中承式钢拱桥在城市人行天桥中的应用

高海亮，蒋海军

（青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青岛 266000）

1 概述

随着社会经济持续快速发展，交通拥堵已成为许多大城市司空见惯的现象，由此引发的人车争道抢行现象十分普遍，导致道路通行能力低下，交通事故频发。青岛市作为旅游城市，主城区早晚高峰时段和旅游季节行人过街难问题尤其突出。目前青岛市主城区已建成使用的人行天桥34座，地下通道35座，但在一些交通热点区域仍旧存在巨大缺口。为此，市政府在2014年启动了人行天桥过街工程，有力地缓解了人车拥堵问题。该次共实施人行天桥5座，其中齐鲁医院天桥为中承式钢拱桥，主要解决出入医院的市民横过合肥路的过街需求（见图1）。

图1 天桥选址

2 桥梁选型

青岛市现有天桥以梁桥为主，缺乏结构新颖、造型美观的结构形式。齐鲁医院作为山东省唯一跻身前20强的综合性医疗机构，外地患者众多，对天桥的景观要求更高。为提升城市形象，天桥主要从景观方面进行比选，设计方案如图2所示。

图2 天桥选型

方案一的优点是行人爬升高度小，但是桥梁加工、吊装难度大；方案二线形优美，桥梁视觉冲击大，但施工复杂，后期养护成本高；方案三结构轻盈，但人行视点杆件较多，视觉通透性差，后期养护成本高；方案四建筑高度适中，整体外形通透，杆件简洁，造型新颖美观，但下部墩柱因受水平推力作用，体量较大。

天桥位置为丘陵高点，结构不宜过高，应以融入性为主，同时协调桥墩、主梁、栏杆比例，突出简洁、抽象的几何图案，避免天桥视觉突兀。综上所述确定方案四的中承式钢拱桥为推荐方案。

3 总体设计

3.1 技术标准

（1）桥梁长40.4 m，宽4.35 m；人行净宽3.0 m；梯道宽2.4 m。

（2）主梁纵向设R=369.5 m竖曲线；横向坡度为双向1.0%。

（3）桥下净空:车行道不小于5.0 m；人行道不小于2.5 m。

（4）人群荷载按《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ 69—1995）[1]执行。

3.2 结构设计

天桥总长40.4 m，钢桁架拱跨径38m，桥面以上矢高3.285 m，拱轴线为R=4 m与R=29.584 m的组合圆曲线。主梁结构采用Q345qD，上弦杆拱圈采用直径402 mm的圆形钢管，壁厚16 mm；下弦杆采用500 mm×350 mm×12 mm×16 mm焊接H型钢；腹杆采用非对称布置形式，截面为400 mm×300 mm×10 mm×12 mm焊接H型钢，外侧焊接围护钢板；桥面为正交异性桥面系，横梁采用焊接T形截面500 mm×300 mm×10 mm×12 mm；拱圈横撑采用直径299 mm的圆形钢管，壁厚12 mm。腹杆与上下弦杆之间通过围护钢板形成圆弧倒角，以增强景观效果。

天桥每侧梯道宽2 400 mm，梯道采用焊接工字钢梁，支承处设置横梁，休息平台宽1 500 mm，踏步尺寸为350 mm×140 mm，工字钢主梁高度为450 mm。

下部墩柱采用混凝土拱形墩，两边墩柱尺寸1 500 mm×1 000 mm，四周设半径100 mm的圆弧倒角，拱形截面中间宽700 mm、高500 mm，拱脚通过锚栓与下部承台相连。梯道墩柱采用直径500 mm的钢管柱。

相关图如图3～图5所示。

图3 桥梁立面图（单位：mm）

图4 桥梁横断面图（单位：mm）

图5 天桥实景照片

4 结构受力分析

4.1 计算模型

桥梁采用 MIDAS/Civil（V8.3.2）进行计算，主梁及拱圈采用梁单元，共有单元218个，节点192个[2]，计算模型如图6所示。

图6 天桥计算模型

4.2 桥梁应力验算

桥梁正应力计算结果如图7和图8所示，剪应力计算结果如图9所示。

主拱圈最大正应力为159 MPa，最小正应力为-184 MPa（拉应力为正，压应力为负），最大剪应力为19 MPa；主梁最大正应力为119 MPa，最小正应力为-118 MPa（拉应力为正，压应力为负），最大剪应力为14 MPa。均满足《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）[3]的要求。

4.3 桥梁挠度验算

人群荷载作用下主梁的挠度计算结果如图10所示。

主梁在人群荷载作用下最大挠度为7.3mm，小于 L/800=3 800/800=47.5（mm），满足规范[1]设计要求。

图7 桥梁最大正应力（单位：MPa）

图8 桥梁最小正应力（单位：MPa）

图9 桥梁剪应力（单位：MPa）

图10 主梁在活荷载作用下的竖向挠度（单位：mm）

4.4 桥梁固有频率验算

桥梁固有频率计算结果如图11所示。

图11 桥梁固有频率计算图示

《城市人行天桥与人行地道技术规范》规定，天桥上部结构竖向自振频率不小于3Hz。经计算，该桥固有频率为3.95 Hz，满足规范设计要求。

5 结语

在城市人行天桥设计中，人流量较大的区域应加强桥梁的景观设计，秉承一桥一景的原则，从桥梁景观上提高区域辨识度。

中承式钢拱桥线形优美、结构轻盈，景观优势明显；通过MIDAS/Civil计算分析，桥梁应力、变形、固有频率均满足规范要求，结果表明该桥型在技术上合理可行。