大纵坡人行桥结构计算

大纵坡人行桥简化计算分析
摘要：城市人行桥在设计中容易受到各种因素的制约，经常出现大纵坡的情况。

本文以海尔路辽阳路立交桥中的人行跨线桥为例，对该类桥梁结构的受力情况进行了分析。

得出纵坡不大于10％的人行桥梁在计算中可以按照无坡桥梁进行简
化计算的结论。

关键词：城市桥梁大纵坡海尔路辽阳路立交桥
The Simplified Calculation Analysis of Footbridges
with Big Longitudinal Slop
Abstract: The design of city bridges is restricted by various factor easily ,and the bridges with longitudinal slope often appears. Based on a foot bridge of Haier & Liaoyang overpass, the article analyses the stress of bridges with the big longitudinal slope. The result indicates that the longitudinal lower than 10% could be ignored in the calculation of footbridge.
Key words: city bridge; big longitudinal slop; Haier road - Liaoyang road overpass
1 引言
城市人行桥纵坡设计受城市各种因素的影响和制约，及当按无障碍要求设计时经常会出现大纵坡的情况1，该类桥梁即为大纵坡桥梁。

大纵坡桥在计算时与平桥相比其建模和调束均比较麻烦，有时往往因此延长设计时间，耽误工期。

大纵坡桥能否作为平桥简化计算，在现行设计规范中还没有明确的规定和说明。

本文结合海尔路辽阳路立交桥工程中的人行跨线桥对该方面做了探索性分析。

2 工程概述
○1《城市道路和建筑物无障碍设计规范》（JGJ50-2001 J 114-2001）第4.4.3条：人行天桥、人行地道的坡道设计应符合下列规定：1 坡道的坡度不应大于1:12；在困难地段的坡度不得大于1:8（需要协助推动轮椅行进）。

海尔路辽阳路立交桥为青岛市内的一座两层苜蓿叶全互通立交。

该工程设计过街人流量较大，需单独设置行人过街设施。

同时地下管线错综复杂，所以设计为一座人行桥跨越辽阳路，跨径布置与对应车行桥跨径布置一致，为29.5+31.5+31+24.5m。

因桥下车行净空及两端接地位置的限制，桥梁纵坡设计为10％，3号墩处为变坡点，竖曲线半径为520m。

中间墩与梁体固结，其余各墩台均采用独柱支承上设单向活动盆式橡胶支座。

桥梁横断面为单箱单室，梁高1.2米，两侧各悬臂1.0米，总宽度为5.5米。

（图1）
图1 海尔路辽阳路立交人行桥（单位：m）
3 结构模型的建立
一般情况下当桥梁纵坡≤4％时，在计算中忽略桥梁纵坡的影响按平桥计算，但是纵坡>4％时大纵坡桥梁与平桥的计算结果差别又是怎样的呢？我们采用BSAS桥梁结构分析软件对该人行桥按照桥梁实际纵坡建立了坡桥模型，同时建立了跨径相同的平桥模型，将两者进行计算分析。

（图2）
图2 人行桥计算模型（单位：m）
为使两模型计算结果具有可比性，建模原则如下：对应单元材料、单元截面相同；钢束数量、钢束类型、张拉方式、锚下应力等均相同；钢束坐标一致（钢束X坐标一致；Y坐标相对梁底面线一致）；钢束弯曲角度可稍做调整，但必须满足规范规定钢束最小弯曲半径要求。

4计算结果分析
将两种模型计算后，取两者承载能力极限状态下的弯矩、剪力以及竖向支反力进行比较，比较结果如以下各表所示。

表1 支点及跨中弯矩比较表（单位：kN·m）
表2支点处剪力比较表（单位：kN）
表3 竖向支反力比较表（单位：kN）
从表中数据可以看出，两种模型承载能力极限状态的最大相对误差为1.85％，发生于支点3处负弯矩，支点剪力和支反力最大相对误差分别为0.91％和1.09％。

模型承载能力极限状态下的计算结果对比的相对误差均在±2％以内，可以说，对于纵坡10％的人行桥来说，承载能力极限状态下两者计算结果一致。

两种模型正常使用极限状态下的截面正应力和主应力比较分别如表4、表5所示。

表4 截面正应力比较表（单位：MPa）
表中各应力值均为压应力。

表5 截面主应力比较表（单位：MPa）
从以上表格可以看出，两种模型计算结果对比相对误差最大发生在支点2处，截面正应力相对误差最大为5.04%，截面主应力相对误差最大为4.84％。

可以认为两者正常使用极限状态下应力相对误差在±5％内。

另外正常使用极限状态下，坡桥模型在支点3处产生48.6 kN的水平力，其他支点以及平桥模型各支点均无水平力，该水平力主要是由于桥梁变坡点两侧不对称引起的。

5 单面大纵坡桥梁分析
上述分析的工程背景为一双面坡桥梁，为进一步了解大纵坡桥梁的受力特点，本文建立了30m+30m的两跨连续梁桥模型，坡度同样取为10％，同时建立平桥模型作为比较，模型建立原则如前所述。

图5 单面坡人行桥计算模型（单位：m）
同样对计算结果的各方面进行比较分析，两模型相对误差最大值统计如表6所示。

由表可以看出，两种计算模型结果差别甚微，在承载能力极限状态和正常使用极限状态下误差均较双面坡桥小，另外两种模型对支座均不产生水平力。

表6单面坡模型计算结果对比表
6 结论
通过以上对大纵坡人行桥梁和平坡人行桥梁的比较分析，可以得出如下结论：
1．纵坡≤10％的双面坡人行桥与无纵坡桥的受力情况基本一致，可按平桥进行简化计算，但需验算平桥截面拉压应力值均增加5％后是否满足规范要求。

2．纵坡≤10％的单面坡人行桥与无纵坡桥的受力情况基本一致，可按平桥进行简化计算，但需验算平桥截面拉压应力值均增加5％后是否满足规范要求。

3．双面坡桥梁两侧不对称时会产生支座水平力，设计时应注意。

4．大纵坡桥梁底支座进行调平处理，调平块按其受力进行结构加强。

参考文献
[1]《城市道路和建筑物无障碍设计规范》, JGJ50-2001 J114-2001。

[2]《城市桥梁设计荷载标准》, CJJ77-98
[3] 姚玲森. 桥梁工程. 北京: 人民交通出版社,1995
[4] 张树仁. 钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理. 北京: 人民交通
出版社,2004。