田亚洪，谭晓晶，杨成标

（1.昆明市公路工程质量检测中心有限公司，云南 昆明 650110；2.云南省建筑科学研究院，云南 昆明 650223）

0 引言

近年来，钢结构环形天桥被广泛应用于城市各道路交叉口。城市人行天桥相比其结构形式的桥梁对外观要求较高，钢结构桥梁凭借其外观轻盈、结构造型丰富，施工时占用周边场地设施较少，安装制造工期短、时效快；另钢结构桥自重轻、构件断面小，经济使用效益高，因此被广泛使用于城市人行天桥建设中，且留有较大安全储备[1-3]。对于环形天桥的承载能力研究，文献详细分析并介绍了环形钢构桥的振动特性，并结合静载试验对桥梁承载力作出判断[4]。有学者通过对环形天桥钢支座内力监测与调整，调整支座高度来使得支座反力趋于均匀合理，提升梁体结构安全性[5]。郑洪涛等人[6]对环形天桥进行静载试验，进行承载力验算和确定结构最不利荷载应出现的加载方式。

本文则主要通过荷载试验，评估环形天桥的承载能力和工作状态，检验结构施工质量是否满足设计及有关规范的要求，以便为该桥的运营管养提供科学依据。

1 工程概述

人行天桥采用中间带圆盘的十字形钢架结构形式（图1所示），圆盘轴线长20m，十字钢架每条边长44.8m，并设置四条钢箱梁引道跨过下面的慢行车道。每条引道并列设有自行车梯道和人行梯道，宽度均为2.5m。该人行天桥主要技术指标及结构组成：

图1 人行天桥立面照片

（1）设计荷载：按人群活载5KN/m2；（2）净宽：天桥净宽3.3m，自行车坡道净宽2.3m，人行梯道净宽2.3m；（3）桥下净高：5.5m；（4）上部结构：主桥跨部分为双向门式钢架，工厂加工组装，现场吊装，引道采用简支钢箱梁，梯道均采用钢筋混凝土结构；（5）下部结构：均采用混凝土扩大基础，梯道均为单柱，柱的直径均为50cm；（6）钢梁桥面铺装：采用6cm厚的C30小石子混凝土铺装。

2 试验方案

试验前为掌握钢桥的整体受力情况，采用Midas civil软件计算该桥在各种荷载工况下的空间受力及变形情况。桥梁结构计算模型如图2所示。根据天桥步道承受的满人荷载，试验荷载采用沙袋模拟均布堆载，计算得到试验等效均布荷载为16.5k N/m。

图2 结构分析模型

2.1 试验控制截面

根据试验桥梁的结构形式、规模，结合施工现状和现场条件，在进行结构分析计算的基础上，确定全截面箱梁进行加载试验，设置试验控制截面J1、J2、J3和J4。试验桥跨选定及控制截面位置如图3所示。

图3 试验控制截面

2.2 试验工况及荷载效率

根据规范，试验荷载效率须满足：

式中：

η—静力试验荷载效率系数；

Sstat—试验荷载作用下，检测部位变位或力的计算值；

S—设计标准活荷载作用下，检测部位变位或力的计算值（不计冲击作用时）；

δ—设计取用的冲击系数（1+μ）。

设计天桥荷载试验工况如表1所示。

表1 试验工况及荷载效率

环形天桥荷载试验以挠度控制为主，采用三级加载，共计3种加载工况：

（1）引道步道加载100%满人荷载；

（2）环形步道加载50%满人荷载；

（3）环形步道加载100%满人荷载。

各加载工况下的布载如图4所示。

图4 各加载工况布载

2.3 试验项目

（1）挠度测试。根据荷载试验现场条件，共设置挠度测点12个，挠度测点布置于桥面处，如图5所示。

图5 挠度测点

（2）应变测试。天桥的每个试验控制截面均设置应变测点，共计20个测点，测点位置如图6所示。

图6 控制截面应变测点布置图（单位：cm）

3 试验结果分析

3.1 挠度结果

挠度测试结果如图7和表2所示。

表2 各测点实测挠度与计算值的比较

图7 各实测点挠度及理论值对比曲线图

说明：挠度向下为负。

在各试验加载工况下，天桥测试断面挠度校验系数η在0.79～0.88之间，控制截面的挠度校验系数小于1，说明该桥的刚度满足要求；同时，试验的相对残余变形为7.72%～10.35%，满足钢桥桥梁相对残余变位不大于20%的要求，说明桥跨结构在试验荷载作用下处于弹性工作状态。

3.2 应力结果

试验荷载工况下各测试截面的应力实测值与理论计算值、校验系数及相对残余率如表3和图8所示。表中应力值符号以受压为正、受拉为负。

图8 应力测试结果

表3 各测试截面应力测试结果

说明：受压为正、受拉为负。

在试验荷载各加载工况下，天桥控制断面应力校验系数η在0.75～0.87之间，控制截面的应力校验系数均小于1，说明天桥承载能力满足要求；相对残余应力为3.70%～12.20%，满足钢桥相对残余应力不大于20%的要求，桥跨结构在试验过程中处于弹性工作状态。

4 结语

本文通过对环形钢结构天桥进行荷载试验和分析，得出以下结论：

（1）在试验荷载作用下，天桥试验控制截面的挠度校验系数小于1，且相对残余挠度小于20%，均满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）的规定，具备一定的刚度储备。（2）在试验荷载作用下，天桥试验控制截面的应力校验系数小于1，且相对残余应力小于20%，均满足《公路桥梁荷载试验规程》（JTG/T J21-01-2015）的规定，具备一定的安全储备。

综上所述，天桥桥跨结构强度、钢度满足人群设计荷载（5k N/m2）要求。该试验为人行天桥运营阶段的管理和养护提供技术依据，并对同类工程的设计、施工和检测提供参考。