钢结构人行景观桥梁总体设计研究

钢结构人行景观桥梁总体设计研究

摘要：人行景观桥梁是我国城市市政建设和旅游区景观建设中可采用的重要

建筑物类型之一，而钢结构因轻便、灵巧的造型和其它诸多优点，使其在人行景

观桥的设计中得到了广泛的应用。本文以黄陂湖流域风景区的标志性工程之一跨

县河人行景观桥为例，对该桥的总体设计以及主要结构计算参数和结果进行了系

统介绍，可供类似项目参考。

关键词：人行景观桥；钢结构；总体设计

1工程概况

跨县河人行景观桥是安徽省合肥市庐江县黄陂湖流域县河河道上的一座人行

景观桥，桥梁全长110m，桥梁宽度2.5m；桥梁面积275㎡。

2主要技术标准

（1）道路等级：人行专用桥；（2）设计荷载：人群荷载3.5kN/㎡；（3）

桥梁纵坡：双向1%；桥面横坡：0%；（4）桥面宽度：2.5m；（5）地震基本烈度：Ⅵ度，地震动峰值加速度：0.05g；（6）抗震设防烈度：Ⅵ度；（7）抗震设防

类别：D类，抗震设防措施等级：一级；（8）桥下净空：堤顶路≥4.5m；（9）

通航等级：Ⅵ级航道（双向通航）；（10）通航净宽×净空：40m×7m；（11）

最高通航水位：9.39m；（12）洪水位：13.18m，设计洪水频率：1/50。

3总体设计

主梁形式的选择主要考虑结构受力、施工难度以及经济性等几个方面。跨县

河桥在方案设计时考虑过混凝土箱梁和钢箱梁两个主梁方案。混凝土主梁具有构

造简单、经济性好、材料易获取等特点，但主跨46m的跨径对预应力混凝土结构

的讲已属于较大跨径，若采用混凝土结构，梁高势必较大，对人行景观桥整体造

型不利；为保证桥下通航净空，更大的梁高必然会导致桥面设计高程太高，从而

导致园区整体路线线形高程抬高；且混凝土主梁采用满堂支架施工，对于通航河

道内搭设支架，施工期间会阻塞船舶通行。综合以上几点考虑，混凝土结构主梁并不适合本工程。

本桥选择采用钢箱梁作为主梁结构形式，能很好的适应本桥的跨径组合，且吊装施工对河流通航影响较小，施工进度快。在确定采用钢箱梁方案后，根据以下边界条件拟定钢箱梁的各个参数：钢箱梁的孔跨布置，立面梁高的主要控制因素，根据跨度、经济性确定等高、变高设计；钢箱梁平面线形，结合受力及制造的考虑，顶底板加劲肋的类型的控制因素；桥面宽度车道布置，箱室划分的主要控制因素，兼顾上下翼缘剪力滞的折减程度、车轮轨迹带的避让、钢箱梁节段运输现场连接的便利；纵向加劲肋类型确定跨间隔板、横肋纵向布置间距，梁高箱宽决定隔板类型；钢箱梁的施工方式、运输方式、抗风要求，有时会控制箱室断面布置；拟定合适的梁高，梁高一般为跨度的1/20-1/30，大跨度钢箱梁节省用钢量可以采用变高设计（必要时，如顶推需要，大跨度钢箱梁也可以采用等梁高），中等80m以下可以采用制造便利的等高设计。

根据以上设计思路，本桥钢箱梁采用等截面，梁高1.8m，约为主跨跨径的

1/25，箱梁顶宽2.5m，底宽2.174m，顶底板横向水平。钢材材质为Q355C。箱梁断面采用单箱单室，箱室宽2.1米，两侧悬臂长0.2m。顶板为正交异性桥面板，顶板厚度为14mm；底板厚度为16mm；顶底板纵向加劲肋采用板肋，间距分别为350mm和300mm；腹板厚度为14mm，设置2道通长纵向加劲肋，采用板肋；跨中横隔板间距2.0m，在支点处加密为1.5m，板厚12mm；悬臂翼板厚14mm，端部封板厚8mm。支点横隔板板厚16mm，设16mm厚加劲肋。

4结构计算

4.1 计算内容

桥梁整体计算严格按照设计标准进行，主要计算内容包括钢箱梁顶底板正应力计算，抗倾覆验算。

4.2 计算参数

4.2.1永久作用

永久作用主要包括结构重力、二期荷载。

主梁采用Q355D钢材，自重荷载按构件断面面积乘以材料重力密度计算，其材料重力密度为78.5kN/m3，结构自重软件自动计算。

结构二期恒载包括桥面现浇层、铺装层重量。混凝土现浇层按25kN/m3；沥青铺装层按24kN/m3计算。桥梁单侧栏杆按5kN/m计算。

4.2.2可变作用

本桥为专用人行桥梁，根据要求，人群荷载为3.5kN/㎡。

4.3计算结果

4.3.1顶底板正应力计算

钢箱梁应力应考虑有效截面折减效应，对于全截面应考虑剪力滞效应造成的有效截面折减，对于受压截面如跨中截面的底板和支点截面的顶板，应考虑局部受压造成的有效截面折减。本桥为专用人行桥，不考虑第二体系应力叠加。顶底板应力包络图见图1和图2。

图1 顶板应力包络图

图2 底板应力包络图

考虑有效截面折减后，主梁顶板最大应力为118Mpa（中跨跨中位置，为压应力），底板最大应力为209MPa（中支点位置，为压应力），均小于承载力设计值270Mpa。

4.3.2抗倾覆验算

根据抗倾覆计算要求，本桥支座在荷载基本组合下不得出现脱空，既支点不出现负反力；同时应满足在荷载标准组合下抗倾覆安全系数不得小于2.5。计算结果见表1。

表1 抗倾覆验算结果表

支座节点编号

支

点反力

（

kN）

抗倾

覆弯矩

（kN*m）

倾覆

弯矩

（kN

*m）

稳

定系数

最

低要求

0号桥墩

45

.3

1368

.3

417.

4

3.

2

2.

5

1号桥墩

27

8.4

1368

.3

417.

4

3.

2

2.

5

2号桥墩

28

1.2

1368

.3

417.

4

3.

2

2.

5

3号桥墩

48

.3

1368

.3

417.

4

3.

2

2.

5

本桥支座未出现脱空现象，且抗倾覆安全系数满足要求。