天津市市政工程设计研究院 天津 300457
摘要：异形天桥结构的受力性能与一般板凳式桥梁不同，异形桥梁多采用墩梁固结体系，其计算分析，不能简单的将上下部结构拆开来计算，宜将包括桩基在内的天桥各部分结构全部利用有限元模拟，进行结构的整体分析。对于天桥结构，为避免共振，保证结构的安全性及行人舒适感，不仅要分析其静力受力性能，也应保证天桥上部结构竖向自振频率不小于3Hz。
关键词：桩基布置 异形桥梁结构 自振频率
1、概述
随着时代发展，人行天桥已经不仅仅要满足功能性的过人需求，人们对其景观性也越来越重视，尤其是在景观区修建的人行天桥。由于景观天桥造型的异形性，其结构受力特点相比于一般板凳式桥梁也更复杂，异形结构天桥多采用墩梁固结体系，墩柱及上部结构的材料以钢材为主，承台及桩基则多采用钢筋混凝土。对于一般简单的梁式桥，为简化分析，多将上下部结构拆开研究；而对于墩梁固结的异形天桥，应将墩柱与上部结构结合在一起分析其静力特性，且对于天桥结构，为避免共振，减少行人不安全感，其一阶竖向自振频率不应小于3Hz。通常情况下，基础的布置方式对天桥的静力特性影响较小，但是对于其自振特性，不同的基础布置方式，可能会产生较大的影响。本文拟通过某公园内一景观环形天桥，研究不同的桩基布置方式对结构性能产生的影响。
2、工程概况
该天桥为某公园内上跨现状道路景观天桥，桥梁主体桥宽4.9米（不含外装饰板材），人行净宽4.14米。
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城市之环效果图
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桥断面图（mm）
天桥上部结构采用钢箱梁形式，跨径布置为27.67m+36m+27.67m。钢箱梁顶板、底板及腹板均采用25mm钢板，顶板设置纵向加劲肋，高14cm，板厚12mm，钢箱梁在主龙骨焊接处设置横隔板；主龙骨沿桥梁中心线，每3米布置一条，断面为200×200×15mm，主龙骨外侧焊接供装饰板材连接的T型钢，型号为100×50×6mm；次龙骨沿桥梁中心线，布置与相邻主龙骨之间，每1m布置一条，断面为100x100x6mm 。
下部钢墩柱部分采用箱型截面的钢立柱结构，截面高度860mm，宽度500mm，板厚均为50mm，高度方向沿桥梁轴线切向。钢墩柱上部与主梁固结，下部埋入混凝土墩柱70cm，与预埋垫板焊接。为减小结构的温度效应，两端桥台位置采用板式橡胶支座连接。
3、结构建模研究分析
本桥采用空间有限元分析软件Midas Civil 2019建立全桥三维空间计算模型进行结构分析。主梁、龙骨、联结系、墩柱及桩基采用梁单元模拟，其中桩基的计算长度根据规范《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》JTG3362-2018中1.8/α的规定选取建模长度。中墩处桥墩与主梁共节点，边墩支座按照实际刚度进行模拟；结构计算考虑结构自重、装饰重量、人群荷载、风荷载及温度荷载。
为研究不同的桩基布置方式对天桥受力及自振频率的影响，论文根据中墩两种不同的桩基布置方式，分别建立全桥模型进行分析计算。
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桩基单排双列布置方式模型图
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桩基双排单列布置方式模型图
对两个模型分别进行静力分析及自振模态分析。计算结果如下图所示。
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桩基单排双列布置方式结构应力图(154MPa)
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桩基双排单列布置方式结构应力图(147MPa)
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桩基单排双列布置方式结构竖向一阶竖向自振模态图(3.316HZ)
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桩基双排单列布置方式结构竖向一阶竖向自振模态图(2.576HZ)
根据计算结果：中墩桩基础采用单排双列布置时，结构的最大应力为154.0MPa，结构竖向一阶自振频率为3.316 HZ；而采用双排单列布置时，结构的最大应力为146.7MPa，结构竖向一阶自振频率为2.576 HZ。
由结果对比分析可知：在静力响应方面，两种工况下结构各个构件的应力响应规律基本相同，最大应力均出现在结构端部主龙骨与主梁的连接部位，单排双列桩基布置工况比双排单列布置工况最大应力响应增加了7.3MPa，均能满足安全性要求；在结构自振模态方面，两种工况下结构均在第五阶发生以竖向自振为主的阵型，单排双列桩基布置工况结构竖向一阶自振自振频率为3.316HZ，可较好的满足行人舒适性及安全性要求，双排单列桩基布置工况结构竖向一阶自振频率为2.576HZ，很大概率造成天桥的共振，行人的舒适性及安全性均受到威胁，不满足规范关于竖向一阶自振频率≥3HZ的要求。
4、结语
桩基布置方式的不同对结构静力特性影响相对较小，但是对其自振频率的影响却不容忽视。本文通过对一环形景观天桥结构进行计算分析，得出不同的桩基布置方式会对结构的静力响应及竖向自振频率产生不同的影响，甚至会威胁到结构的安全性。因此，对于特种异形结构，建议设计者尽量按照真实情况建立计算模型，对结构进行整体分析，充分考虑基础与上部结构的相互作用，做出合理合规的结构设计。
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