环形天桥综合考虑温度变形及抗震工况的支座体系设计

胡少钦 王晓臣

宁波市城市基础设施建设开发有限公司

摘要：

随着社会经济快速发展，主干道路交叉口通行压力日益增大，为提升机动车通行效率，并保证行人过街安全，大型交叉口适合建设大规模环形天桥。由于环形天桥结构复杂，为满足结构受力及协调变形，其支座系统需特殊设计。

关键词：环形天桥；支座系统设计

Abstract：

With the rapid development of the social economy, the traffic pressure at intersections of main roads is increasing. In order to improve the efficiency of motor vehicle traffic and ensure the safety of pedestrians crossing the street, large-scale intersections are suitable for constructing large-scale circular overpasses. Due to the complex structure of the circular overpass, its support system needs to be specially designed to meet the requirements of structural stress and coordinated deformation.

Keyword：Circular overpass; Support system design

0.引言：

建于主干路交叉口的大跨度环形天桥，温度变形方向为放射形，其实际温度变形方向较难确定，此类结构适合使用板式橡胶支座。由于上部结构跨径较大其温度变形量及受水平风荷载导致的水平位移均较大。天桥支座静力工况下的设计水平位移限值需满足风荷载及温度变形叠加后的水平位移。且需通过静力挡块限制避免上部结构出现过大位移，导致附属结构损坏。

在抗震工况时支座需起到减隔震作用，通过支座阻尼消耗部分地震能量，此时支座屈服，支座容许水平位移极限值需满足上部结构最大抗震工况位移。且需通过抗震挡块限制避免上部结构出现过大位移，导致落梁。

1.总体布置

兴宁路天桥位于宁波市鄞州区兴宁路与中兴路交叉口，天桥主桥上部结构采用等高变宽环形连续钢箱梁，总长约293m，在平面线型折角处设置8个桥墩，其平面布置如下图所示：

2.上下部结构及支座系统设计

天桥上部结构采用钢箱梁，下部结构采用混凝土墩柱，其构造如下所示：

上下部结构之间采用圆形高阻尼板式橡胶支座连接，并设置双层环形抗震挡块，其中第一层挡块用于静力工况，第二层挡块用于抗震工况，其内侧挡块仅做部分焊接，保证其仅在静力工况时发挥作用，在抗震工况时与立柱接触后能脱落，其结构如下所示：

3.计算模型建立

利用midas建立计算模型，其三维结构如下所示：

其中支座采用弹性连接模拟，其特性值类型选择铅芯橡胶支座隔震装置，静力工况下支座水平刚度为等效刚度，其位移值需小于设计位移。地震工况下支座水平刚度取屈服后刚度，其位移值需小于容许位移，各支座参数如下表：

墩号	0	1	2	3	4	5	6	7
d（mm）	670	820	770	720	770	820	720	570
P（kN）	3878	5957	5211	4523	5211	5957	4523	2739
G（MPa）	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2	1.2
h（mm）	283	326	315	294	315	326	294	231
水平屈服力（kN）	221	336	295	257	295	336	257	158
水平刚度（kN/mm）	16.91	20.88	19.54	18.25	19.54	20.88	18.25	14.29
屈服刚度（kN/mm）	1.99	2.46	2.3	2.15	2.3	2.46	2.15	1.68
屈前/屈后	0.118	0.118	0.118	0.118	0.118	0.118	0.118	0.118
等效刚度（kN/mm）	2.77	3.42	3.2	2.99	3.2	3.42	2.99	2.34
竖向刚度（kN/mm）	1098	1370	1280	1189	1280	1370	1189	917
等效阻尼比	0.17	0.17	0.17	0.17	0.17	0.17	0.17	0.17
设计容许位移（mm）	143	176	165	154	165	176	154	121
最大容许位移（mm）	357	440	412	385	412	440	385	302

4.计算结果

在静力工况时

整体升降温按30度考虑

鄞州区10年重现期的基本风速为33.9m/s,天桥换算基本风压为1.066kPa.

各墩顶节点在温度变形与风荷载叠加工况下平面位移如下：

墩号	0	1	2	3	4	5	6	7
组合位移（mm）	31	31	42	44	43	40	30	30

两荷载叠加后在平面长轴方向位移最大，其值为为44mm。

在内圈挡块半径比立柱半径大50mm，挡块内侧设置10mm橡胶块裹边。在静力工况下支座水平位移均小于设计位移，且内侧挡块可限制其最大位移，避免最大温度变形及最大风荷载叠加的极端工况下，上部结构发生过大的水平位移，导致天桥与梯道扶梯等连接结构发生损坏。

在抗震工况时

主桥按基本地震烈度7度设防,场地抗震类别为IV类,基本地震加速度为0.1g,抗震设防分类为丁类,抗震设防措施为8度，使用时程分析法对结构两个方向进行验算。

根据《公路桥梁抗震设计规范》JTG/T 2231-01-2020  3.6.1条进行支座抗震设计时处地震力外，还需计入50%均匀温度作用效应。

地震波在X方向时，并叠加1/2温度效应，墩顶节点平面位移如下：

墩号	0	1	2	3	4	5	6	7
组合位移（mm）	126	129	134	136	125	113	115	119

地震波在Y方向时，并叠加1/2温度效应，墩顶节点平面位移如下：

墩号	0	1	2	3	4	5	6	7
组合位移（mm）	102	114	143	151	143	133	112	107

各墩支座最大位移如下所示：

墩号	0	1	2	3	4	5	6	7
最大位移（mm）	126	129	143	151	143	133	115	119
容许位移（mm）	357	440	412	385	412	440	385	302
结果校验	ok	ok	ok	ok	ok	ok	ok	ok

地震力叠加1/2温度变形后支座最大位移为151mm。外圈圈挡块半径比立柱半径大150mm，挡块内侧设置10mm橡胶块裹边。在抗震工况下支座水平位移均小于容许位移，且外侧挡块可限制其最大位移，避免抗震极端工况下，上部结构发生过大的水平位移，导致天桥发生落梁。

5.结语

环形天桥在静力工况和抗震工况时支座水平位移有较大差异

支座挡块需同时考虑静力工况及抗震工况，内层挡块需控制上部结构在静力工况时不发生过大的位移，在抗震工况时内层挡块与立柱碰撞后需脱落，允许上部结构移动耗能，且需设置外层挡块避免过大的位置导致落梁。

参考文献

[1] 包杰，郭夏，非对称环形人行天桥设计关键技术分析[J]，北方交通2023（04）：11-14+18

[2] 张东，李琳，王玲玲，圆环形人行天桥关键技术分析[J]，公路，2016（4）：101-103

[3] 兰辉萍，李德建，大型环向人行天桥的设计分析[J]，工程设计，2009（12）：18-24

[4] 孙良凤，行人激励载荷下大跨径异形天桥抗震支座设计研究，城市道桥与防洪，2023（07）：206-209+213+24-25

[5] 赵晓燕，城市人行天桥的精细化设计[J], 低碳世界，2022,12（04）：120-122

[6] 明宇，邱阳，卢涛，张志伟，中承式刚架拱人行天桥基于反应谱理论的抗震设计探讨，城市道桥与防洪，2019（04）：100-102+15