一座钢人行桥优化设计

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1、2014年10月第10期城市道桥与防洪桥梁结构99一座钢人行桥优化设计熊桂开，陈翰新(重庆市勘测院，重庆市400020)摘要：对一座钢人行天桥的原始设计图纸进行优化设计。为减少原设计用钢量，采用Midas建立4种模型进行结构优化设计分析。通过对各模型位移、应力、结构基频的比较后，决定采用既减小主梁钢板厚度，又在桥墩中灌注混凝土的方案。优化前、后的主梁位移及基频均相近，但承载能力极限组合下的最大主应力明显变小。与原设计相比，优化设计节约用钢量29％。关键词：人行天桥；结构优化；应力；结构基频中图分类号：U448．11文献标识码：B文章编号：10

2、09—7716(2014)10—0099—030引言2有限元建模人行天桥在城市交通中极为常见。利用较少按照桥梁实际尺寸，采用板单元模拟主梁钢的材料修建出既符合规范要求，又满足使用性和板，梁单元模拟桥墩。采用Midas建立的全桥模型美观性的人行天桥是工程师们的追求fl_31。为避免共节点650个，单元1005个。在桥台位置按照实因桥梁结构基频和人群行走频率(1．8-2．5Hz)接际约束情况施加“一般约束”模拟支座，桥墩位置近而产生共振[41，其结构基频不得低于3Hz[。但采用固结处理。Midas建立的FEM模型见图2，同是，在追求材料较小用量时

3、，结构截面刚度和质量时采用大型通用有限元程序Ansys进行复核，两者同时减小，可能导致基频减小。如何在保证结构基结果吻合良好，最终取用Midas分析结果。频不变的情况下，减小材料用量是值得研究的。本将模型中考虑的各种荷载汇总于表1。文对一座人行天桥的原始设计图纸进行优化设3优化设计方法及结果计，保证其位移、应力及基频满足规范要求的同时减少其主梁钢材用量。3．1优化设计方法该优化设计的主要目的是在满足规范要求的1工程概况前提下节省钢材用量，因此，需减小主梁顶底板、该天桥采用三跨连续布置，桥面宽度7．4m。腹板及其它隔板等的厚度。但是从FEM模型

4、的初天桥主梁采用曲线型钢箱梁，由钢板焊接组合而步分析得知：减小主梁各钢板厚度后结构基频明成，主梁高0．9In。天桥钢箱梁除顶板、底板、腹板显下降，且低于规范【】中对基频要求大于3Hz的和横隔板采用Q345C钢外，其余均采用Q235钢，规定。为解决该问题，对结构基频的影响因素进行总设计用钢量为242409kg。主梁跨径布置为研究。20．50m+30m+20．50in，桥梁全长71．00m。天桥桥结构基频厂与主梁单位长度质量m成反比，与主梁截面惯性矩，成正比，故当减小主梁各板厚度墩采用3根DN500×16钢管与钢箱梁底板用高强时结构基频可能下降，

5、但同时基频厂与结构整体刚螺栓连接，墩顶设法兰盘，墩下设承台，钢管墩与度成正比，若能设法提高结构的整体刚度，则可以承台预埋钢板焊接，基础采用3根直径为80cm在减小主梁钢板厚度的同时保证结构基频满足要的钢筋混凝土桩基础。天桥桥面最大纵坡6％，满求。因此，在尽量不改变原设计的前提下，决定在足纵向排水需要，纵坡线型按圆曲线设置，曲线半桥墩钢管中灌入混凝土来提高桥墩对主梁的“嵌径为199．85m，不设横坡。桥台根据地形及地质固”作用，以提高结构整体刚度。该方法的实质为：情况采用轻型桥台，桥面铺装采用1mm防水层+减小上部结构刚度，提高下部结构刚度，通

6、过这种5cmC40细石混凝土+2cmM7．5砂浆找平层+3cm刚度关系的调整，一方面减小用钢量，减轻上部结木板砖。天桥整体布置见图1。构重量；另一方面，既加强下部结构刚度，提高其对上部结构的约束作用，又能保证结构基频这一收藕日期：2014-05—19作者简介：熊桂开(1983一)，男，湖南益阳人，工程师，主要从人行天桥设计中的关键参数大致不变。事路桥设计工作。基于以上方法，采用Midas建立以下4种模型2014年lO月第1O期城市道桥与防洪桥梁结构105足文献[5】的要求，表明该桥具有良好的弹性恢复能力。(2)该桥实测频率与理论分析结果相近，

7、表明该桥的实际整体刚度与设计值(理论值)基本吻合；各试验桥跨实测阻尼比均处于正常范围，表明该桥具有一定的耗散外部能量的能力，从测试过程及行车响应分析，该桥的振动响应及行车性能均较为正常。(3)通过对该带悬臂及挂梁的V型墩刚构桥进行的上述静、动荷载试验分析评估，表明该桥的承载能力和使用性能满足“汽车一20级、挂车一100及人群3．5kN／m”设计活载的要求。图5加速度时程曲线及频谱图参考文献【1】项贻强，胡峰强，朱卫国．V型墩预应力连续刚构桥结构动力分5结论析和试验研究[J1_中国市政工程，2003(1)：19—22．(1)本次静载试验的荷载效

8、率在0．86～0．93之[2】王巍，杨宜谦，姚京川，等．V形墩连续刚构桥动力性能试验研究fJ1．铁道建筑，2010(8)：14—17．间，符合相应试验检测规范【5】