0 工程背景
廣汕路(沙河立交至龍洞段)工程位于廣州市東北部，分屬天河區及蘿崗區，現狀交通不連續，需進行快速化改造，將現有的燈控人行過街橫道取消，相應地修建人行天橋。其中華南植物園大門附近的人行天橋位于廣汕路K05+073米里程處，天橋西側為港鼎酒店門前空地，東側為華南植物園大門右側，天橋的設置解決了附近居民及進出植物園游客的過街需求。由于天橋橫跨的道路下方有4條地鐵六號線的軌道線路，無法在中央綠化帶立墩，因此需采用跨越能力較大的結構形式一跨跨越道路。鋼桁架拱由于整體重量輕、吊裝方便、跨越能力強、外觀線型流暢，因此本次設計時確定采用鋼桁架拱。
1 結構總體布置
天橋主橋采用下承式簡支鋼桁架拱的結構形式，下弦桿外掛花槽。鋼桁架拱整體外形通透，桿件簡潔，立體空間感強，新穎美觀，用鋼量少，作為城市人行天橋，為城市建設增加了不少美感和特色。鋼桁架拱跨度為50m，矢高6.0m，矢跨比1/8.33，橫向由兩片鋼桁架組成。
1.1 上下弦桿
上弦桿拱軸線為R=57.676米的圓弧線，采用500×300×20mm的箱形截面;下弦桿不設縱坡，采用600×300×16mm的箱形截面，端部截面加高至800×300×16mm的箱形截面。
1.2 腹桿
腹桿采用300×200×14mm的箱形截面，均為斜腹桿。
1.3 橫梁及風撐
橫梁采用250×250×10mm的箱形截面，間距1.7~2.0米，橫梁與下弦桿垂直，鋼橫梁的設置，既起到橫向聯系作用，又起到提供橋面支撐功能。風撐采用HM300x200的H型鋼，外形輕巧，橋面人行視野通透。
1.4 節點
節點設計是鋼桁架拱設計的關鍵，目前節點有三種形式[1]：(1)設置節點板;(2)不設節點板，但外貼節點加強板;(3)不設節點板，但節點處箱梁截面的內外側板采用整體鋼板切割而成。三種節點形式各有優缺點：第一種焊接難度小，能夠保證焊接質量，但也由于設置了節點板而使得美觀性較差，且對于箱型截面不適合;第二種方式焊接符合受力要求，且不影響美觀;第三種節點形式可以理解為在第二種方式的基礎上，將節點加強板和弦桿及腹桿的外側板合成一塊板，采用整體板切割而成，這種結構能夠保證節點處節點的整體性，弦桿和腹桿相交處沒有焊縫。本設計采用了第三種節點形式。鋼桁架拱人行天橋立面、斷面布置如圖1和圖2所示，單位除標高以m計外，其余均以cm計。
2 天橋結構計算
2.1 靜力計算
利用有限元軟件Midas/civil 2006建立空間梁單元模型，全橋劃分264個單元，結構計算簡圖如圖3所示。在承載能力狀態下，桁架最大壓應力為109 MPa，最大拉應力為82MPa，小于Q345c鋼材應力設計容許值210 MPa。人群荷載作用下的最大豎向撓度為11.0mm，小于規范撓度容許值L/800[4]=50000/800=62.5mm。但恒載+活載作用下撓度值為34.8mm，大于L/1600=50000/1600=31.3 mm，需設置預拱度，預拱度值為恒載+人群荷載作用下撓度值。
2.2 動力計算
采用空間梁單元計算，得到天橋第一階豎彎頻率為3.33Hz，滿足天橋豎向自振頻率不應小于3Hz的要求。
2.3 屈曲分析
第一類穩定(彈性屈曲)分析求得的第一階段荷載安全系數為8.78，滿足拱橋整體穩定系數按彈性理論計算不小于4.0的要求，此時失穩形式為拱肋的面外失穩。天橋第一階屈曲模態如圖5所示。
2.4 節點細部分析
2.4.1有限元模型的建立
根據結構的受力特點，對鋼桁架拱最不利的兩個節點，即拱腳E1和拱頂E7節點進行細部分析。分析時利用Midas/FEA有限元軟件建立節點的實體模型，單元采用4節點四面體單元，網格劃分采用自動實體網格劃分。E1節點共計7806個單元，E7節點共計18532個單元。分析結果表明，E1節點的最大范梅賽斯應力為107Mpa，E7的最大范梅賽斯應力為128Mpa，均滿足使用要求。節點應力圖如圖8和圖9所示。
3.結論與建議
(1)對于大跨度人行天橋選用鋼桁架拱的結構形式，可以充分發揮拱橋豎向剛度較梁式橋大的優勢，實現規范[2]要求的天橋上部結構豎向自振頻率不應小于3Hz的要求，且單位用鋼量也較為經濟。
(2)大跨度鋼桁架拱選用箱形截面構件，截面的抗彎和抗扭性能高，全橋的整體穩定性也得到大幅度的提高。
(3)采用無節點板的鋼桁架拱設計，拱橋外立面線型較為流暢，但節點處交匯桿件較多，節點受力復雜，需對節點進行細部分析，且施工時對節點板的切割要求較高。
(4)由于理論計算時未能考慮焊接節點時產生的殘余應力，實際應用時應適當降低由理論分析計算得到的節點承載力值。
參考文獻：
[1] 官潤榮. 箱形截面桿件無節點板全焊鋼桁架人行天橋設計[J]. 城市道橋與防洪，2009,(8)：68-71.
[2] 城市人行天橋與人行地道技術規范. CJJ69-91. 北京：中國建筑工業出版社，1996
