桁架结构人行天桥设计，到底怎么设计的？

钢结构人行天桥的建造可以缓解一些路口的拥挤状况，特别是在上班时间和下班时间断是人流量和车流量的最大时期，钢结构人行天桥在一定程度上能为出行的人节省一部分的时间，还能确保车辆的畅行，钢结构人行天桥施工大部分都是在晚上进行，不占用交通要道，不会造成交通堵塞，建造周期短，构件均在工厂加工完成，在施工现场只需要进行拼装和焊接，减少现场的施工工作量。

今天跟大家介绍一下：桁架式结构桥梁是怎么设计的呢？来看两个案例，先睹为快吧。

凤凰路全长约2.5公里，但多达8处平面过街，且有多处无信号人行过街，行人横穿马路现象严重，车行速度下降，节假日和早晚高峰拥堵时间长。经前期交通分析，拟在凤凰路-乐园路交叉口与凤凰路-康宁路交叉口新建两座人行天桥，缓解凤凰路交通拥堵问题。

 

? 图1  凤凰路天桥平面布置图

本项目是十大民生实事中的十大拥堵路段治理之一，关注度高，时间紧，任务重。项目前期进行了各职能部门和公众意见征询，经历了多轮方案修改和汇报，最终通过珠海市城乡规划委员会设计与环境艺术委员会的评审，确定了方案。

 

? 图2  康宁路口天桥效果图

 

? 图3  乐园路口天桥效果图 

一、问题描述

这两种桁架，哪一个更安全合理一些？

二、问题分析

初看之下，只有腹杆的方向相反。但是细细想一下，发现腹杆反向差别很大，甚至两种桁架的受力状态完全不同：

桁架1：直接判断6，9，12全是零杆。再者，根据节点静力平衡，1，8，14，15均为压杆，沿2，8，15杆“切一刀”，根据截面平衡法，2是拉杆（支座处没有水平力）。这样，整个桁架相当于两个平行四边形组成的“半圆拱”，下部用两根拉杆相连。外侧的两个集中荷载由单柱承受。这样的结构是很不合理的，不但浪费材料，而且压杆稳定性也很难保证。显然这样不合理的结构是不能采取的。

桁架2：底部弦杆1和4是零杆。倾斜的腹杆均受拉（腹杆较长，受压比较危险！），形成一个倒梯形的有效受力桁架体系，各杆能发挥作用，材料利用率较高 。所以说，桁架2是比桁架1更安全合理的结构。

考虑到以下几个因素，本桥采用钢桁架结构形式：

1、根据前期调查发现公众对雨棚的诉求比较高，相比于其它结构形式需单独设置雨棚结构，采用下承式桁架结构可以利用结构上弦杆及平联设置顶棚，实现结构和功能的统一。

2、相比钢箱梁结构，人在桁架结构中间行走，能最大程度节省桥面以下结构高度，这就能大大减少人行上下天桥的踏步数，人行更加友好。

3、桁架作为主要的承重结构，由上弦杆、下弦杆及腹杆（竖杆）组成，杆件主要承受拉力和压力，受力明确，能充分发挥材料性能；且材料用量较少，经济性好的同时能减小结构自重，方便施工吊装。

以本项目康宁路天桥为例，对天桥结构进行介绍：康宁路口天桥采用单跨结构，主桥全长36.1m，跨径布置为3.8+28.5+3.8=36.1m，桥梁总宽5.3m，桥下机动车道净高不小于5m。天桥两侧各设一部垂直电梯。桥上设置1％横坡，纵坡按不小于0.5％控制。

 

 

? 图4  康宁路天桥桥型布置

主桥上部结构采用钢桁架，结构高3.8m，主桥宽度布置为0.5m（花池及桁架）+0.15（护栏）+4.0m（净宽）+0.15（护栏）+0.5m（花池及桁架）=5.3m；下部结构采用圆形柱式墩，直径为0.9m，钢管柱内灌膨胀混凝土结构，基础为钻孔灌注桩基础，基础为1m的钻孔灌注桩基础。

为加强夜间景观效果，天桥主体结构设置有灯带，桥上管线数量较多，为保证整体视觉效果，提出了以下几个方案：

1、主桁架杆件预留灯槽及管线空间，采用铝合金配白色带扩散亚克力板灯槽，保证耐久性。

2、 梯道的灯带布置于梯道踏步立面，隐藏布置，景观性好。

 

 

 

? 图5  灯带布置示意图

 

? 图6  康宁路天桥夜间景观效果

采用有限元软件Midas2022对主体结构强度、挠度、舒适度和稳定等进行验算，有限元模型见下图：

 

? 图7  结构总体计算有限元模型 

 

? 图8 钢桁架组合应力（单位：MPa） 

 

? 图9 人群荷载下的位移（单位：mm）

 

? 图10  主桥竖向基频（5.66Hz）

由计算结果可以得：主桥桁架结构最大组合应力σmax=-184.4MPa＜fd=270MPa，人群作用下，主梁挠度为7.397+0.179=7.576mm<28500/500=57mm，天桥竖向自振频率为5.66Hz＞3Hz，不在敏感范围内，计算结果表明，本桥强度、挠度、舒适度和稳定等均满足规范要求！

康宁路天桥主桥分为3段工厂预制，现场同步施工桥梁下部结构，包括桩基承台钢筋绑扎及浇筑、钢柱的安装，主梁经分段运输至现场进行焊接拼装，再进行整体吊装至桥位处，主梁总体重量不大，调整过程较为简单，主梁实际吊装、安装时间不到3个小时，整个吊装过程在夜间进行，实现了最短时间的封路、最快速的吊装，如此快速高效的施工很大程度取决于桁架式结构装配式施工技术。

 

? 图11  主梁现场焊接 

 

? 图12 主梁整体吊装 

经过半年多的建设，“五一”节前实现两座人行天桥的临时开放。

 

? 图13  康宁路口人行天桥（扬名广场门口）

 

? 图14  乐园路口人行天桥（香洲一小门口）

桥面布置：桥面全宽5.9m=0.4m（花槽）+0.3m（下弦杆）+0.25（栏杆）+4.0m（净宽）+0.25（栏杆）+0.3m（下弦杆）+0.4m（花槽）。

天桥主梁采用钢桁架结构，主梁跨径为40.5m，主桥长40.8m，高4.0~6.5m，总宽5.9m，净宽4.0m，桥面两侧各设置一片钢桁梁。

主桥桁梁与梯道不直接相接，梯道梁支撑于墩柱盖梁上，全桥共设四座净宽3.0米的1:2梯道，其中北侧先接1:10坡道折返落地，在坡道中间休息平台处接一座1:2梯道落地，在梯道中间设置0.6m宽的坡道。梯道均为钢板焊制连续梁，工厂分段制造，工地安装焊接为一体。坡道总宽度为3.5m和3.0m，净宽分别为3.0米和2.5米，梯道总宽度为3.5m，净宽3.0m，两侧地袱各宽0.25m，梯/坡道低于2.5m不设花槽；梯道踏步不设纵横坡，梯道平台设0.5％纵坡，梯道踏步底设纵横向加劲肋。

天桥下部结构采用柱式桥墩配桩基础。

由于受运输、安装设备能力的限制，或者为了保证安装的顺利进行，在工厂里将多个成品构件按设计要求的空间设置试装成整体，以检验各部分之间的连接状况，称为预拼装。

预拼装一般分平面预拼装和立体预拼装两种状态，拼装的构件应处于自由状态，不得强行固定。预拼装检验合格后，应在构件上标注上下定位中心线、标高基准线、交线中心点等必要标记，必要时焊上临时撑件和定位器等。其允许偏差应符合相应的规定。

(1)平装法

平装法操作方便，不需稳定加固措施；不需搭设脚手架；焊缝焊接大多数为平焊缝，焊接操作简易，不需技术很高的焊接工人，焊缝质量易于保证；校正及起拱方便、准确。

适于拼装跨度较小，构件相对刚度较大的钢结构，如长18m以内钢柱、跨度6m以内天窗架及跨度21m以内的钢屋架的拼装。

(2)立拼拼装法

立拼拼装法可一次拼装多拼；块体占地面积小；不用铺设或搭设专用拼装操作平台或枕木墩，节省材料和工时；省却翻身工序，质量易于保证，不用增设专供块体翻身、倒运、就位、堆放的起重设备，缩短工期；块体拼装连接件或节点的拼接焊缝可两边对称施焊，可防止预制构件连接件或钢构件因节点焊接变形而使整个块体产生侧弯。

但需搭设一定数量稳定支架；块体校正、起拱较难；钢构件的连接节点及预制构件的连接件的焊接立缝较多，增加焊接操作的难度。

(3)利用模具拼装法

模具是指符合工件几何形状或轮廓的模型(内模或外模)。用模具来拼装组焊钢结构，具有产品质量好、生产效率高等许多优点。对成批的板材结构、型钢结构，应当考虑采用模具耕组装。

桁架结构的装配模，往往是以两点连直线的方法制成，其结构简单，使用效果好。