立交通道上增设人行通道工程设计与研究

摘 要: 上海徐家汇地区已变成人文景观的集中地，对人行桥的景观要求非常高。在漕溪北路下立交通道工程的设计过程中，针对地铁管理部门对上承荷载的特殊要求，因地制宜，采用了具有重量轻、景观好、强度大、养护方便的铝合金桁架桥。借鉴国外已有规范和国内建筑相关经验，对桥梁结构计算参数和重点构造进行了系统论证，作了有益的研究探索和创新设计。在桥梁出厂前对上部结构进行了静荷载试验，桥梁竣工开通前又进行了动力测试。试验结果表明，新建桥梁的强度、刚度、稳定性和自振频率均满足现行人行天桥和地道规范的限值要求。
关键词: 地铁; 铝合金; 桁架桥; 景观; 静荷载试验; 自振频率

1 工程概况
徐家汇地区人文景观集中，人气旺盛，是上海市最为繁华的商业、文化娱乐中心之一。为改善徐家汇第六百货商厦与太平洋百货商厦之间的行人、顾客的通行条件，在漕溪北路下立交北侧，跨越下立交车行通道而新建了地面人行通道桥。
该人行通道桥跨度为 23 m，桥净宽 5．85 m，总宽6．55 m( 含栏杆) ，两端部与现有人行道以坡道连接。由于该人行通道桥架设在下立交和地铁 1 号线( 车站) 的连续墙上，地铁运营部门要求上部荷载必须控制在 700 kN 以内。我们通过资料收集、地形量测、净空复核、管线探摸、样洞开挖、地下连续墙埋深、承载力复核、方案多次论证等前期工作，确定要减轻荷载，主体结构桁架及桥面铺装板必须采用铝合金型材; 本着“以人为本”、新颖、美观、经济、适用的原则，进行方案、初设和施工图设计。

2 人行通道桥方案介绍
2． 1 现状人行道流量与交通组织设计
1) 人流量调查。非周末 17: 00 ～ 18: 00 该段人流通过量为 3 304 人次/h; 周末 17: 00 ～18: 00 该段人流通过量为 6 443 人次/h。远远大于人行道最窄处适应的设计通行能力 1． 35 ×1 900 =2 565 人次/h 。
2) 人流量交通预测。随着徐家汇商圈的不断发展及经过徐家汇除 1 号线外的另 2 条地铁线( 9 号线、11 号线) 的开通运营，人气会越来越旺，人流也会越来越多。综合考虑现状观测人流量及徐家汇地区集散量预测，该段人行道远期非周末高峰人流通过量约为5 950 人次/ h，周末高峰人流通过量约为 10 850 人次/ h。
3) 通道规模。根据规范，设计年限内高峰小时人流量采用远期周末高峰人流预测数据，则通道宽度 =10 850 /1 900 = 5．7 m。经综合考虑后，铝合金桁架结构通道桥净宽取5．85 m，全宽6．55 m。铝合金通道桥剖面图见图 1。


2． 2 方案设计与特点
1) 竖向布置。地下连续墙顶面距离地面有 1 m左右，通道桥搁置在连续墙上后，桥面通过局部放坡已基本与地面接顺，也能满足无障碍通行要求。
2) 上部结构。采用变高度简支铝合金桁架梁。由2 榀主桁架梁和 11 榀次桁架组成，桁架梁下设支座。桁架部件表面采用阳极氧化处理。桥面设纵坡，桥台通过纵坡的延伸与地面相接。桥面及引桥采用玻璃栏板和不锈钢扶手。桥面贴 3M 防滑条。
3) 下部结构。搁置于原下立交结构的连续墙上，浇筑钢筋混凝土靠背、设铝合金伸缩缝。
4) 施工特点。桁架梁是一个变高度结构，材料新颖，结构轻巧，线形优美。工厂制作，现场组装，方便施工。
5) 方案优点。材料新颖、自重轻，约为钢材的三分之一，可减少对地铁地下连续墙的外增荷载( 单侧约38 t) ; 强度高，与 Q235 钢接近; 支座处梁高较小，设置纵坡与地面直接衔接，无需另外设置无障碍坡道;工厂化制作，现场快捷安装，对交通无影响; 防腐性能好( 阳极氧化处理的结构耐久年限达 15 a 以上) ，后期维修养护费用低; 环保材料，可循环使用。
6) 方案缺点。造价较高; 加工制作有难度; 备料需一定时间周期。

3 设计技术标准及主要结构尺寸
荷载标准人群为4．2 kN/m2; 栏杆推力为2．5 kN/m;风压为0．55 kN/m2。按地震基本烈度 7 度设防，设计地震分组为第1 组，设计基本加速度为0．10g。梁底净空高度为原下立交净空4．2 m，新建通道桥净空4．6 m。梁跨径为23 m。挠度控制为桁架梁 L/800。通道桥宽( 支座中心距) 为 6．30 m，净宽≥5．70 m。桥面纵坡为≤1 ∶ 12( 圆曲线) ，横坡为0．0%［1 －3］。栏杆扶手高度为1．20 m。徐家汇人行桥立面效果图见图2。


4 结构计算要点
4． 1 结构组成
由 6 部分组成。主桁架上、下弦杆 H250 ×230，桁架高度 2 000 ～ 2 750 mm。次桁架弦杆为 2L70 ×8．0 mm、腹杆为 2L58 × 8．0 mm，桁架高度 600 ～1 350 mm。桥面小纵梁 H124 × 88 mm。次桁架上弦支撑采用满布直径为16 mm圆棒。次桁架下弦支撑采用直径为 16 mm 圆棒，布 4 道。主桁架平面外支撑采用圆管，保证主桁架的平面外稳定性。
4． 2 计算要点
按允许应力法进行计算。安全系数取值按 DGJ08 － 95—2001《铝合金格构结构技术规程》，取用 K =2．078。比美国规范( 1．81) 和欧洲规范( 1．606) 都要偏于安全。节点连接全部采用螺栓连接和铆钉连接。截面选择选取了国内市场能买到的截面类型，无需进行开模。
4． 3 计算结论
各类构件的最大应力和应力比均满足规范要求。挠度验算在人群荷载作用下，结构最大竖向挠度f =27．980 mm = L /822 ＜ L /800。自振特性是第 2 振型为竖向振型，f =5．14 Hz ＞3 Hz 。

5 工程难点和质量控制
总工期仅为 37 d，需完成材料采购、加工制作、构件的堆载试验、现场主体结构吊装、桥面板安装、灯具安装、地坪填土及地砖铺砌等工作。
现场加工量大、规格多，在 25 d 内要完成近1 000 根杆件及约 60 000 个装配孔的加工，并且要将这1 500根杆件及 20 000 套装配紧固件( 其中高强度锁紧铆钉 10 000 多件) 进行组合安装，还要进行荷载试验等工作。
制造、拼装及荷载试验等工作均在场外制作完成，利用深夜短暂的时间段完成现场吊装。2007 年8 月23 日 ～ 9 月 18 日完成铝合金结构制作，上部结构静荷载试验于 9 月 17 日晚间在梁厂进行。出厂前对主体结构进行预拼装。
2007 年 9 月 18 日 ～ 9 月 28 日进行现场安装。动力测试在该桥竣工后于 9 月 29 日凌晨进行。

6 人行桥荷载试验
为验算桥梁结构的安全和稳定性，由上海桥梁检测、评估技术学科( 专项技术) 研究发展中心进行了系统检测。设备采用精密全站仪( 精度 0． 1 mm) IMP 应变采集系统，DASOP 动态测试系统，加速度传感器、应变片、工业控制计算机，加载砂袋( 1 220 只、50 kg 重砂袋) 等［4 －5］。
静载试验采用砂袋等荷加载( 见图 3) ，最大控制荷载按人群满布时考虑，50 kg 砂袋共 1 200 个。分4 个荷载等级加载，每级在桥面上均匀放置 300 个砂袋。进行了位移、应变测量。


试验结果主梁各杆件的应力( 应变) 在满载的情况下，校验系数基本接近 1，能够满足设计要求［6 －8］。
主梁在满载情况下，实测跨中挠度为 23． 77 mm，挠度为跨径的 1/967，小于规范允许值 1/800，刚度能够满足设计要求。各个测点应变和挠度结果与荷载均呈现线性关系，说明该桥处于良好的弹性工作状态。实测自振频率为 7． 03 Hz，大于人行天桥自振频率的规范允许值 3 Hz，满足使用要求。

8 结语
该人行通道桥采用新型铝合金作为桁架桥的材料，结构通透轻巧，造型美观，不仅较好地满足了地铁公司对桥梁自重的限制要求，也为铝合金材料在国内人行桥上的运用作了有益的尝试。人行桥正面、侧面照片见图 4、图 5。


该人行桥与周围六百、太平洋商厦建筑相协调，又与徐家汇广场的景观融为一体。该桥自 2007 年国庆节前迎接特奥会建成开通以来，经多年运行，结构安全稳定，桥梁景观效果独特新颖，获得了社会各界和媒体的一致好评，技术效益、社会效益明显，达到了预期目标。