无锡市金城东路快速化改造工程过街天桥设计

2014-01-08黄东初

城市道桥与防洪 2014年3期

黄东初

（南京市市政设计研究院有限责任公司，江苏南京 210018）

0 前言

无锡市金城东路快速化改造工程起点为景渎立交，终点为锡张高速。作为城市内环外延的重要组成部分，为城市快速路，设计时速80 km/h,道路总宽62 m。由于交通流量大、道路路幅宽且设计为快速路，若采用地面平交形式横穿道路，不仅危及行人及非机动车安全，同时降低了道路的通行能力。为解决这一矛盾，选择在地面快速路段K15+200处设置一座人非混行过街天桥，实行人车分流。选用钢箱梁过街天桥，其优点为跨越能力强、工厂预制、现场吊装、施工快、对地面道路干扰小。

1 工程简介

无锡市金城东路快速化改造工程地面快速路段K15+200处设置一座过街天桥，过街天桥为人非混行天桥。主桥桥梁全长69 m，跨径布置为1.75 m+32.75 m+32.75 m+1.75 m，采用钢箱梁，梁高1.3 m，桥全宽4.5 m，净宽4 m；主墩位于道路中分带处，边墩位于道路两侧；纵断面以桥梁中心线处为中心，设双向1.5%纵坡，桥面设双向1.0%横坡。人行梯道全宽3.5 m，净宽3.18 m，梯道踏步宽30 cm，高15 cm，中间设两处休息平台。推坡道全宽3.5 m，净宽3 m，为非机动车专用推坡道，中间设一处休息平台，坡道坡度1：8。具体见图1～图3。

过街天桥主桥两端每侧各设置一人行梯道及非机动车推坡道与地面道路衔接。主墩为直径1 m钢立柱，边墩为直径0.7 m钢双立柱，人行梯道及推坡道均采用直径0.7 m钢筋混凝土立柱。立柱顶部均设置板式支座，底部接钻孔灌注桩。

图1 过街天桥效果图

图2 过街天桥总体布置图(单位：m)

图3 过街天桥主桥横断面图(单位：m)

主桥铺装采用：面层:1.5 cm彩色道路塑胶+2 cm彩色道路塑胶+5 mm环氧砂浆混合料层+10 mm环氧砂浆层+环氧富锌漆二度（共80μm）。

人行梯道铺装采用：1.5 cm彩色道路塑胶+2 cm彩色道路塑胶+50 mmC30防水钢筋混凝土+6 mm厚踏步板支撑钢板。

推坡道铺装采用：1.5 cm彩色道路塑胶+2 cm彩色道路塑胶+20 mmM10砂浆+1 mm防水层。

2 结构计算

采用Midas Civil2010有限元软件建模分析。人群荷载：5.0 kN/m2；栏杆水平荷载：2.5 kN/m；栏杆竖向荷载1.2 kN/m；风压力：0.7 kN/m2；地震作用：地震动峰加速度值为0.05 g。不均匀沉降桥墩处考虑为10 mm，桥台处考虑为5 mm。结构设计采用允许应力法，主梁及人行梯道均采用Q345钢。

设计成桥温度为15℃，体系升温采用31℃，体系降温采用24℃；根据桥面布置，人群按影响线进行加载。永久支承按结构连续梁支承条件进行约束。计算模型见图4、图5。

图4 过街天桥主桥计算模型

图5 人行梯道及非机动车推坡道计算模型

3 计算结果

3.1 主要计算结果

按照规范要求考查正常使用阶段的主梁的强度和刚度是否满足要求。

应力计算主要结果见图6～图11。

图6 恒载主梁上缘应力图（单位：MPa）

图7 恒载主梁下缘应力图（单位：MPa）

图8 标准组合主梁上缘最大应力图（单位：MPa）

图9 标准组合主梁下缘最大应力图（单位：MPa）

图10 标准组合主梁上缘最小应力图（单位：MPa）

图11 标准组合主梁下缘最小应力图（单位：MPa）

根据以上可知主梁标准组合下，上缘最大应力为48.4 MPa，最小应力-42.6 MPa；下缘最大应力为68.0 MPa，最小应力为-77.2 MPa；满足规范要求。

主梁最大应力幅发生在边跨跨中下缘处，为52.7 MPa，根据《钢结构设计规范（GB 50017—2003）》6.2.3条主梁顶底板对接焊缝属于2类连接形式，循环次数n为2×106次的容许应力幅为144 MPa，满足规范要求，见表1。

表1 主梁上下缘应力幅（单位：MPa）

（2）挠度验算

主梁跨中在活载下位移幅为25.3 mm，刚度值25.3/32 750=1/1 295，小于1/600；悬臂部分在活载下位移幅为4.62 mm，刚度值4.62/1 750=1/379，小于1/300；主梁刚度满足规范要求，见图12。

图12 人群荷载作用下主梁位移包络图（单位：mm）

（3）自振频率计算（见图13）

图13 人行天桥主桥一阶自振频率图（单位：Hz）

由图13可知，主桥上部结构竖向一阶自振频率为4.839 Hz>3 Hz，满足规范要求。

人行梯道及非机动车推坡道计算结果应力图由于篇幅关系，就不给出，人行梯道及非机动车推坡道上部结构验算均能满足规范要求。

4 钢箱梁的焊接

（1）自动或半自动焊，应采用符合现行国家产品标准要求的焊接用钢丝，选用的焊丝和焊剂应与主体金属强度相适应。

（2）手工焊接用的焊条，应采用符合现行国家产品标准要求的低碳钢及低合金高强度钢焊条，且选择的焊条型号应与主体金属相适应。

（3）对接焊缝必须按规范要求开具相应的“V”形坡口。在本设计中，面板、腹板、底板和横隔板的焊缝均需按规范要求开具相应的“V”形坡口。各种焊缝高度应符合规范要求。

（4）焊接不应有裂纹和沿焊缝边缘的未熔合、溢流、烧穿、假焊、未填满的火口以及超出容许限度的气孔、夹渣、咬肉等。

（5）对所有的焊缝均应进行外观检查。主梁和梯道的纵横向对接焊缝及腹板和面板、底板相交的角焊缝为一级焊缝，应进行100%超声波探伤，并需进行10%X光摄片检查；其余焊缝为二级焊缝，应进行20%的超声波探伤。对探伤结果有疑问的焊缝应采用X光摄片复检，对确认质量不合格的焊缝必须返工。

（6）焊缝的外观检查按《钢结构工程施工质量验收规范（GB 50205-2001）》标准进行。

（7）加劲肋须开坡口后与桥面板焊接，融透深度不小与0.8倍的肋板厚，并不得焊穿。焊接作业时应尽量避免仰焊操作。面板与底板的拼接应采用带陶磁衬垫的单面焊双面成型工艺，以保证焊缝融透。角焊缝不得在腹板、桥面板等主要板件上咬边。工地梁段间的拼接焊缝，面板与底板仍采用单面焊双面成型工艺，为此底板的加劲肋可采用嵌补段的作法，待底板焊接、检验完后，加劲肋采用内衬钢衬垫拼接。箱梁外腹板用双面坡口的对接焊焊接。钢箱梁的两端隔板上不留过焊孔，钢箱梁安装完成后，其内部应是个密闭的整体。

5 钢箱梁的防腐

于钢结构各部位所处环境不同，故防腐涂装对各部位采用不同的方案，主体结构防护年限应满足防腐期20 a的要求，附属结构满足防腐期10 a的要求。承担钢结构涂装防护施工的单位和油漆供应制造单位应进行专项的涂装工艺试验。

要求钢构件喷砂除锈后表面清洁度不小于Sa2.5级，表面粗糙度25～60μm，要求防腐年限大于20 a。

本桥所有钢结构内外表层均必须进行二次除锈（污）处理，第一次是钢材进厂后在下料之前，要进行一次预处理——喷丸，此次除锈是清除钢材表面较深层位的锈蚀，使钢材表面具有足够的粗糙度，此次除锈是关键重要的除锈。喷丸以后，要及时涂装一道防锈底漆约20～50μm，以防钢材再度锈蚀。

第二次是钢构件焊制成型后进行表面涂装之前（在现场），要进行一次外表面的除锈（污）处理——喷砂（内表面不进行）。喷砂是为了清除喷丸时未除净的锈蚀和施工造成之油渍以及预处理后的漆皮。喷砂后要及时（不能超过4 h）进行表面涂装。内表面在焊封前，要将要求的涂装层涂装到位。外表面在喷砂后，按要求的涂装层涂装到位。