铝合金人行天桥的特性及设计对策

铝合金人行天桥的特性及设计对策
摘要：桥梁结构材料不断创新，对铝合金材料的使用引起了高度重视，该项
材料具有轻质、高强、耐腐蚀、利用回收率高等多重特性，运用于人行天桥施工
过程中，具有便捷化的特性，可以打造良好的景观效果。

本文分析铝合金材料在
人行天桥中的应用特性，并探讨相关设计对策，并注重对细节的把控，旨在打造
高质量、自重轻、经济性、整洁性、美观化的人行天桥结构，为相关从业人员提
供参考和借鉴。

关键词：人行天桥；铝合金材料；使用特性；设计对策
引言：近年来，在城市建设过程中，人行天桥的作用日益突出，且应用范围
不断拓展。

以铝合金人行天桥为例，本文旨在介绍铝合金人行天桥的使用特性，
并提出有针对性的设计对策，完善对天桥的总体布置，保障结构设计具备合理性，减少对城市局部交通造成的影响，满足两侧行人的过街需求。

1.分析铝合金人行天桥的基本特性
在人行天桥结构的建设过程中，对于铝合金材料的运用，与常规采用的钢材
之间有着本质上的差别，因此铝合金结构的材料和设计方案与钢结构桥梁有所不同。

若要完善对铝合金人行天桥结构的设计，首先需要充分了解铝合金材料的材
料性能和特征。

1.1铝合金材料类型
据了解，传统的铝合金生产需要在基质铝材中添加其它合金元素，目前所研
发的新型铝合金材料，可具备高韧性、高耐久性和高强度等多个方面的优势。

一
般添加的常用主要合金元素，主要包括以下几种：镁、硅、锌、铜等。

此外，还
有添加的附加元素为镍、钻、铬、铁等。

制造生产铝合金材料时，由于类型和添
加量的各不相同，对应所生产出的铝合金材料，在材料性能方面相应会存在一定
的差异。

我国在对铝合金材料分类命名时，通常会采用四位数字，与国际通用的方法
相同。

在四位数字当中，第一位、第三位和第四位的数字，与国际四位数指定体
系中的含义相同。

而第二位数字则采用英文字母来表示，用以显示材料的改型情况。

在铝合金的冶炼阶段，一般也会用“数字＋字母”的组合方式来表示。

随着
建筑工程建设作业的开展，所运用的型材和板材，分别为6000系列和3000系列。

1.2铝合金的物理特性
通过将铝合金材料与Q235钢的物理性能进行对比（如表1），可以看出前者
的弹性模量约为后者的1/3，且热膨胀系数大约为Q235钢的2倍。

铝合金材料的
屈服极限值相对较高，随着结构设计作业的开展，应重点考虑结构刚度和稳定性能，使铝合金材料能够满足这两项基本要求[1]。

表1 铝合金材料的物理性能对比
1.3铝合金构件生产工艺
铝的熔点比其他金属低，仅有660摄氏度，在加工过程中，其操作方法比较
容易。

当板材的厚度为5毫米~6毫米时，普遍会运用热轧的方式来操作。

当板材
的厚度更薄时，可以运用冷轧方式进行加工。

随着铝板生产作业的开展，主要采
用的是压延的方法来处理。

在运用铝加工方法的过程中，挤压成型具有极大的优势。

在通常情况下，需
要处于400摄氏度~500摄氏度的温度条件下，并运用压挤机，使材料能够顺利成型。

在运用挤压成型工艺时，所生产的铝合金材料类型各不相同，但对于型材的
质量能够提供有力保障。

在建筑结构当中，结合运用最为广泛的几种铝合金材料，一般为Al-Mg-Si系列的6061、6063和6082铝合金型材。

2.人行天桥铝合金结构设计
以佛山市佛山大道（澜石路口）人行天桥项目为例，对铝合金结构人行天桥
的设计实践进行分析。

项目天桥主桥为铝合金桁架结构，天桥主桥跨径组合(2.375+43+42+2.375)m，总长89.75m，主桥全宽5.84m。

天桥两侧各设置1 座垂直升降电梯、1 个铝合金
结构梯道及1 个铝合金自行车坡道；梯道坡度为1:3，自行车坡道坡度为1:12。

2.1主要材料
在人行天桥结构当中，包括主桁架、扶手、梯道、道板等基础设施，所运用
的铝合金材料通常为6082T6铝材，材料的屈服强度为260MPa，极限强度为
310MPa。

参照材料性能设计规范，人行天桥铝合金结构设计中，材料弹性模量通
常为69000MPa。

2.2下部结构设计
主桥主墩采用2 根φ1200mm 的钻孔灌注桩，上接5.2m×2.2m×1.8m 钢筋
混凝土承台；墩柱
为0.8m×2m 钢筋混凝土板式墩，上接盖梁。

主桥边墩均采用2 根φ1200mm 的钻孔灌注桩，上接5.2m×2.2m×1.8m 钢
筋混凝土承台；墩
柱为φ1100mm 钢筋混凝土圆柱式立柱，上接盖梁。

梯道及自行车坡道墩均采用1 根φ800mm 的钻孔灌注桩，上接φ600mm 钢
筋混凝土圆柱式立柱，上接盖梁。

2.3上部结构设计
通过分析人行天桥的跨越情况，在跨越排洪沟或者道路时，需要综合考量桥梁的立墩、梯道等两个位置。

当铝结构的弹性变形相对较大时，在结构设计的过程中，所运用的结构形式通常具有较大的刚度。

主桥采用2 跨等截面铝合金桁架，两侧端悬臂长均为2.375m，主桥跨径组合为(2.375+43+42+2.375)m，总长89.75m。

主桥采用2.2m 高铝合金桁架，梁宽5.84m。

两侧梯道均为3 梯段铝合金结构桥梯，梯道的端部采用钢筋混凝土梯台；梯道坡度为1：3，梯道梁高39cm，梁宽4.5m(含两侧各0.25m 的栏杆)。

每梯段间设置2.0m 宽的缓步平台。

桥下的净高为5.0米左右，主桥的净宽为4.0米左右。

在设置桁架的过程中，应保持高度相等，且主桁架结构通常由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆共同组合而成。

在桁架梁之间，对于所设置的横向连接，其间隔为263厘米或者313厘米，并且由横向弦杆和腹杆共同组合而成。

在节点之间，随着连接作业的开展，通常需要运用螺栓、铆钉等工具来实施。

栏杆扶手高度为1.25米。

在铝合金的主桥部分，还需要设置玻璃雨棚，注重对雨棚线性的控制，通常为流线型异形非对称的形式。

2.4、天桥计算
（1）计算模型：
采用Midas civil 2019 建立空间板壳单元模型，主桥桥面板采用板单元模拟，上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖杆、上横梁及下横梁均采用梁单元模拟，板单元形式为4 节点，均为厚板，计算模型如下图所示。

（2）自振频率验算
一、按规范计入人行质量一半以2.5kN/m2:
1）竖向自振频率：3.62HZ(满足规范要求的不小于3HZ)
主梁竖向变形
2）侧向自振频率：3.93HZ(满足规范要求的不小于1.2HZ)
主梁侧向变形
（2）变形验算
人群荷载作用下主桥竖向变形（mm）
恒载作用下主桥竖向变形（mm）
人群荷载作用下主桥跨中最大竖向挠度为22.37mm＜42000/600=70mm，满足要求。

恒载作用下跨中最大竖向挠度为22.62mm，主桥设置预拱度，其值为结构重力和人群荷载产生的向下最大挠度f=22.62+22.37=44.99mm。

3.优化铝合金人行天桥设计的改进措施
3.1改进现有天桥不足，完善拟建天桥设计
在铝合金人行天桥设计当中，可以从细节方面改进天桥设计中的不足。

在探讨之后提出相应的改进建议，并在拟建铝合金人行天桥设计中，重视对细节的把控。

以防腐性为例，在人行天桥中，部分杆件的接头部位容易存在锈蚀的现象，进而影响杆件结构的受力性能，在此类病害问题的影响下，有可能会缩短桥梁的整体使用寿命。

因此，在人行天桥铝合金结构的设计中，需要充分考虑对细部构件的处理和维护。

例如，螺栓、铆钉等。

通过及时对锈蚀问题加强处理，做好防锈、防腐等多方面的工作，旨在满足构件的长期使用需求[3]。

3.2进一步完善铝合金人行天桥规范
首先，通过掌握铝合金材料的基本特性，可以采用概率计算的方法，得出更为有效的安全系数。

其次，在稳定性方面，应有针对性地充分考虑铝合金材料的特性。

通常，金属材料的极限状态有以下三种，即：强度极限、使用极限、疲劳极限等。

若使用
传统方式，根据非双线性的影响极值进而计算，最终的结果虽具备较高精确性，
但需要相对较高的计算强度，运用于实际工程项目设计中时并不具备良好的应用性。

所以，还需要提出更为有效、实用、安全的计算方法。

在使用方面，通常需
要考虑结构变形、振动等两项影响舒适性的因素。

在疲劳方面，主要考虑的部位
是焊接部分，所以应保障所提出的连接参数规定具备合理性，避免出现金属疲劳。

最后，通过改变舒适性现有评价体系标准，针对桥梁结构竖向挠度、地震振
动频率等数据，为更好地体现出天桥的实际舒适性，还应在此基础上提出更为优质、可靠的评价方法。

因此，也可以借鉴国际上通用的频率法，并使用结构动力
响应值，在上述两种方式的相互结合作用下，以期获得全面的天桥舒适性评价结果。

结束语：在人行天桥项目的发展过程中，逐渐具备构建铝合金桥梁结构的基
础条件，与我国国情发展相符合。

在做好铝合金人行桥梁结构设计的同时，对于
优化该项产业结构具备关键作用，有利于促进产业整体水平的提升，帮助人行天
桥工程项目实现持续发展目标。

本文通过分析人行天桥铝合金材料的基本特性，
提出有效的结构设计对策，并对相关设计全面优化，旨在为铝合金人行天桥项目
建设提供基础支持。

参考文献：
[1]徐业飞.铝合金人行天桥结构分析[D].浙江大学,2020.
[2]程子健,杜晓燕.铝合金人行天桥设计分析要点[J].城市道桥与防
洪,2021,(03):4-5.
[3]谢智.铝合金人行天桥设计优化探讨[J].新建设:现代物业上旬刊,2022.。