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浅析钢结构人行天桥的设计要点和应用优势

作者: 发布时间:2020-01-21 15:18:00 阅读: 36 次

摘要:当现代城市逐渐发展成超大城市的趋势,在交通繁忙的城区路口,建立越来越多的人行天桥已经成为解决行人过街安全、缓解交通拥堵的有效措施。但以往的钢筋混凝土结构人行天桥无论在桥梁造型还是在施工周期方面,相比钢结构人行天桥都略显不足。因此本文从钢结构人行天桥的设计要点和应用优势出发,详细介绍其相关应用。

 

前言

钢结构以其在造型美观、安全性高的优势越来越多的被应用到桥梁与房屋建造上,尤其是在条件有限、跨度大的情况下,只能考虑钢结构。钢结构的特点是重量轻,强度高,并且具备其抗压以及抗拉等相关优点,相对于钢筋混凝土结构而言,其外观更为直观,强度等级更高。

在以往的人行天桥中,常常使用的材料是钢筋混凝土,钢结构的应用相对较少。本文将从设计要点与应用优势来说明钢结构在人行天桥的应用。

 

一. 设计要点

1.结构设计

对于钢结构的人行天桥,通常采用应用广泛的简支梁、连续梁结构,中间承载式桁架,而对于受力的杆件一般在铸铁材料的Q345三角钢,而桥面板则采用预制板,整个桥面采用花岗石等轻型材质进行铺层。

对于人行天桥结构通常采用行业内公认的Midas软件进行模拟计算,进行模型简化,分节计算,节与节之间采用焊接刚性连接,对于受力杆件,采用beam单元进行模拟,而梁端约束释放,一些次要的杆件则采用桁架单元。通过加上自重,对人行天桥钢结构进行分析,加上载荷。通常载荷为动载荷,将行走在人群上的载荷进行均布加载,这和桥梁的长度有关系。再加上自重,则为该桥梁的设计载荷。通过Midas软件计算后,和标准进行对比,查看杆件位移及结构稳定性是否满足要求,另外还要查看天桥的垂直方向的自振频率,看是否达到标准。

当进行完上述结构结算后,下一步则是对钢结构的节点焊接强度进行计算,包括主桁竖杆,主绗斜杆,横联斜杆,横联竖杆。对其轴向力,截面应力按照规范进行求解,得出其各边的焊缝长度。

此外还要进行钢结构的螺栓连接强度计算,计算其在剪应力与压应力情况下的容许载荷。更优化得出所需的螺栓数以及螺栓分布情况。

 

2.振动设计

钢结构人性天桥的振动源主要来自两方面,一个是行走的行人对天桥的振动;另外是过往车辆对天桥的振动。通过对人行天桥的振动原因进行动力学分析,来校核其是否满足振动设计的要求。

首先个难点是如何处理行人所施加的动载荷,因为行人的重心随着行走移动,这样,行人对天桥就施加了一个周期性的双向载荷。当桥上行人很多时,动载荷势必会随之增大,因此通过动力学分析来计算人施加的载荷对天桥的振动响应的大小。

而对于地面行驶的车辆,需要通过安装传感器,通过测量的数据来计算地面车辆对天桥的双向振动的响应。

在综合人和车辆对于桥梁的振动数据后,计算模拟桥梁的自振频率和max位移,来检测桥梁是否能够满足设计要求与应用,是否会引起共振和满足行人行走的要求。通过采用模态分析,查看其振型频率是否符合规范。

3.防腐要求

对于钢结构来说,暴露在空气中容易氧化生锈。因此需要进行防腐处理,可以进行外包石材或者其他防腐材料,使钢结构处于封闭和干燥的环境中。另外若有暴露外面的位置,可以取刷漆,镀锌等防腐措施,在采取这类措施之前,需要进行除锈前处理,工艺要求须达到要求,目前应用较广泛的有喷锌,喷铝等防护措施,这可以使整个钢结构达到20年左右的防腐寿命。

综上,对于人性天桥的钢结构进行结构设计,需要进行整体结构强度计算,焊接强度计算;另外很关键的是对人行天桥进行动力设计分析。

 

二. 应用优势

2.1优越的加工与力学性能

钢结构相比混凝土结构,钢具有更强的强度,因此使用于大跨度,高载荷的建筑。而钢结构的塑性性能更好,善于吸收各种外加静载荷,而不会突然增大变形。而且钢材因其韧性在动力设计中具有得天独厚的优势。

3.2施工周期短、工业化程度高

由于钢结构的广泛应用,市场上可以快速买到各种所需要的型材,而且钢结构生产厂家专业化程度高,加工精度和质量控制都达到了很高的水平。由于钢结构重量较轻,方便运输。其简易的安装形式适合采用机械化安装,能够减少施工周期。而且钢结构采用的是螺栓连接或者焊接,易于拆卸安装,并可不断重复利用,相比混凝土其他结构有不可比拟的好处。

3.3设计简单,计算可行性强

因为钢铁原材料的生产较好的控制了生产质量,使得钢结构的材料性能接近均匀,因此对于模拟计算结果和实际的情况差别不大。在设计中可以广泛采用经验公式或者模拟软件,

结算结果更加可信。

3.4经济优势

对于大跨度和重载荷天桥,采用钢结构可以节约2/5自重。由于自重减轻,节省了施工安装和材料费用,减少基础造价。而且钢结构采用的材料用量也小于混凝土的用量。这就大大节约了成本。

3.5易于回收

由于社会发展周期加快,建筑与结构的更新速度大大增加。因为钢结构大多数采用螺栓结构,易于拆卸,而且对于环境的危害小。可以进行回收,重复为企业和社会创造经济与环保效益。

 

4 结语

随着城市的快速发展和城市人口的急剧膨胀,为了保护行人过街安全和公共交通的需要,人行天桥在城市建设中被广泛应用。而钢结构以其安全性能,设计可靠,施工周期短,经济性强和环保等特点受到越来越多城市建设者的青睐,极好的满足了城市建设者的需要。随着钢材材料品种的完善,行业标准化,这些都将会为钢结构的进一步发展提供广阔的空间。

 

参考文献

[1] 黄翊. 钢结构在人行天桥应用中的优势[J]. 广西城镇建设,2009, (5): 82-84.

[2] 中华钢结构论坛. 结构理论与工程实践———中华钢结构论坛精华集[M]. 北京: 中国计划出版社, 2005.