熊金波

(中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 武漢 430010)

人行棧橋作為城市建筑的一部分，多應(yīng)用在景區(qū)、濕地公園以跨越河道、湖泊等天然障礙物，棧橋不僅給人們提供了交通、觀景、休憩的便利，同時(shí)建筑本身也是景觀的一部分。

不同于常規(guī)橋梁，景區(qū)的人行棧橋跨度不大，供游客通行，活荷載雖不大，但對(duì)于景觀要求較高，常常展現(xiàn)出非常規(guī)的形態(tài)。

本文以黃石園博會(huì)園內(nèi)高空人行棧橋?yàn)槔?，該?xiàng)目在保障結(jié)構(gòu)安全、適用的前提條件下，較好地實(shí)現(xiàn)了建筑意圖，達(dá)到了較好的景觀效果。

1 工程概況

本項(xiàng)目位于湖北黃石市大冶湖生態(tài)新區(qū)核心區(qū)園博會(huì)園內(nèi)，是連接主展館建筑與大冶湖堤的重要通道，同時(shí)也具有供游人休憩、活動(dòng)、遠(yuǎn)眺園區(qū)的多種功能。棧橋總面積為1 400 m2，全長(zhǎng)410 m，寬度為3 m，高度3～7 m，跨越車行道路部分架空高度5 m，部分區(qū)域擴(kuò)寬作為休息平臺(tái)。棧橋整體采用灰白色鋼結(jié)構(gòu)橋身，橋面鋪設(shè)戶外竹木地板及預(yù)制耐候鋼金屬格板，棧橋剖面圖見圖1。

圖1 棧橋剖面圖(單位：mm)

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

棧橋平面呈折線布置，全長(zhǎng)410 m，上部結(jié)構(gòu)采用鋼框架斜柱體系,設(shè)結(jié)構(gòu)縫將上部結(jié)構(gòu)分為7段，每段長(zhǎng)35～72 m不等，棧橋橋面橫向?qū)挾? m、柱跨8 m，主、次梁在平面上形成三角形框架。棧橋橋墩柱采用直徑300 mm、壁厚20 mm的圓鋼管柱。鋼管柱分3種形式：?jiǎn)沃敝?、交叉斜柱和Y形柱。梁與梁之間采用栓焊連接，梁與柱之間直接焊接。基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。

2.1 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

1) 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。50年。

2) 環(huán)境類別。II類。

3) 設(shè)計(jì)安全等級(jí)。二級(jí)。

4) 基本荷載。面層荷載1.5 kN/m2，人群荷載5.0 kN/m2。

5) 基本風(fēng)壓。0.35 kN/m2。

6) 基本雪壓。0.35 kN/m2。

7) 抗震設(shè)防烈度。6度。

8) 抗震設(shè)防類別。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)。

9) 溫差。溫升+20.75 ℃,溫降-26.5 ℃。

2.2 橋面設(shè)計(jì)

橋面橫向凈寬3 m，兩側(cè)設(shè)置不銹鋼護(hù)欄，橋面面層厚度6 cm，包括5 cm厚樟子松防腐木+1 cm厚預(yù)制耐候鋼金屬格子板，面層下設(shè)置頂標(biāo)高相同的14號(hào)槽鋼，槽鋼橫向間距0.5 m。

2.3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上部主體結(jié)構(gòu)采用鋼框架結(jié)構(gòu)，由邊主梁、橫梁及斜向次梁組成，主、次梁在平面上形成三角形框架，橫梁間距4 m，邊主梁縱向跨度8 m。邊主梁采用焊接H形鋼(H400×300×10×14)，橫梁及次梁采用焊接H形鋼(H300×200×8×10)，鋼梁材質(zhì)均采用Q345B。橫梁與邊主梁栓焊連接，斜向次梁與主梁螺栓連接。

2.4 墩柱設(shè)計(jì)

為滿足景觀效果要求，墩柱采用非常規(guī)的形式，有以下幾種類型：Y形柱、交叉斜柱、豎向柱，其中交叉斜柱的兩分枝柱中軸線不在同一平面。墩柱采用鋼管柱，直徑300 mm、壁厚20 mm，材質(zhì)Q345B。

2.5 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

1) 邊主梁與鋼橫梁連接節(jié)點(diǎn)。邊柱梁與鋼橫梁栓焊連接，翼緣板采用坡口焊接連接，腹板采用高強(qiáng)螺栓連接[1]，邊主梁與鋼橫梁連接節(jié)點(diǎn)見圖2。

圖2 邊主梁與橫梁栓焊連接節(jié)點(diǎn)(單位：mm)

2) 邊主梁與次梁連接節(jié)點(diǎn)。邊主梁與次梁腹板采用高強(qiáng)螺栓連接，邊主梁與次梁連接節(jié)點(diǎn)見圖3。

3) 梁柱連接節(jié)點(diǎn)。鋼柱與鋼主梁間設(shè)置柱端板，鋼梁與端板焊接連接。梁柱連接節(jié)點(diǎn)見圖4。

圖3 邊主梁與次梁栓接連接節(jié)點(diǎn)(單位：mm)

圖4 梁柱連接節(jié)點(diǎn)(單位：mm)

4) Y形柱柱腳節(jié)點(diǎn)。Y形柱采用剛性外露柱腳，通過設(shè)置底板、加勁肋和錨栓與基礎(chǔ)連接，柱腳錨栓設(shè)置定位支架，Y形柱腳節(jié)點(diǎn)見圖5。

圖5 Y形柱腳節(jié)點(diǎn)(單位：mm)

5) 交叉斜柱柱腳節(jié)點(diǎn)。交叉斜柱柱腳采用半球節(jié)點(diǎn)，內(nèi)設(shè)加勁板以提高剛度，交叉斜柱柱腳節(jié)點(diǎn)見圖6。

圖6 交叉斜柱型柱腳節(jié)點(diǎn)(單位：mm)

3 上部結(jié)構(gòu)計(jì)算模型及計(jì)算結(jié)果分析

本次設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析采用midas Civil 8.3.2版軟件，結(jié)構(gòu)模型為空間梁?jiǎn)卧Ｐ?，?50個(gè)節(jié)點(diǎn)，638個(gè)單元，桿件尺寸根據(jù)實(shí)際情況模擬，結(jié)構(gòu)計(jì)算模型見圖7。

圖7 計(jì)算模型等軸視圖

計(jì)算荷載包括橋面鋪裝、結(jié)構(gòu)自重、人群荷載、整體溫差、風(fēng)荷載等，作用效應(yīng)及其組合按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》[2]選取，人群荷載按《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》[3]同時(shí)參考《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[4]選取。對(duì)鋼主梁、次梁、鋼柱的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)算。

3.1 強(qiáng)度驗(yàn)算

交叉斜柱在豎向荷載作用下會(huì)引起鋼主梁產(chǎn)生水平分力，部分鋼主梁受壓、部分鋼主梁受拉，鋼主梁受壓時(shí)按壓彎構(gòu)件驗(yàn)算，計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比λX=80.6，梁的整體穩(wěn)定系數(shù)Фb=0.68，彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)ФX=0.86。

分別按彎矩最大、軸力最大、剪力最大工況驗(yàn)算了鋼梁的抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。其中，最大壓力194 kN，最大拉力400 kN，最大剪力133 kN。鋼梁最大彎曲應(yīng)力σ梁=130 MPa，小于f=310 MPa；最大剪應(yīng)力τma=65 MPa，小于fv=180 MPa；鋼梁整體穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)力為201 MPa，小于f=310 MPa。

分別按軸向壓力最大、彎矩最大工況驗(yàn)算了鋼柱的抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度。鋼柱最大軸向壓力351 kN，最大彎矩194 kN。截面正應(yīng)力σ=109 MPa，小于f=295 MPa，壓彎穩(wěn)定應(yīng)力σX=162 MPa，小于f=295 MPa。

計(jì)算結(jié)果表明，交叉斜柱在受壓時(shí)鋼主梁受拉，且軸拉力是鋼主梁設(shè)計(jì)控制性內(nèi)力，本橋鋼主梁最大軸拉力達(dá)400 kN，應(yīng)予以重視。本橋最大墩高8 m，墩柱直徑0.3 m，計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比λ=80.6，壓彎穩(wěn)定驗(yàn)算為墩柱設(shè)計(jì)的，控制性工況，穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力σX=162 MPa,滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求[5]。

3.2 剛度驗(yàn)算

人群荷載計(jì)算的主梁最大豎向撓度f=6.6 mm，小于規(guī)范規(guī)定的撓度限值L/600=13 mm。

3.3 屈曲分析

本橋結(jié)構(gòu)比較柔，對(duì)成橋活荷載下的橋梁進(jìn)行靜力屈曲分析是必要的。屈曲計(jì)算結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)一階模態(tài)為面外失穩(wěn)，其穩(wěn)定安全系數(shù)為16.1，穩(wěn)定安全系數(shù)大于4，滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語

橋梁的結(jié)構(gòu)形式豐富多樣，不拘一格。本設(shè)計(jì)將平面框架體系主梁、交叉斜向鋼管柱、半球型節(jié)點(diǎn)等技術(shù)措施應(yīng)用于某鋼結(jié)構(gòu)棧道橋的建設(shè)，本橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算要點(diǎn)等方法，可為同類橋梁建設(shè)提供參考和借鑒。