鋼結(jié)構(gòu)以其在造型美觀、安全性高的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越多的被應(yīng)用到橋梁與房屋建造上，尤其是在條件有限、跨度大的情況下，只能考慮鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是重量輕，強(qiáng)度高，并且具備其抗壓以及抗拉等相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，其外觀更為直觀，強(qiáng)度等級(jí)更高。
在以往的人行天橋中，常常使用的材料是鋼筋混凝土，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用相對(duì)較少。本文將從設(shè)計(jì)要點(diǎn)與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)來(lái)說明鋼結(jié)構(gòu)在人行天橋的應(yīng)用。
一、設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的人行天橋，通常采用應(yīng)用廣泛的簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，中間承載式桁架，而對(duì)于受力的桿件一般在鑄鐵材料的Q345三角鋼，而橋面板則采用預(yù)制板，整個(gè)橋面采用花崗石等輕型材質(zhì)進(jìn)行鋪層。
對(duì)于人行天橋結(jié)構(gòu)通常采用行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的Midas軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，分節(jié)計(jì)算，節(jié)與節(jié)之間采用焊接剛性連接，對(duì)于受力桿件，采用beam單元進(jìn)行模擬，而梁端約束釋放，一些次要的桿件則采用桁架單元。通過加上自重，對(duì)人行天橋鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，加上載荷。通常載荷為動(dòng)載荷，將行走在人群上的載荷進(jìn)行均布加載，這和橋梁的長(zhǎng)度有關(guān)系。再加上自重，則為該橋梁的設(shè)計(jì)載荷。通過Midas軟件計(jì)算后，和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，查看桿件位移及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是否滿足要求，另外還要查看天橋的垂直方向的自振頻率，看是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)進(jìn)行完上述結(jié)構(gòu)結(jié)算后，下一步則是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)焊接強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，包括主桁豎桿，主絎斜桿，橫聯(lián)斜桿，橫聯(lián)豎桿。對(duì)其軸向力，截面應(yīng)力按照規(guī)范進(jìn)行求解，得出其各邊的焊縫長(zhǎng)度。
此外還要進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的螺栓連接強(qiáng)度計(jì)算，計(jì)算其在剪應(yīng)力與壓應(yīng)力情況下的容許載荷。最優(yōu)化得出所需的螺栓數(shù)以及螺栓分布情況。
2.振動(dòng)設(shè)計(jì)
鋼結(jié)構(gòu)人性天橋的振動(dòng)源主要來(lái)自兩方面，一個(gè)是行走的行人對(duì)天橋的振動(dòng)；另外是過往車輛對(duì)天橋的振動(dòng)。通過對(duì)人行天橋的振動(dòng)原因進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，來(lái)校核其是否滿足振動(dòng)設(shè)計(jì)的要求。
首先第一個(gè)難點(diǎn)是如何處理行人所施加的動(dòng)載荷，因?yàn)樾腥说闹匦碾S著行走移動(dòng)，這樣，行人對(duì)天橋就施加了一個(gè)周期性的雙向載荷。當(dāng)橋上行人很多時(shí)，動(dòng)載荷勢(shì)必會(huì)隨之增大，因此通過動(dòng)力學(xué)分析來(lái)計(jì)算人施加的載荷對(duì)天橋的振動(dòng)響應(yīng)的大小。
而對(duì)于地面行駛的車輛，需要通過安裝傳感器，通過測(cè)量的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算地面車輛對(duì)天橋的雙向振動(dòng)的響應(yīng)。
在綜合人和車輛對(duì)于橋梁的振動(dòng)數(shù)據(jù)后，計(jì)算模擬橋梁的自振頻率和max位移，來(lái)檢測(cè)橋梁是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求與應(yīng)用，是否會(huì)引起共振和滿足行人行走的要求。通過采用模態(tài)分析，查看其第一振型頻率是否符合規(guī)范。
3.防腐要求
對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說，暴露在空氣中容易氧化生銹。因此需要進(jìn)行防腐處理，可以進(jìn)行外包石材或者其他防腐材料，使鋼結(jié)構(gòu)處于封閉和干燥的環(huán)境中。另外若有暴露外面的位置，可以取刷漆，鍍鋅等防腐措施，在采取這類措施之前，需要進(jìn)行除銹前處理，工藝要求須達(dá)到要求，目前應(yīng)用較廣泛的有噴鋅，噴鋁等防護(hù)措施，這可以使整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)達(dá)到20年左右的防腐壽命。
綜上，對(duì)于人性天橋的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，焊接強(qiáng)度計(jì)算；另外很關(guān)鍵的是對(duì)人行天橋進(jìn)行動(dòng)力設(shè)計(jì)分析。
二、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
2.1優(yōu)越的加工與力學(xué)性能
鋼結(jié)構(gòu)相比混凝土結(jié)構(gòu)，鋼具有更強(qiáng)的強(qiáng)度，因此使用于大跨度，高載荷的建筑。而鋼結(jié)構(gòu)的塑性性能更好，善于吸收各種外加靜載荷，而不會(huì)突然增大變形。而且鋼材因其韌性在動(dòng)力設(shè)計(jì)中具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
2.2 施工周期短、工業(yè)化程度高
由于鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)上可以快速買到各種所需要的型材，而且鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠家專業(yè)化程度高，加工精度和質(zhì)量控制都達(dá)到了很高的水平。由于鋼結(jié)構(gòu)重量較輕，方便運(yùn)輸。其簡(jiǎn)易的安裝形式適合采用機(jī)械化安裝，能夠減少施工周期。而且鋼結(jié)構(gòu)采用的是螺栓連接或者焊接，易于拆卸安裝，并可不斷重復(fù)利用，相比混凝土其他結(jié)構(gòu)有不可比擬的好處。
2.3 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，計(jì)算可行性強(qiáng)
因?yàn)殇撹F原材料的生產(chǎn)較好的控制了生產(chǎn)質(zhì)量，使得鋼結(jié)構(gòu)的材料性能接近均勻，因此對(duì)于模擬計(jì)算結(jié)果和實(shí)際的情況差別不大。在設(shè)計(jì)中可以廣泛采用經(jīng)驗(yàn)公式或者模擬軟件，
結(jié)算結(jié)果更加可信。
2.4 經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)
對(duì)于大跨度和重載荷天橋，采用鋼結(jié)構(gòu)可以節(jié)約2/5自重。由于自重減輕，節(jié)省了施工安裝和材料費(fèi)用，減少基礎(chǔ)造價(jià)。而且鋼結(jié)構(gòu)采用的材料用量也小于混凝土的用量。這就大大節(jié)約了成本。
2.5 易于回收
由于社會(huì)發(fā)展周期加快，建筑與結(jié)構(gòu)的更新速度大大增加。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)大多數(shù)采用螺栓結(jié)構(gòu)，易于拆卸，而且對(duì)于環(huán)境的危害小?？梢赃M(jìn)行回收，重復(fù)為企業(yè)和社會(huì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益。
3、結(jié)語(yǔ)
隨著城市的快速發(fā)展和城市人口的急劇膨脹，為了保護(hù)行人過街安全和公共交通的需要，人行天橋在城市建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。而鋼結(jié)構(gòu)以其安全性能，設(shè)計(jì)可靠，施工周期短，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)和環(huán)保等特點(diǎn)受到越來(lái)越多城市建設(shè)者的青睞，極好的滿足了城市建設(shè)者的需要。隨著鋼材材料品種的完善，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，這些都將會(huì)為鋼結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展提供廣闊的空間。
