南京太平北路人行天桥设计

李丰群，李秉南

(东南大学建筑设计研究院有限公司，南京 210096)

1 工程概况

南京市太平北路过街天桥位于南京市四牌楼的文昌桥附近，跨越太平北路，是连接东南大学东西两个校区、方便师生和周围市民过街的重要通道。老天桥建于1993年，后因地铁三号线的建设施工需要而封闭拆除。

根据东南大学与南京地铁的协议和太平北路总体规划设计，地铁三号线通车后，将恢复具备同样功能的过街通道。

太平北路是南京一条特色鲜明的的园林景观道路，道路两侧绿树掩映，环境优美，周边文化氛围浓厚。太平北路是南京著名的“水杉景观大道”。天桥的建设不仅是方便两侧行人过街的通道，更应是这条景观大道上的重要景观。

2 桥梁设计

2.1 建筑立意

桥梁方案的创意来源于东南大学学生制作的建筑模型。这种桥型为梁、索塔张拉整体结构，是由一组连续的拉杆和不连续的(或扩充到连续的)压杆组合而成的自应力、自支撑的网状杆系结构。这种结构是土木、建筑专业学生制作现代、大跨建筑模型的常用结构，可以体现东南大学土木、建筑、交通等学科特色。桥梁的造型非常轻巧，极具现代感，与太平北路的水杉大道相协调，提升了周边环境的品质。

桅杆式斜拉桥是一种新型的结构体系，本桥将这种结构体系的主梁设计为折线形，使梯道尽快落地以缩短天桥长度，构思巧妙、结构合理，同时在造型上取得了轻盈、通透、美观的效果。

2.2 总体设计

太平北路天桥采用桅杆式斜拉桥，桥梁主跨37.6 m，桥面总宽5 m。主梁纵断面纵坡为设1.0%，采用R=600 m的竖曲线半径；横向设1%双向坡(由桥面铺装成坡)。

桥下车行道通行净空为5 m，人非车道通行净空为2.5 m。

2.3 设计要点

(1)上部结构

桥梁主跨37.6 m，桥面总宽5 m。

主梁采用折线梁，采用双边箱钢梁截面，边箱截面高度为0.6 m，宽度0.6 m。双边箱主梁之间设置横梁和水平斜撑，横梁标准间距1.9 m，采用矩形截面；斜撑采用圆形钢管截面。

桥面板采用正交异性板，宽3.8 m；桥面铺装部分宽3.6 m，为增加水泥砂浆与钢结构表面粘结力，在桥面板顶面焊接φ6@150钢筋网。

主墩处桥塔采用直径0.426 m的圆形钢管截面，桥面以上高度10 m。中间的塔杆也采用圆形钢管截面，高度和截面直径依次变小。

主梁和主塔均采用Q345C钢材。

拉索采用73Ф5、37Ф5和19Ф5三种高强镀锌钢丝组成的成品索，钢丝标准强度为1 670 MPa，双层PE保护层，冷铸锚锚固体系；锚固墩的拉杆采用40Cr钢棒。拉索两端采用叉耳式连接器与塔杆和主梁连接。

(2)下部结构

主墩采用桩柱式桥墩，主墩直径0.6 m，上端设扩大头，下接直径1.0 m钻孔灌注桩，横桥向桩顶之间设置系梁。

两端拉索与主梁锚固处的下方设置抗拉的锚固墩，锚固墩和主梁之间采用钢拉杆连接，锚固墩采用直径1.0 m钻孔灌注桩。

(3)梯道

桥位西侧设置两个梯道供行人上下桥使用，才采用钢结构制作，主梯道宽5.0 m，边梯道宽2.6 m。

梯道也采用Q345C钢材。

2.4 结构计算

(1)计算参数选择

上部结构杆系模型采用Midas间有限元程序进行计算分析。

结构设计荷载主要有恒载、二期恒载和活载等。

温度荷载：设计成桥温度为20 ℃，体系升温采用30 ℃，体系降温采用30 ℃；

人群荷载：4.0 KN/m2；

地震作用：7度区，设计基本加速度0.1 g；

风荷载标准值：0.45 KN/m2(按照设计风速27.1 m/s取用)。

(2)主要计算结论

根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》(CJJ69-1995)，需对结构刚度、强度及动力特性进行验算分析。主要计算结论有：①天桥上部结构由人群荷载引起引起的竖向最大挠度为40 mm，远小于挠度限值L/400满足规范要求；②上部结构强度验算按承载能力极限状态组合进行计算，全桥上部结构最大应力为78.4 MPa，出现在西侧主梯道上的支座上方横梁，其次边塔柱根部，最大应力为70.9 MPa，满足规范设计要求。③桥梁动力特性计算表明，本桥上部结构第一阶竖向自振频率为2.04，第一阶横向振动频率为1.82。我国现行人行桥设计规范(CJJ69-95)要求“上部结构竖向自振频率不应小于3 Hz”，本桥显然无法满足，故需进行减振分析。

(3)减振分析

如前文所述，我国现行规范通过回避敏感频率范围内的频率来满足桥梁振动允许值，要求上部结构竖向基频大于3 Hz，这是值得探讨的。

首先，一般来讲，设置天桥的城市主干道一般为双向6～10车道，道路宽度在30～50 m，为了不影响桥下交通，一般采用一跨跨越。如果采用箱梁，箱梁梁高一般在1.2～2.2 m之间，竖向自振基频在不额外增加梁高的情况下，很难达到3.0 Hz。其次，规范只对竖向基频有规定，对侧向振动的敏感频率不作要求，显然也是不科学的。第三，如果增加梁高使得结构基频满足要求，则会浪费大量的钢材。因此目前较好的解决办法是进行减振分析，阻尼减振是抑制振动行之有效的方法。

本桥跨度较大，其第一阶竖向自振频率和人群步行频率较为接近。当大量人群在桥面上行走时，步行激励易引起一阶共振。

基于以上分析，结合类似工程案例，经计算需要在桥的跨中部位设置TMD(调谐质量阻尼器)减小天桥振动。经过测试，减振效果十分明显，满足相关规范的舒适度限值要求。

3 项目的特点与创新点

3.1 造型美观、结构新颖

桅杆式斜拉桥是一种新型的结构体系，本工程将这种结构体系的主梁设计为折线形，使梯道尽快落地以缩短天桥长度，构思巧妙、结构合理，同时在造型上取得了轻盈、通透、美观的效果。

图2 不同步频下减振前后加速度时程曲线对比

3.2 采用新材料、新工艺

桥梁桥面铺装采用环氧砂浆+火烧面花岗岩面砖，环氧砂浆具有防水效果好、粘结强度高的特点，火烧面花岗岩面砖的防滑效果好、美观耐久的特点。

桥梁塔柱顶部灯筒采用太阳能照明，既节约了电力能源的成本，又不需要在结构上敷设管线影响景观，取得了较好的效果。

3.3 设置TMD阻尼器控制振动舒适度

本工程桥梁上部结构较柔，桥上行人的激励在某些工况下可能产生过大的振动，影响行人的舒适度。本工程在跨中主梁底部设置8个TMD阻尼器，经过测试，减振效果十分明显，基本满足规范的舒适度限值要求。

4 结束语

天桥地居城市中央，不仅是一个可通达的建筑物，更是承载了城市居民的某种情感。

太平北路过街天桥复建工程于2016年4月开工，经过8个多月的建设，于2016年12月顺利竣工。天桥建成后，景观及使用效果受到东南大学师生及市民的普遍赞誉。