跨度可伸长式城市人行过街天桥的理论研究

第２８卷第３期　青岛理工大学学报　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．３　２００７　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　跨度可伸长式城市人行过街天桥的理论研究　李建强　，岳渠德　，陈建强　，赵金环　（青岛理３－大学ａ．土木３－程学院；ｂ．研究生处；ｃ．学报编辑部，青岛２６６０３３）　摘　要：针对目前城市中存在的道路车辆拥挤、行人过街难，以及在道路拓宽过程中对原有设施浪　费等问题，提出一种新型天桥形式——跨度可伸长式人行过街天桥．通过建立受力模型，进行分析　计算，结果表明实现天桥跨度的伸长是可行的．对类似工程的研究可提供一定的借鉴作用．　关键词：人行天桥；主梁；钢结构；跨度；可伸长性　中图分类号：Ｕ４４８．１１　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３—４６Ｏ２（２０Ｏ７）Ｏ３一Ｏ０１５一Ｏ４　随着城市经济的发展和人口、车辆的急剧增加，城市交通拥挤、道路堵塞等情况１３益严重．在对一　批老路、旧路进行改建扩建的过程中，一些原有的尚未到使用年限的基础设施遭到破坏，给国家资源造　成很大浪费，其中人行过街天桥就是重要的一种．由于各方面原因，目前天桥中存在不满足城市中长期　规划的现象十分普遍，甚至一批在建的天桥也不满足道路规划红线的要求．在整个世界都朝着城市化、　可持续化发展的今天，如何在现有条件下既能解决行人过街问题，又能满足城市道路长期规划的要求，　是一个新的研究课题．笔者提出一种新型的人行过街天桥模型——跨度可伸长式城市人行过街天桥模　型．　１　天桥模型的特点及其可行性　（１）结构轻盈．人行过街天桥要实现后期主梁跨度的伸长，必须要有较轻的结构形式以利于吊装和拼　接．现在钢结构产品和技术的迅猛发展为它的实现提供了技术和材料上的可行性．　（２）可伸长性．对于传统的以两端墩柱支撑的天桥而言，实现主梁跨度的增大是非常困难的．但如果主　要的承重结构不是墩柱而是悬索，那么这个问题就迎刃而解了．现代斜拉桥的成熟技术和施工工艺为这一　新型天桥的实现提供了方案上的可行性．　２模型的提出　鉴于以上特点和可行性研究，现提出图１所示天桥模型：该天桥跨度３Ｏ～５０　ＩＴＩ，由４～６块预制梁板　拼接而成．整体采用斜拉桥形式，墩柱坐落在隔离带上，不影响桥下路面的通车．按最外拉索与水平　线成２５～４５。角的原则，索塔高取２５　Ｉｎ左右．桥下净空取４．５　ＩＴＩ以满足《城市人行天桥与人行地道技术　规范》的要求．若该天桥所在道路需要拓宽，为满足继　续服务的要求，可根据拓宽的幅度在两侧各拼接某一　长度的主梁，如图１中虚线所示．　《　３模型的分析　／　｜Ｉ，　＼＼／、　、　３．１基本构造　天桥主梁选用普通梁格作为承重体系Ⅲ，梁格及　图１天桥模型　收稿日期：２００６～Ｏ４一Ｏ６　维普资讯 http://www.cqvip.com

青岛理工大学学报　第２８卷　主梁纵断面如图２所示．主次梁的选取应根据道路的宽度、高峰行人过桥流量等通过计算确定．次梁与主　梁采用叠接方式进行连接，为提高主梁的局部承载力，在主次梁连接处应设置竖向加劲肋，如图３所示．　桥面板　　Ｉ主梁　　Ｉ（ａ）梁格布置图　（ｂ）主梁纵断面图　图２梁格布置及主梁纵断面图　为提高天桥整体抵抗横向水平荷载的能力，索塔采用由两　根塔柱组成的门形框架，拉索辐射式布置＿２］．拉索和索柱的设计　应根据主梁板的形式、桥上荷载的大小及当地气候情况进行选　择．由于笔者主要讨论主梁的有关问题，对这部分不做过多分　析．　３．２　主梁设计　（１）型钢梁截面选择．由《钢结构设计规范》　］，根据梁中　最大弯矩求得需要的净截面模量：Ｗ　一　／（ｒ　厂），然后在型钢　图３主次梁的叠接　规格表中选择截面模量接近ｗ　的型钢作为试选截面．　（２）梁的内部应力验算．对于型钢梁，只需按　一　／（ｒ￣Ｗ　）≤ｆ验算其正应力．由于腹板较厚不需验　算剪应力．又由于加劲肋的设置使得局部压应力满足要求，不需验算．　（３）刚度验算．若梁的挠度过大会给人一种不舒适感和不安全感，为保证梁的正常使用，应对其进行挠　度验算：　一　瓮≈笔是　≤［　］．　（４）梁的整体及局部稳定性验算．规范规定，若有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连时，能阻　止梁的受压翼缘侧向位移，不需验算梁的整体稳定性．型钢梁的局部稳定也不需验算．　３。３模型计算　根据以上提出的模型及规范＿３　要求，假设青岛市某路　段要建设这样一座实际天桥，天桥主梁形式采用梁格布置，　用普通工字钢作为主次梁，梁上铺设钢筋混凝土预制板作　１　，Ｌ　，Ｌ　ｌ　』　为桥面板，并与主梁有可靠连接，能够保证整体稳定．主梁　ｌ　！竺　ｌ　间距３　ｍ，次梁间距２　ｍ，次梁选用Ｉ２５ａ．桥上人群荷载标　准值５　ｋＮ／ｍ。，桥面板自重标准值３　ｋＮ／ｍ。．偏安全地按简　图４计算简图　支梁计算，如图４所示．　查型钢表，得Ｉ２５ａ重３８．ｏ８　ｋｇ／ｍ，则每根次梁重：３８．ｏ８×３—１１４．３　ｋｇ　１　次梁传来的恒载标准值为：（３×２×３＋１１４．３×９．８×１０　）×　１—９．５６　ｋＮ；设计值为：９．５６×１．２一　厶　１１．４７２　ｋＮ　１　次梁传来的活载标准值为：５×２×３×　１—１５　ｋＮ；设计值为１５×１．４—２１　ｋＮ　厶　次梁传来的总荷载标准值为：２４．５６　ｋＮ；总设计值为３２．４７２　ｋＮ　１　设计荷载产生的支座处最大剪力为：３２．４７２×３×÷一４８．７０８　ｋＮ　梁跨中最大弯矩为：Ｍｍ　一４８．７０８×４—３２．４７２×２＝＝＝１２９．８８８　ｋＮ・ｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　李建强，等：跨度可伸长式城市人行过街天桥的理论研究　承担此弯矩所需的梁净截面模量为：ｗ　一　一　｝　一ｏ．５８￣１０　ｍｍ３　查型钢表，试采用Ｉ２０ａ．同时查得　一２１７１４　ｃｍ　，Ｗ　一１０８５．７　ｃｍ。，质量为６７．５６　ｋｇ／ｍ　由此产生的跨中最大弯矩为：　Ｍｍ　，一　一　一６．３６　ｋＮ．ｍ　梁跨中最大弯矩处的应力为：　‰　一　ｒ　Ｗ　一　１．Ｏ５×　１０８５　７　１０　．×。　＿１１…　９．５’　　Ｎ／ｍｍ　＜ｆ＝２１５　Ｎ／ｍｍ由荷载标准值产生的最大弯矩为：　一２４．５６×百３　ｘ８２４．５６Ｘ　２￣６７．５６Ｘ　９．８Ｘ１０一。×　８２百—１０３．５４　ｋＮ．ｍ　引起的最大挠度为：　Ｚ　１０３．５４×８　×１０　…　ｍｘ一１０ＥＬ而　丽　４・８　ｍｍ　由《规范》［３　知，ｒ　］一／／４００—８０００／４００—２０　ｍｍ　所以　…＜［　］，满足挠度要求．　４可伸长的实现——主梁拼接　当原有天桥由于道路的拓宽不再适应当前行人过街的　要求时，可根据道路的拓宽幅度在两侧各拼接某一长度的　预制梁板，以实现主梁的可伸长性＿１］．为方便施工，具体的　拼接形式可采用图５所示的螺栓连接．其中拼接板的厚度　不应小于主梁的腹板厚．　螺栓规格的选取按螺栓群偏心受剪来确定，偏安全地　图５主梁拼接　假设全部力都由螺栓群承受．计算图示见图６．　假定连接板的旋转中心在螺栓群形心，在扭矩Ｔ—Ｆ・ｅ的作用下，螺栓剪力的大小与该螺栓至中心　点距离ｒ　成正比，方向与此距离垂　直，见图６（ｃ）．由　　ｌｌ　ｌ　Ｆ　Ｎ１Ｔｒ１＋Ｎ２Ｔｒ　２＋…＋ＮｌＴｒ　＋…一Ｔ；　，　＝喜＝毒毒　ｒＩ　　毒　一　一．：　一．　ｒ１　ｒ　２　ｒ　——　／　Ｖ　’　＋　得：ＮｉＴ（ｒ　＋ｒ；＋…＋　２＋…）　一　∑　２一Ｔ　戥剪为　ｒｙｌ一　ｒｙｌ图６偏心受剪螺栓群计算简图　蕊　将Ｎ　分解为水平和垂直分力：　Ｎ　ｂ—Ｎ　鲁一　；Ｎ　—Ｎ　罟一　ＴＪ　ｃ１　由此可得受力最大螺栓所承受的合力Ｎ　的计算式：　Ｎ　一　≤眦ｉ　贝ＩＪ受剪所需直　≥　＇承压所需直　≥　＇取两者中的较大者作为螺杆　维普资讯 http://www.cqvip.com

１８　青岛理工大学学报　第２８卷　５拼接前后的分析　匕较　上文中已经按简支形式计算了每段预制　梁板当跨中承受最大弯矩时的主梁截面，但　当整段梁板按拓宽后的路面宽度拼接完成之　后，梁的受力形式就变为两端铰接，中间有横　向固结的连续梁，如图７所示．由结构力学知　图７拼接完成后主梁弯矩图　识可知，连续梁的跨中弯矩及挠度要比同跨　度的简支梁小，因而按简支时跨中最大弯矩计算的梁截面应能满足拼接完成后的强度、刚度及稳定性要　求．由于在螺栓群的偏心受剪计算中已计及了梁端负弯矩的影响，因而在主跨伸长后梁的拼接处也是安全　的．　６　结束语　通过笔者粗略的计算和初步分析可以看出，选择合理的天桥形式及合理的受力方式就能实现主梁跨　度的伸长．在建筑风格多样化的今天，斜拉天桥形式在城市道路景观设计中越来越受到人们的欢迎．这种　主跨可伸长的斜拉天桥把实用性与景观性结合起来，并作为传统天桥的一种补充，为节约型建筑的发展提　供了一个方向．　参考文献：　［１］张耀春，周绪红．钢结构设计原理ＥＭ］．北京：高等教育出版社，２００４．　Ｅ２］刘士林，梁智涛，侯金龙，等．斜拉桥［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００２．　［３］ＧＢ　５００１７—２００３，钢结构设计规范ＥＳ］．北京：中国计划出版社，２００３．　［４］周学军．钢结构设计规范（ＧＢ　５００１７）应用指导［Ｍ］．济南：山东科学技术出版社，２００４．　［５］ＣＪＪ　６９—９５，城市人行天桥及人行地道技术规范［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，１９９６．　［６］王丰元，解维亮，孙刚，等．青岛市城市交通管理策略研究［Ｊ］．青岛建筑工程学院学报，２００５，２６（２）：６７—７Ｏ．　［７］岳渠德，姜福香，朱亚光，等．双层交叉梁系结构力学模型及其计算研究口］．青岛建筑工程学院学报，２００３，２４（３）：Ｉ－４　［８］魏丽华，岳渠德，姜福香．桥梁结构延性抗震分析口］．青岛理工大学学报，２００５，２６（６）：２７－２９．　Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｓｐａｎ　ｅｘｔｅｎｄｉｂｌｅ　ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ　ｂｒｉｄｇｅ　ｉｎ　ｃｉｔｉｅｓ　ＬＩ　Ｊｉａｎ－ｑｉａｎｇ　，ＹＵＥ　Ｑｕ－ｄｅ　，ＣＨＥＮ　Ｊｉａｎ－ｑｉａｎｇ　，ＺＨＡＯ　Ｊｉｎ－ｈｕａｎ　（ａ．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｂ．Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｍ　ｃ．Ｅｄｉｔｏｒｉａｌ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０３３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｉｓ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐａｓｓｅｒｓｂｙ　ｔｏ　ｃｒｏｓｓ　ｃｒｏｗｄｅｄ　ｒｏａｄｓ　ｉｎ　ｃｉｔｉｅｓ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗａｓｔｅｓ　ｏｆ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｗｉｄｅｎ　ｏｌｄ　ｒｏａｄｓ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａｎ　ｉｄｅａ　ｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ａ　ｎｅｗ　ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ　ｂｒｉｄｇｅ　ｗｈｏｓｅ　ｓｐａｎ　ｃｏｕｌｄ　ｅｌｏｎｇａｔｅ．Ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ａｃａｄｅｍｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｉｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｍａｄｅ．Ｂｙ　ａｓｓｕｍｉｎｇ　ａ　ｍｏｄｅｌ　ｗｈｉｃｈ　ｂｅａｒｓ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ　ｂｒｉｄｇｅ　ｉｓ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｕｌｄ　ｏｆｆｅｒ　ｓｏｍｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｖａｌｕｅ　ｔｏ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ　ｂｒｉｄｇｅ；ｇｉｒｄｅｒ￣ｓｔｅｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｐａｎ；ｅｘｔｅｎｄｉ　ｂｌｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ　作者简介：李建强（１９８０－　），男，山东庆云人．２００４级硕士研究生，研究方向：桥梁结构理论．