跨铁路人行天桥分析计算

跨铁路人行天桥分析计算

摘要：本文首先简单介绍了人行天桥的基本结构类型，然后以天津市某跨铁路人行天桥为实例，给出人行天桥详细的计算内容及分析过程，对常遇到的设计问题提出有关技术措施，为相似工程提供借鉴。

关键词：人行天桥；自振频率；技术措施

0引言

人行天桥又称人行立交桥。一般建造在车流量大、行人稠密的地段，或者交叉口、广场及铁路上面。人行天桥只允许行人通过，用于避免车流和人流平面相交时的冲突，保障人们安全的穿越，提高车速，减少交通事故。

1人行天桥结构类型

常见人行天桥，按照结构区分，可以分为三大类，分别为悬挂式结构、承托式结构和混合式结构。

1.1 悬挂式结构人行天桥

悬挂式结构的人行天桥以桥栏杆为主要承重部件，供行人通过的桥板本身并不承重，悬挂在作为承重梁的桥栏上，其是将结构性部件和实用型部件结合在了一起，可以减少建筑材料的使用，相对降低工程造价，但是这种结构的人行天桥桥栏杆异常粗大结实，因而行人在桥上的视线会被栏杆遮挡，而且粗壮的桥栏杆很难给人以美的感受，因而在城市景

观功能方面有所欠缺。

1.2 承托式结构人行天桥

承托式结构的人行天桥将承重的桥梁直接架设在桥墩上，供行人行走的桥铺在桥梁之上，而桥栏杆仅仅起到保护行人的作用，并不承重，这一类的人行天桥造价相对较高，但是由于桥栏杆纤细优美，作为城市景观的功能较好，因而目前各城市中这一类型的人行天桥数量最众。

1.3 混合式结构的人行天桥

混合式结构的人行天桥是上述两种结构的杂交体，桥栏和桥梁共同作为承重结构分担桥的荷载。

除了上述三种主流结构，还有一些城市在某些街区将悬索桥、斜拉桥的结构用于人行天桥的建筑，但这些特殊结构的人行天桥大多造价昂贵，之所以选择这些特异的结构，大多是出于城市景观的考虑，并非人行天桥的主流。

人行天桥的设计时，要注意其选位、选型、结构设计、管线处理等问题[1]。

2工程概况

本工程位于天津市经济技术开发区内，总体呈南北走向，先后上跨两条现状路（均为城市主干路，两者正交），三条既有铁路，与其中一条铁路斜交，交角为.72°，该处铁路为直线单线电气化铁路；与其余两铁路正交，铁路为货运通道。

人行天桥标准断面为：0.25m（护栏）+5.5m（人行道）+0.25m（护栏），全宽6.0m。桥跨布置：3.55m+31.45m+15.00m+31.00m+36.00m+35.00m+27.00m，桥长179.00m。结构设计：上部结构采用连续钢箱梁，梁高1.60m，梁宽6.00m，腹板间距1.783m+2.400m +1.783m；翼缘板厚度16mm，中腹板厚度14mm；边腹板厚度12mm。横隔梁间距约1.50m。下部结构：除一处采用设置盖梁独柱墩（墩柱为直径900mm，厚度20mm的钢管，基础采用直径1800mm钻孔灌注桩）外，均采用设置横向联系梁双立柱墩，墩柱为直径750mm，厚度20mm的钢管，基础采用直径1200mm钻孔灌注桩。地震动峰值加速度为0.15g。工程地质勘查报告表明地质情况良好，土层主要为黏土。

2 人行天桥分析计算

该项目人行天桥结构计算采用基于有限元模拟程序《midas》、《桥梁博士3.2》、《桥梁博士基础版》及手算，考虑跨铁路的安全性需要，设计活载提高1.3倍，主要内容如下：

2.1计算模型

该人行天桥全桥共划分130个梁单元。

主梁的计算截面未考虑横隔板对纵向刚度的贡献，仅考虑纵向通长加劲肋对截面刚度的影响。

2.2桥梁自振频率计算

为避免天桥主桥的固有自振频率与行人步行频率接近而引起主梁振动及挠度过大，引起行人感到不适，甚至危及天桥安全，因此规范[2]第2.5.4条规定，天桥上部结构竖向自

振频率不应小于3HZ。计算结果显示，结构最小自振频率为3.823，并应用资料[3]中提出的公式进行了核算与优化。工程实际中，常常由于天桥跨径的增大，或建筑高度的或其他缘故，致使天桥结构自振频率不满足规范规定，这就要求应用有关技术措施进行天桥振动控制，可采取提高梁体自振频率；在梁体上粘贴阻尼材料，提高梁体阻尼比；在梁体或栏杆上安装调频质量阻尼器（）或多重调频质量阻尼器（M）；采取阻尼墩柱等。

2.3强度计算

依据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86），钢结构受弯构件强度应满足：结构弯曲应力、剪应力及换算应力应不大于其允许应力；Q345qD钢材弯曲应力允许值[] =210MPa，剪切应力允许值[] =120MPa，换算应力允许值1.1[]=231MPa。计算结果见下图：

弯曲应力图

剪切应力图

计算得出弯曲应力最大值60.9 Mpa；剪应力最大值19.9Mpa，换算应力最大值70 Mpa，满足规范要求。强度的提高常可加厚梁板厚度，增高梁高等。

2.4挠度计算

按照规范[2]第2.5.2条规定，主梁跨中挠度≤L/600，悬臂端挠度≤L1/300；第2.5.3条规定，当结构重力和人群荷载产生的向下挠度不超过跨径的L/1600时可不设预拱度。

则15m跨，L/600=25mm，L/1600=9.38mm；同理，27m跨分别为45mm，16.8mm；31m跨为51.6mm，19.3mm；35m跨为58.3mm，21.8mm；3.55m悬臂端允许挠度为11.8mm。经计算相应跨的跨中最大挠度均不超过上述值，悬臂端最大挠度为5.41mm，满足规范要求，并可不设预拱度。

2.5支座反力计算

计算过程中将人群荷载布置在偏心距离1.25m位置，经计算最不利位置下各支座最小反力为190-828KN，最大反力为595-1972KN，支座均未出现脱空现象。初始设计所选用圆形板式橡胶支座GYZ 550x140mm，承载力为2970KN，满足承载要求，由于钢桥所受有效温度的深入确认，计算主墩支座处最大位移为48mm，而初选支座允许最大位移为51.5mm，安全储备不足，最终调整支座型式为GYZ 600x160mm，其允许位移量为59mm，提高了安全储备，保证了天桥安全。

2.6偶然组合计算

根据《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)5.1.1规定，只考虑水平向地震作用，即顺桥向X和横桥向Y的地震作用。

板式橡胶支座的剪切刚度相对较小，对主梁的隔震效果比较好，经计算主墩底截面法向应力、剪应力、换算应力均较小，未超过规范限值，且墩顶位移微小，主桥地震效应不控制设计，桥墩强度满足规范要求。

对于抗震敏感的天桥，可采取增大墩身纵向截面尺寸或采用减隔震技术（如采用摩擦阻尼器、抗震减震支座等），以增强结构整体的设防能力。

2.7按偏心受压构件计算钢结构墩柱强度，要求同上文2.3所述。

2.8桩基础计算

分别计算桩基轴向受压承载力；桩基主要截面的承载力及应力，桩基沉降。鉴于该工程的重要性，施工前进行试桩，以确保所选桩型的施工可行性；并要求对桩基采用两种以上的检测方法，以保证桩基的安全性。

此外，进行临时墩强度、稳定性，及其基础计算；护栏立柱间钢化夹胶玻璃变形计算；细部构件如抗震挡设计等，多方面设计计算，采取成熟技术措施，以保障结构的安全、铁路运营安全。

3 结语

通过上述内容的详细计算及分析，并给出了一些解决设计问题的技术措施，多方面完善设计计算，在人行天桥结构设计满足规范基本要求的基础上，提高项目安全储备，确保铁路运营安全，创造良好的社会效益。可予其他相似工程的设计计算提供参考。

参考文献(References)：

[1] 余凤翔.城市人行天桥设计上几个问题的探讨[J].城市道桥与防洪,第2004,(2):29-32.

[2] 《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69-95）.北京:中国建筑工业出版社,1996.

[3] 沈晔,葛春辉.人行桥自振频率的分析与计算[J].特种结构,第2004,21(1):53-55.