cm大理石，两者间通过水泥砂浆填充。

4.1 钢桁架设计

钢桁架结构制造分段如图4所示，主要划分为:主拱、主拱横撑、主纵梁、桥面系横梁、腹板、节点板，节点和杆件构造由工厂预制完成，运抵现场根据施工顺序组拼成节段后吊装架设。由于主梁钢结构为全焊接结构，结构焊缝较多，所产生的焊接变形和残余应力较大，制造过程中，在保证焊缝质量的前提下，应尽量采用焊接变形小、焊缝收缩小的工艺，要求尽量采用CO2气体保护焊。节点板设计是各构件中最重要的组成部分，既是结构受力的传递点，又是保证结构线形组装时的关键部件，节点板为异形板，厚度为20 mm，需采用矩形钢板切割形成，不得拼板。杆件与节点之间连接保证各杆件在节点处各轴线交于一点，节点板设计见图5。

图4 主桥钢桁架分配图

4.2 构件加工、连接

人行天桥的钢结构各板件的平直度必须满足要求，钢材的下料应以受力合理、施工方便为原则。对图5中所标柱的钢结构尺寸，均为22℃基准温度下的尺寸，加工下料时需考虑留有余量。钢结构的制作必须结合竖曲线加工制造，还应考虑节段的压缩弹性变形、焊接变形等，节段接缝通过调整张口大小以实现设计线形。各节段的横向总体尺寸必需严格控制，节段间接缝的公差应控制在制造规范容许的范围内，以利于节段接缝顺利拼接和施焊。在工厂分节段制造钢结构，按照节段的编号，经在胎架上预拼合格后焊成形或较大的运输节段。

图5 A2节点板设计示意图

人行天桥桁片组成板件的接料应采用全熔透对接焊，并且按规范要求错开横向焊缝间的距离。桁架的弦杆及腹杆等结构的腹板与顶、底板间的焊缝均采用全熔透焊，腹板采用角焊缝连接。焊接要求采用二氧化碳(CO2)气体保护焊。现场施焊要求安排合理的施焊顺序，以减小接缝的焊接变形，控制结构的总体线形。

4.3 计算分析

主桥钢桁架建模计算采用MIDAS按梁单元建立空间模型。计算图式如图6所示。

图6 计算模型

1)计算参数。钢桁拱均采用Q345q钢，弹性模量为2.1×105MPa，容重 γ =78.5 kN/m3。混凝土容重:γ =26 kN/m3;桥面铺装大理石容重为28 kN/m3。桥面U形钢板、混凝土垫层和大理石铺装为二期恒载共计16 kN/m。钢栏杆每延米重1.6 kN加载。活载:当加载长度为21 m～100 m(100 m以上同100 m)时:

其中，W为单位面积的人群荷载，kPa;L为加载长度，m;B为半桥宽度，m。大于4 m时仍按4 m计。可以得到W=3.61 kPa;考虑桥位站前广场的人流特点，计算时采用5 kPa。

图7 结构振型分析

2)对结构竖向自振频率分析验算，自振分析中桥梁的二期恒载转化为节点集中质量，前六阶自振周期见图7。天桥振型主要表现为横向位移及扭转，其竖向自振频率为5.3 Hz大于3 Hz，满足规范要求。

3)稳定性分析。采用第一类线弹性稳定计算方法对钢桁架桥进行稳定计算，其一阶失稳模态见图8。由图8可知，结构稳定安全系数为9.36，本桥稳定性较好。

图8 结构稳定分析

4)主桁架内力计算。主桁架按梁单元计算，在计算中计入了节点刚性在主桁杆件中引起的次应力。a.主拱肋(上弦杆):σmax=－26.9 MPa，σmin= －57.12 MPa(其中拉应力为正，压应力为负)，具体位置见图9，所有构件强度满足要求。b.主纵梁:σmax=54.7 MPa，σmin=－54.7 MPa(其中拉应力为正，压应力为负)，具体位置见图10，所有构件强度满足要求。

图9 主拱应力图

图10 主纵梁应力图

5 结语

深圳站前广场人行天桥为下承式钢桁架结构，中间不设桥墩，一跨跨越下穿丹梓西路，为将来丹梓西路改造预留了改造空间。本文建立全桥有限元模型，并考虑施工步骤，准确模拟分析人行桥受力特性，保证基频与舒适度满足使用要求。目前深圳站前广场人行天桥已建成，与坪山站整体风格协调、统一，使一座美观、轻便的人行天桥呈现在人们的面前，丰富了行人的视野。

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