城市人行天桥病害成因分析及其加固技术毕业论文.doc

毕 业 论 文城市人行天桥病害成因分析及加固技术 摘 要随着我国城市交通对人行天桥需求量不断增加，关于人行天桥运营中的问题越来越多。本论文重点探讨当今社会已建造的人行天桥普遍存在的问题，并详细分析最终解决这些病害的方法，寻找新颖的科技加固技术，做到精益求益。针对某城镇一座人行天桥的病害成因进行分析，并对该天桥存在的病害进行研究得到比较健全的处治技术，从而解决了该人行天桥的安全质量问题，缓解一些频繁的交通问题。关键词：人行天桥 病害成因 加固技术目 录学生承诺书1摘 要I1.前言12.人行天桥的研究状况12.1人行天桥概念12.2 钢筋混凝土梁柱结构人行天桥12.3钢结构人行天桥12.4铝合金材料人行天桥23.城市人行天桥病害及设计改善探讨23.1城市桥梁主要病害23.2 城市天桥主要病害成因23.3人行天桥设计改善方法措施33.3.1天桥选位33.3.2天桥的选型33.3.3天桥结构材料的选择43.3.4天桥主梁及墩柱的选型43.3.5天桥的装修装饰63.3.6天桥的人性化设计63.3.7人行天桥结构设计63.4人行天桥新型材料73.4.1 CSS的彩色防滑路面材料73.4.2 CSS无缝桥梁接缝系统73.4.3胶粉聚苯颗粒外保温系统83.5人行天桥减振93.5.1调频质量阻尼器（TMD）的原理93.5.2多重调频质量阻尼器（MTMD）的原理94.人行天桥病害案例研究分析104.1人行天桥概况104.2天桥主要病害104.3病害成因分析114.3.1 风荷载124.3.2 地震荷载124.3.3 温度荷载124.3.4 永久荷载和活荷载124.3.5 地基变形荷载134.3.6设计考虑134.3.7施工原因144.4该人行天桥加固方案144.4.1 加固方案的设计思路144.4.2 加固措施145.结论16参考文献18英文摘要19致 谢20成绩评定表211.前言我国近年来，随着城市化经济发展下，人口猛烈增长，城市交通道路的不断改善和发展。人行天桥的建设在城市交通中显得越来越重要，成为制约城市交通是否畅顺和城市发展的主要因素之一。城市交通对人行天桥需求量不断增加，围绕人行天桥的建设的问题越来越多。问题的来源不仅 来至人行天桥建设初步问题，也出现施工过程的质量问题，近十几年来，人行天桥出现质量和设计问题屡见不鲜。往往造成交通阻塞和交通事故，造成维修和改造浪费大量经费损失，更严重会造成人群的伤亡。所以针对人行天桥，研究城市人行天桥病害成因分析及加固技术显得有必要。目的在于一方面，可以及时今早发现当今社会已建造的人行天桥存在得问题，最主要的是针对这些病害寻找它们的成因，并分析研究最终解决这些病害的方法。另一方面，在研究过程中，寻找新颖的科技加固技术，做到精益求益。研究城市人行天桥病害成因分析及加固技术能够有利于解决城市中人行天桥的安全质量问题，也有利于缓解一些频繁的交通问题。2.人行天桥的研究状况2.1人行天桥概念人行天桥（又名过街天桥、步道桥）是城市道路工程中的重要组成部分1，是在交通密集的地区，为解决路人过街，满足人车分流，方便建筑物之间联系而建设的过街桥梁。人行天桥和人行地道一起，成为城市道路交通中，解决行人过街通行的主要途径。2.2 钢筋混凝土梁柱结构人行天桥钢筋混凝土梁柱结构人行天桥，建设适于20世纪70年代。在80年代后期，国内曾经展开关于天桥与地道建设优缺点比较的大讨论。由于当时的人行天桥大多讲求实用性，忽略美观性，普遍存在影响市容等原因，天桥建设一度销声匿迹，取而代之的是大量人行地道的实施。实践经验表明，人行地道本身受地下水管线、地下水位的影响，并且人行地道的建造成本是人行天桥的1.5至2倍以上，且日常运营护费用比天桥要高出很多。2.3钢结构人行天桥钢结构人行天桥目前比较普遍的是钢箱梁人行天桥，因为这种结构形式有经济简洁美观的特点，能够满足结构承载力的要求。由于钢结构本身具有材料均匀、强度高、质量轻、塑性韧性好、密封性好、耐热性较好和便于施工等优点。钢结构也是目前土木工程中的最热门的结构种类，所以钢结构在国内外人行天桥建造得到非常广泛的应用。但是，钢结构也有耐火性差、耐腐蚀性差、需要定期维护、钢材料价格相对较贵等缺点，会影响钢结构的使用以及在建筑业的推广。因此，在人行天桥的建造问题上，应该合理使用钢结构，尤钢结构人行天桥需要定期检测和维护，尽量减少钢材料的浪费现象。2.4铝合金材料人行天桥铝合金材料人行天桥的出现，对于人行天桥的发展具有重要意义。铝合金是与钢材强度相当、耐久性好、外表景观效果好的新型材料2。铝合金材料的轻质、高强、耐腐性、维护费用低以及可回收再利用等诸多优点正满足人行天桥的发展需要。铝合金重量轻，同时又是一种环保材料，施工中不产生建筑垃圾，不损害环境。3.城市人行天桥病害及设计改善探讨3.1城市桥梁主要病害通过调查，发现桥梁主要病害大多具有共同点。桥面系主要病害： (1)桥面铺装存在坑槽、网裂、贯通裂缝，严重影响行车舒适性，同时，由于桥面坑槽的存在，车辆行驶时造成的“跳车”现象将使桥梁结构的动态位移增大，影响桥梁结构的使用性能。(2)伸缩缝钢板变形、断裂，胶条破损、脱落；伸缩缝两侧桥面铺装破碎；伸缩缝内沉积物阻塞；导致伸缩缝丧失伸缩作用。(3)桥面铺装排水不畅造成上部结构渗(漏)水、侵蚀桥梁结构。(4)防撞墙混凝土破损、露筋，防撞功能下降。上部结构主要病害混凝土开裂、渗水、腐蚀脱落，钢筋外露、锈蚀。下部结构主要病害桥墩、盖粱混凝土破损、脱落；钢筋外露、锈蚀；桥台混凝土开裂、脱落等。桥梁主要病害桥梁结构因交通荷载的变化以及所在环境的侵蚀、偶然事故等原因所引起桥梁整体或组成它的基本部件，在强度、刚度等方面的损坏，从而影响桥梁结构在正常使用条件下的安全性和耐久性3。3.2 城市天桥主要病害成因 （1）部分桥梁设计荷载等级偏低，建设年代较早的桥梁，当时规范规定的设计荷 载等级较低，已经难以适应目前快速增长的交通需要，且经过多年使用，这部分桥梁的使用性能已有所降低，易出现各种病害，甚至产生安全隐患。（2）车辆超载对桥梁结构的损害，车辆超载对桥梁的安全度和耐久性带来很大的 隐患，由于经常过往超载的车辆，造成桥梁结构受损，其使用寿命大大缩短，甚至出现危及人民群众生命财产安全的重大隐患。（3）混凝土品质的变化造成桥梁使用寿命和耐久性降低，因混凝土养护不利，以及外部环境的恶化(酸雨等)，都对混凝土造成严重腐蚀，混凝土碳化深度加大，从而钢筋锈蚀，使桥梁使用寿命和耐久性降低。（4）桥梁结构防水不当影响结构的安全性和耐久性，不少桥梁因防、排水不利造成桥面渗水、钢筋锈蚀、铺装层剥落、碱骨料反应等，引起混凝土胀裂等严重损坏问题，严重影响了桥梁的耐久性和正常使用寿命，以及行车的舒适性和安全性4。 3.3人行天桥设计改善方法措施3.3.1天桥选位天桥梯道落地位置对天桥选位有很大影响5,特别是当天桥仅可能单侧设置梯道时。由于规范规定人行道最小宽度3m ,即便依此计算 ,梯道宽度也应为天桥宽度的 1.2 倍即 3.6m;而一般人行道宽度为35m ,如单侧设置梯道则人行道全部或大部被侵占。由此造成天桥选位的极大困难。个人认为,规范中这条值得商榷 ,对于天桥的人流量 ,应该是两个方向机会均等 ,完全朝着一个方向的概率比较小。如此,一侧的梯道宽度应为半桥宽乘以适当的增大系数(如 1. 2 等)。一般 ,天桥的选位应优先考虑满足交通需要和行人的便利。但是 ,对于城市中心区,由于周围环境和建筑物的限制,以及地下管线等的影响,通常理想桥位在设计和施工上都存在一些需要克服的困难或难题。对于桥梁设计师,应尽可能克服设计上的这些困难。3.3.2天桥的选型人行天桥的建筑选型，天桥建筑风格通常定位于“城市小品”,这是一个很高的要求 ,很难轻易达到。对于“城市小品”,不同的桥梁设计师可能有不同的理解。其实 ,对于城市中的桥梁,比如数量比较大的城市高架桥和轨道交通高架桥的选型,已进行过很长时间的探讨和争论,目前一般认为,桥梁应作为从属建筑景观,处于次要地位,其不应破坏或控制现在或将来的城市整体景观。这些,对我们天桥的选型也适用。通常,人行天桥作为城市中很小的一个建筑,如果奢望成为“城市中一道亮丽的风景”是很不现实的,也会对周围建筑造成很大的影响,长远来看 ,会产生不利的影响。将天桥放在一个从属的不引人注目的地位,在天桥上也不设置额外的建筑(如雨棚等),天桥自身照明上也是满足需要即可；但在天桥的装饰上,我们却采用很高的档次,注意了装饰选材、细部修饰和细节处理,力求达到远眺寻常普通,近观可圈可点。天桥跨越城市道路一般可以分为两大类:跨越路口及跨越道路。跨越路口一般有十字交叉口、三叉路口、复合(畸形)交叉口等 ,天桥平面布置主要有“U”形、“Y”形、“X”形、“圆”形、“八边形”和“工”字形等形式;跨越道路则多采用“一”字形布置。人行天桥平面布置应遵循“简单、对称”的原则 ,争取与周围建筑物协调统一 ,曲线过渡自然圆顺。跨越路口的天桥由于其净高受四周道路的控制 ,其桥面通常是水平的;而“一”字形天桥其桥面有可能是水平的或变高的。桥面采用变高可以降低梯道的高度 相应也减少了梯道的长度 这对天桥建于空间狭小的位置时减少梯道对地面道路的侵占很重要;但若变高采用不当 ,有可能对天桥的造型产生很大破坏 ,得不偿失。当天桥落地处空间狭小时 ,宜首先进行直梯道与螺旋梯道比较 ,此后再考虑桥面变高。通常 ,天桥桥面以采用水平或微弯曲为宜。当天桥采用自动扶梯时 ,一般梯道与扶梯并置 ,由于目前用于天桥的自动扶梯还只能是直行扶梯 ,故梯道也只好采用直梯道;对落地空间的侵占远较一般的天桥大 ,这在天桥选位必须注意。3.3.3天桥结构材料的选择除去一些特殊的结构类型 ,如钢管混凝土人行天桥等 ,人行天桥一般可供选择的材料只有钢结构和钢筋混凝土结构。目前 ,采用钢结构的越来越多。钢人行天桥的根本优点是施工快捷 ,例如2000年完成的上海浦东南路张杨路 3 号人行天桥其桥宽4.5m ,主梁长44.4m ,重量108t ,从运出制梁厂到架设完毕用了不到5个小时 ,架设采用了整体吊装就位;整做天桥的制作架设(含主梁、基础、墩柱等) 不到一个月。但其缺点也是很明显的:费用大、养护困难和寿命短 ,对于装修档次比较高的人行天桥 ,其装修费用要占到土建费用的25 %40 %。钢筋混凝土天桥指普通钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土天桥。通常 ,当跨度在小于 25m 采用钢筋混凝土 ,当跨度在 2540m 时采用预应力混凝土结构。其主要缺点是施工工期长、施工噪音大;其优点是费用小 ,养护方便 ,寿命长。此外 ,它还有一个常被人忽略的优点 ,即混凝土优异的适模性 ,很容易浇注出需要的形状。人行天桥结构材料的选择 ,很大程度上是由施工要求来决定的。比如 ,拿工程费用来讲 ,对一个无相关工程的纯人行天桥工程 ,其施工也许会影响到周围的交通、商家的经营活动等 ,工期延长所增大的间接的费用一般远远大于工程本身直接费用的增减。因此 ,当天桥工程作为一个大工程(如新修地道、高架桥等)的一个附属工程 ,天桥施工工期不起控制作用时 ,宜采用钢筋混凝土结构;反之 ,采用钢结构。3.3.4天桥主梁及墩柱的选型天桥跨越的道路横断面组成部分一般有:车行道和人行道、绿化隔离带及道路周围的公用设施和空地等 ,其中绿化带、隔离带及空地等都可以设置桥墩 ,城市中心区的天桥跨度一般鲜有大于40m 的。天桥常用跨度一般在2030m 之间。而即使考虑到行驶电车的需要 ,天桥墩柱高度通常也小于 6m。故天桥具有跨度小、墩柱低的特点。此外 ,对于城市中心区的天桥 ,一般希望天桥对周围环境的影响尽可能小 ,通常采用“隐蔽法”或“融合法”,使桥“藏”或“融”于周围环境中 ,即要求天桥具有简洁的特点。根据美学上“简单即美”的原则 ,天桥宜采用形式简单的主梁及墩柱。通常 ,天桥主梁可以采用梁式结构、刚架结构、拱式结构和斜拉结构等。其中前两种用得较多 ,后两种用得较少。拱桥如西安公路学院跨越二环路的中承式钢管拱桥 ,斜拉桥如重庆交通学院人行天桥。人行天桥中的斜拉桥日本采用得较多 ,我国较少。我国城市中心区的天桥通常采用梁式或刚架式 ,其中以梁式居多6。 （1）梁式桥为钢结构时，多采用箱型断面。一般梁高采用跨度的 1/301/40 ,简支梁高一些 ,连续梁小一些;箱梁底宽一般为桥梁全宽的 0. 50.6 倍 ,悬臂长为桥梁全宽的 0.250.20 倍。悬臂横向劲板当桥梁整体采用包装装饰时常采用弧形 ,以便整个箱梁包装成为一个有机整体 ,当桥梁不包装时 ,劲板多采用倒 T形断面。（2）钢结构具有材料均匀、强度高、质量轻、塑性韧性好、密封性好、耐热性较好和便于施工等优点。钢结构在国内外人行天桥建造得到非常广泛的应用。钢结构但是这种结构形式的固定频率往往较低，容易发生共振现象。共振将会引起结构振幅长期过大，影响结构安全和正常使用，也容易导致结构耐久性降低；或者在长期的使用过程中，钢结构的焊缝处在较大的疲劳荷载下容易引起损坏甚至疲劳破坏；此外，振动有可能超过人体舒适度耐受极限，在行人的心理上造成恐慌。国内外的研究主要从人（单人和人群）不同方式的激励出发考虑的，建立力对天桥的作用模型，再到分析天桥自身的特性如质量、阻尼、刚度等，最后得出天桥振动不仅对其耐久性有影响而且对人的舒适度亦有不同的影响。 （3）梁式桥为钢筋混凝土结构时 ,小跨度时可以采用预制板 ,大跨度时可以采用现浇板。通常预制板由于悬臂较短 ,美观差一些;现浇板可以采用同钢结构一样大甚至更大的悬臂,使得天桥显得轻盈美观。梁高可以取用跨度的1/251/357。墩柱通常与主梁采用一样的材料。当采用钢立柱时 ,一般采用低标号混凝土灌芯 ,以增强抗冲击力。墩柱一般采用圆形和板式 ,上下等截面。当采用刚架时一般多采用斜腿刚构 ,梁高比梁式桥稍低 ,斜腿多采用板式。材料可以为钢或混凝土。刚构桥一般用于跨度较大的天桥。3.3.5天桥的装修装饰一般城市中心区不宜设置这些装饰构造 ,因为这些将使得天桥的体量变得很大、天桥显得很突出8。另外 ,有些设施比如雨棚在城市中心区天桥上也是不需要的 ,因为人们很难从天桥上欣赏城市景观 ,即便在晴天 ,行人也是行色匆匆 ,很少停留的 ,更何况雨天。但是 ,城市中心区天桥的装修是很必要的。目前 ,上海很多天桥都进行了装修 ,提升了天桥的档次 ,也使天桥和周围环境更加协调。但这种装修投资是很大的 ,一般达到土建投资的 25 %40 %。将来 ,随着经济实力的增强 ,天桥装修会越来越多。天桥装修材料一般采用铝塑板、不锈钢板(管) 、6mm + 6mm 安全玻璃(15mm 进口亚克力板等) 、大理石花岗岩及地砖等。3.3.6天桥的人性化设计采用上行的直行自动扶梯。对吸引行人 ,特别年老体弱、儿童等发挥了很大的作用 ,但从实际使用效果上看 ,尚有待改进之处。仅设上行自动扶梯 ,行人下行仍存在困难。有将行人“哄”上桥之嫌 ,致使行人产生逆反心理 ,吸引作用有限。建议采用上下行的双向自动扶梯 ,这主要涉及到工程投资 ,一部宽 100cm的自动扶梯(升高 640cm)大约需要 4060 万元。直行自动扶梯占地比较大 ,造成天桥选位、布设上的困难。建议采用螺旋形自动扶梯9。残疾人的关爱 残疾人专用垂直电梯随着全社会对残疾人的关爱的不断增强 ,一系列保证残疾人权利和生活便利的规范、规定相继推出 ,如城市道路和建筑物无障碍设计规范(J GJ5022001 ,J114222001)及工程建设标准强制性条文等。为残疾人能方便、安全通过人行天桥 ,有必要设置残疾人专用垂直电梯。3.3.7人行天桥结构设计天桥和一般桥梁在结构设计上大同小异 ,但为了避免在长期使用中出现通病须注意以下几点结构设计:（1）预拱度对于连续梁的预拱度 ,应在结构重力下足以抵消结构重力的挠度 ,使桥面保持平顺。特别注意不能在中墩处使桥面形成尖角。对于钢结构 ,有人建议计算挠度时不考虑纵向加劲肋的作用 ,理由是纵向加劲肋变形不符合平截面假定。由于存在间距为 23m 的横向加劲板的约束限制 ,纵向加劲肋不会产生挠曲变形 ,故在计算挠度应计入其作用。其实 ,纵向加劲肋作用通常也是很有限的 ,一般约在 3 %8 %,很少大于 5 %。天桥规范中人群荷载取用 5kPa ,远较一般公路桥梁的 33. 5kPa 大得多 ,而且通常使用中也很难达到那么大荷载。按此设置的预拱度 ,特别对连续梁其线型很差。建议对简支结构 ,可按规范采用;对连续结构 ,可按全部静活载的 40 %50 %采用。（2）基础沉降对于设置自动扶梯和垂直电梯的天桥 ,其基础必须保持一致的沉降量 ,以免影响正常使用。对于天桥和垂直电梯宜采用相同的基础类型。桩基时应尽可能使桩尖处于相同的地层 ,并注意地面以下一定范围内 ,将来可能要增设或维修管线 ,不应计入该范围的土抗力作用。（3）管线处理这是天桥设计中最富创造力的地方之一。很可能牵一发而动全身。对于与基础有干扰的管线 ,通常处理的办法也无外乎是悬挑、穿心和架空等。但由于各种各样的限制因素 ,一般很难满足规范要求的各种构造要求和设计细节 ,这就要求设计者根据对规范的理解和工程实践经验 ,灵活、变通乃至创造性地采用一些方法 ,满足特殊的需要。墨守常规 ,是很难解决问题的。在方案设计时 ,应预见到这种复杂性 ,并采取一些针对措施 ,否则会引起大的设计变更。3.4人行天桥新型材料人行天桥湿滑难走给市民带来诸多不便。据了解，人行天桥已普遍采用防滑材料铺设，如橡胶粒子防滑层、防滑瓷砖、防滑岩砖、CSS粒子防滑路面等。有的人行天桥在方砖表面刻槽，在台阶上设置不锈钢防滑条，或是采用防滑液等方法。不过，由于防滑地砖、金属防滑条长期使用磨损严重，防滑效果不甚理想。市政部门已经要求养护单位加强日常养护，对设施结构、桥面的损伤进行及时维修，针对桥面防滑地砖磨损严重、防滑塑胶面层脱落等现象进行整治。3.4.1 CSS的彩色防滑路面材料CSS的彩色防滑路面材料已在天桥路面铺设中试用，将逐步推广到市属设施防滑整治中。这种材料表面为粒子状颗粒，防滑效果好，并且经久耐用。CSS防滑（耐磨）路面基本上用于类似刹车减速区等所有需要高表面摩擦系数的各种路面。基本概念就是增加和保持这些区域的防滑（耐磨）性能，达到这个目的的途径是通过把高磨光值的骨料用粘合剂固定在路面上，形成永久和有弹性的表面结构。3.4.2 CSS无缝桥梁接缝系统现有桥梁接缝的问题：桥梁接缝要经受水和盐的渗透或者机械失效，如果置之不理，将对桥梁结构和受力产生危害，严重的破坏随之发生。目前有许多种连接系统，但许多被证明是无效或者因价格太昂贵被禁止。传统的沥青结合剂是非柔性的，因而在低温时脆性的，使接缝倾向于通过破裂或松解而破坏。利用CSS无缝桥梁接缝系统进行连接。CSS无缝桥梁接缝系统通过改性BJ200结合剂和认真挑选的但历经BJ石料的特殊结合提供可靠强度和柔性，可以适应多达-/+25mm的水平位移。CSS无缝桥梁接缝系统特征和优点：完全不透水，有助于防止因盐水进入伸缩缝而导致结构性腐蚀。CSS无缝桥梁接缝系统适应多达-/+25mm的水平位移。光滑行车表层，在接缝处行驶几乎没有噪音。快速铺装，减少施工时间，缩短道路封路时间和断交时间。容易修复，如果因事故造成破坏，很容易修复。接缝表面可以修饰，接缝可以通过防滑面层处理促进安全性。免维护，没有机械部分铺装因此无需替换。排水，CSS无缝桥梁接缝系统能够迅速排掉表层的水。CSS无缝桥梁接缝系统是一种沥青混凝土桥梁伸缩缝系统。它拥有一下的位移能力：水平方向：-/+25mm；垂直方向：-/+1mm。粘接剂；用于CSS无缝桥梁接缝系统中的粘接剂必须拥有如下特征：在寒冷天气保持柔性；在炎热天气保持稳定；好的流动性。在粘接剂BJ200使用前需在认可的实验室做一下实验：A拉伸测试 B软化点测试；C流动性测试石料；石料径向尺寸为20mm，必须干燥，干净，预包装以避免混入杂物，石料的PVS值需达60。3.4.3胶粉聚苯颗粒外保温系统胶粉聚苯颗粒外保温系统是由界面层、胶粉聚苯颗粒浆料保温层、抗裂防护层和饰面层构成。与膨胀聚苯板薄抹灰外保温系统的不同在于，以胶粉聚苯颗粒保温浆料代替膨胀聚苯板 (EPS板)作为保温层。胶粉聚苯颗粒外保温系统运用于人行天桥有如下优点： (1)材料适应性好。由于聚苯颗粒保温浆料采用现场成型，在未硬化前是具有一定稠度的膏体，所以在施工过程中可以不受建筑外形的约束，在各种形状的建筑物上均可施工，对有缺陷的墙体施工时墙面不需要修补找平，直接用保温浆料找补即可，避免了粘结 EPS板时因找平抹灰过厚而脱落的现象。(2)施工整体性好。胶粉聚苯颗粒浆料保温层不存在接缝。既避免了接缝造成的热桥，又防止了板接缝不当造成的易开裂的弊病。(3)抗风压能力强。实现了外墙外保温无空腔体系做法，不设空气层，杜绝了风压特别是负风压，改善了保温材料和面砖的脱落问题。 (4)变形能力强 。胶粉聚苯颗粒浆料保温层形成具有一定强度的亚弹性体，比聚苯板 的变形量小一个数量级，能够更好地吸收受外界自然条件变化产生的膨胀、收缩变形，并均匀地将温差变形应力向四周扩散 ，有效地防止裂缝的产生。 (5)水蒸汽渗透性好。避免了墙面被不透水材料封闭，妨碍墙体排湿，导致水蒸 汽扩散受阻产生膨胀应力造成面层材料起鼓 ，甚至开裂或者水蒸汽在保温层中结露，影响保温效果 。 (6)耐冻融、耐气候性好。保温性能稳定、耐久，保温层经曝晒、风化、降解试验、风压试验，其效果明显。3.5人行天桥减振现代人行桥的刚度和阻尼较小，其固有振动的频率范围很容易与步行者或跑步者的激励频率一致，会引起较大的振动，给行人以不舒服感和不安全感。可以人行桥的实际状况，拟采用调频质量阻尼器（TMD）或者多重调频质量阻尼器（MTMD）来控制振动10。3.5.1调频质量阻尼器（TMD）的原理TMD的原理是把一个较小的由弹簧、质量块、阻尼器组成的附加振动系统装在需要减振的结构上，主结构发生振动时，通过参数设计，使惯性质量与主结构受控振型谐振，来吸收主结构受控振型的振动能量，从而达到抑制受控结构振动的效果。大多数情况下，TMD可通过弹性元件和阻尼元件与需控的结构相连，或直接与振源非平衡机器相连。有一种质量块是曲线运动或者象摆一样悬挂和摇摆的TMD也广泛使用。TMD的质量块是可加减重量的。它可以是质量块、弹性结构或装有离散质量块、粒状材料或液体的容器。弹性元件可以是钢弹簧、橡胶元件、弹性杆或板。具有高耗能特性的材料（橡胶、塑料）、钢丝绳、干摩擦阻尼器、液体、空气和磁性阻尼器被用来耗散能量。减小天桥结构振动振幅的最有效方法之一就是增大阻尼，将TMD应用到人行天桥是很有意义的。3.5.2多重调频质量阻尼器（MTMD）的原理多重调频质量阻尼器（MTMD）的特点：当桥梁结构的频谱密集时，常常需要吸收多个共振频率的振动，这就需要多重调频质量阻尼器。当结构频谱稀疏、外部激励频带较宽时，多个调谐到不同频率（预定一个范围）的TMD与单个最优阻尼TMD一样都可以减小振动，不过MTMD需要的阻尼可以小许多。TMD和MTMD的质量不宜过大，因为过大的质量势必对桥梁的静力强度不利，而且可能降低桥梁固有频率，反而使桥梁振动增大，因此，一般TMD和MTMD的质量应控制在桥梁受控模态质量的5%以内。4.人行天桥病害案例研究分析4.1人行天桥概况云浮市连滩镇城中路人行天桥位于镇区北侧，天桥纵向（过街方向）为2跨3柱，全长25.4m，桥面净宽为 4m，桥下净空高度两侧主干车道7m，车道中间绿化带3m，在桥的两端人行道上在桥的横向（平行车道）设有上桥楼梯其净宽：直跑桥梯段为3m，转折跑桥梯段为2.4m。4.2天桥主要病害（1）桥面系:桥面铺装瓷砖多处出现破损和缺失。伸缩缝普遍存在橡胶老化、杂物堵塞和渗水等现象。桥面存在反坡 ,雨天积水 ,部分泄水孔排水不畅导致的积水渗漏引起吊杆锚固处锈蚀。如图4-1：图4-1 锈蚀（2）上部结构: 两方向主梁和梯道出现不同程度的开裂, 主梁裂缝分布尤其密集, 部分裂缝宽度达到 0. 2 mm。全桥桥面存在多道横向裂缝,有浅坑槽、波浪存在;全桥牛腿普遍存在向下延伸的斜裂缝、油毛毡垫层老化、渗水和梁端部主梁挤压破坏等现象, 斜裂缝宽度大部分小于 0. 1 mm。梯道、主梁的混凝土强度均满足设计要求。如图4-2： 图4-2 桥板裂缝（3）人行天桥有较大的跳车现象 ,高度差在2.0 cm以内，桥台伸缩缝出现破坏。如图4-3： 图4-3 伸缩缝破坏（4）钢管混凝土外皮涂料剥落严重, 钢管锈蚀严重。部分杆件连接处的焊接质量不佳 ,存在锈蚀和裂隙现象。如图4-4： 图4-4 涂料剥落,钢管锈蚀（5）下部结构:全桥桥墩表现无可见病害。全桥支座存在一定老化现象。如图4-5： 图4-5桥墩裂缝（6）北引桥踏步台基混凝土劈裂，各控制截面承载力满足最不利荷载组合的要求。4.3病害成因分析 根据已掌握的桥梁病害情况及桥梁结构现场情况，经综合分析判断，提出以下分析意见。 本桥纵向桥体结构为三柱二跨等高绞接排架结构。一方面引起本桥梁结构抗力和变形的荷载效应有：风荷载；地震荷载；温度荷载；永久荷载（结构自重）和活荷载（人行）；地基变形荷载等。另一方面是设计考虑和施工过程操作原因。具体分析如下： 4.3.1 风荷载 该人行天桥位于镇区十字路口，高层建筑较多，受风比较厉害。风荷载对结构的影响不容忽视，设计需考虑风荷载组合。但本桥高度不大，结构挡风面小，总的风荷载效应不大，本桥并无风灾天气，故可认为风荷载对此次病害的产生不是直接因素，不用考虑。 4.3.2 地震荷载 该镇位于地震少发生地带，据调查没有发生大规模的地震。重要的是：如发生震害，均应柱底最先损坏，但经多次仔细检查，四柱柱底四周均未发现太多的裂缝，故可以排除地震与现存病害的因果关系。 4.3.3 温度荷载 本桥纵向全长 25.4m，主跨简支梁支座为橡胶简支支座，两边跨钢筋混凝土折梁支座垫两毡三油搁置也为简支，三柱柱底为刚接，是一个刚度较柔的不等高绞接排架结构。当在温度荷载作用下，横梁的变形，将通过支座传给柱头，各柱在纵向，向东西两侧自由胀缩变形。 根据现场路面温度探测及进行有关气象资料的查询，该地区最高、最低极端气温为37.2、5，事实上，一般的日温差仅十几度，变形量更小，且日日、月月、年年不停的在自由胀缩中。 本桥纵向长度仅为 25.4m，远小于现行混凝土规范中对装配式排架结构在露天条件下温度缝间距为70m的要求，设计也是合理的，故可认为：本桥病害与温度荷载变形关系不大。 4.3.4 永久荷载和活荷载 以上两项荷载是本桥梁设计首先要考虑的最重要的基本组合荷载。 对桥面结构：由于本桥上部结构梁、板均为简支，各跨横梁弯矩并不传递，故可分别按简支梁计算。根据多次检查，折梁和厚板自身目前尚未发现结构性裂缝，也无过大挠度11。仅见局部抹灰层出现“龟裂”，桥梁已发生的裂缝均出现在简支支座的水平面和梁端头的构造缝上。该桥已投入使用近十年，故可认为原设计桥面简支梁体系在此项荷载作用下的计算是满足的。对支承柱结构：由于排架结构对称，永久荷载和活荷载对称，支承柱在横梁偏心荷载作用下产生的内力和变形也应是对称的，从病害调查中得知，两方向主梁和梯道出现不同程度的开裂,桥台伸缩缝的破损 桥梁伸缩缝在选型和施工时考虑不周和处理不当，过分注重伸缩量的计算，而对伸缩缝的安装 及适用情况了解不够，使伸缩缝破坏 ，也易产生跳车现象。故可认定，此项荷载是现有病害发生的原因。4.3.5 地基变形荷载 该天桥采用独立阶形基础直接放在分层夯实的回填土地基上，从基底至强风化基岩面地基的所有地层均具有可压缩性，地质自上而下为杂填土、粗砂层、强风化亚粘土层，粗砂层为强透水层。底土层及此范围内土体，随着地下水位线的下降，失去了浮力支撑，便开始渐进的自重固结的“降水预压”过程， 综上分析：全桥桥面存在多道横向裂缝,有浅坑槽、波浪存在;全桥牛腿普遍存在向下延伸的斜裂缝、油毛毡垫层老化、渗水和梁端部主梁挤压破坏、天桥的跳车等天桥病害现象的产生，经过原因排除，即地基变形所引起的，针对这个原因为病害处治的关键所在。4.3.6设计考虑该人行天桥建址是在软土地基路段，由于地基土天然含水量高，孑L隙比大、压缩性高，强度低，渗透系数小。地基沉降更为严重，而且需要相当长的时间才能趋于稳定。台后填土的填筑高度较高，产生的基底应力较大。形成地基沉降相应较大。桥涵、通道及路基大都是同年平行进行施工的，桥涵是刚性体，其地基强度一般都有较高要求并进行加固处理。而台后填方地基并没有相应要求，在上部荷载作用下将会使地基土产生压缩变形，形成较大的地基沉降。设计人员对施工过程如何便于碾压考虑不周，对填料的要求不严格，台背排水考虑欠佳等都会引起台后填土的较大沉降。由于过水、跨线或通道的要求，一般填土都较高，低的3m左右，高的可达10m或更高。除了人行天桥路基往往受排水沟道的影响，地基条件较差，设计上对路基断面结构和边坡防护上有所考虑外 ，其它多数情况对高路堤设计上并无特别的要求，如压实度等指标均与一般路堤无异。由于路堤较高，在填筑以后受到自重和行车荷载的作用。路堤填土必然要产生较大的竖向变形。所以往往会出现天桥出现裂缝和跳车的病害现象。据了解，该人行天桥路段曾经发生几次车撞桥墩的事故。然而人行天桥设计没有考虑设置防撞墩，只是用简单的水泥墩柱围绕桥墩。这也是导致该天桥的墩柱出现龟裂的原因。4.3.7施工原因 天桥的病害出现，往往与施工队的施工质量离不开。施工时对回填料的选择未慎重考虑，施工用料不当，控制不严未达到设计要求等，况且不良比材料不良更易造成台后下沉。如施工时工序安排不当，桥头填土处于工期末期，被迫赶没有很好控制压实度，致使台后压实不足。对施工中选用填料不当和由于环境变化如路面破坏后路面水入渗、边沟破坏后地 表水浸泡等)引起路基病害。4.4该人行天桥加固方案4.4.1 加固方案的设计思路从整体上考虑,对人行天桥的上部结构和下部结构均采取措施,不能仅进行单一的加固,要综合考虑,使人行天桥满足承载能力和正常使用的要求。施工控制的目的：施工监控和施工紧密结合,相辅相成, 直接服务于桥梁加固、改造施工的全过程。桥梁维修加固施工中受到的影响因素多, 为了确保全桥在维修加固前后过程中结构受力和变形始终处于安全的范围内,且加固维修后全桥的线形符合设计要求, 结构恒载受力状态接近设计期望,在全桥加固维修过程中进行严格的施工控制是必不可少的。必须在施工中通过采用先进的监测手段掌握结构的实际情况、采集所需要的参数,通过控制分析、计算, 误差分析,优化调整施工工序, 以满足设计的要求。4.4.2 加固措施（1）加固基础,提高抗推能力在原基础旁增设人工挖孔桩, 同一基础处不能同时开挖,一个基础只能开挖一孔,灌注混凝土后方可进行下一孔, 施工要注意避开市政管线,桩基础施工完成后,在桩顶设置联系梁,采取措施让联系梁与原基础可靠联结,确保可靠传递水平推力。在桥墩位置加固撞击墩柱。汽车撞击力的计算应符合下列规定：天桥墩柱在又可能被汽车撞击之处，应设置刚性防撞墩，防撞墩宜与天桥墩柱之间保留一定空隙，条件不具备时也可与墩柱浇注为一体。钢筋混凝土防撞墩参照高速公路交通安全设施设计及施工技术规范（JTJ074）设计。该人行天桥汽车撞击力估算：P=(kN)式中：W汽车重力，采用值150kN v车速，路段限速为15m/s g重力加速度，9.8 T撞击时间，1.0s（人行天桥规范）该人行天桥平均汽车撞击力为229.5kN。墩柱体上撞击力作用点位于路面以上1.8m处。（2）除锈防腐钢结构锈蚀部位用喷砂除锈处理, 有凸起不平必须用角磨机磨平、磨光,有明显不平整的部位必须用振邦腻子(ZB075)填补平整,然后磨平、磨光, 确保基材表面清洁、干燥、平整、牢固,无油脂、锈蚀等杂物,处理好基面后再喷涂防锈底漆, 施工两道底漆,确保完全覆盖住钢结构基面,以避免重新氧化起锈,做好防锈底漆后必须要求漆面完全干燥,才可施工中涂漆,做好中涂漆后, 必须要求漆面完全干燥,平整后才可进行面漆施工, 在喷、刷、滚涂氟碳漆的过程中,必须保持漆膜厚度均匀, 颜色和光亮度一致。（3）对伸缩缝的处理 桥梁伸缩缝在选型和施工时考虑不周和处理不当，过分注重伸缩量的计算，而对伸缩缝的安装及适用情况了解不够，使伸缩缝破坏。处理方法：在原有的伸缩缝之间补焊一弹簧钢板，弹簧钢板伸缩量控制为 1cm。 （4）进行景观处理对扶手、主跨钢箱梁、剥落贴面砖等病害进行景观处理续扩大，说明了工程处理方案是成功的。针对本工程的病害情况进行成因探讨，提出锚杆静压桩加固沉降基础及采用设置牛腿和伸缩缝弹簧钢板加固旧桥的方案，为旧桥病害处理提供一种思路。同时警示相邻建筑物的施工，尤其是深基坑的开挖对浅埋基础影响应事先进行考虑，以避免病害发生。 锚杆静压桩是将后种锚杆和静力压桩结合起来而形成的一种施工方法。即先在建筑物开凿压桩孔和锚杆孔，用结构胶种植锚杆，然后安装反力架，或利用建筑物自重作反力，用千斤顶将钢桩或预制桩逐段压入土中。当压桩力、压入深度达到设计要求后，将桩与基础连结在一起，达到提高地基承载力和控制建筑物沉降的目的。具有以下优点： 能迅速制止沉降和倾斜，施工过程中不会引起附加沉降。 压桩施工可在狭小的空间进行压桩作业，适用于大型机具无法进入的工程。 可在不拆除原结构物的情况下，对沉降基础进行托换处理工程。 传荷过程和受力性能明确，能得到每根桩的实际承载力，施工质量可靠。选用SMA型优质改性沥青面层， 以减少交通噪音。SMA是沥青玛蹄脂碎石混凝土的简称，它有较好的透水性、耐久性，抗永久形变能力（高温稳定性）强，表面粗糙度大，抗滑性能好，行车较安全。车辆行驶时的噪音较低，对道路两侧居民的影响较小，耐久性则比普通 沥青混凝土延长20%至40%。（5）增加人行天桥的结构刚度将原有的栏杆拆除,设置桁架式栏杆,使桁架式栏杆与其下的钢梁共同受力,形成组合大钢梁,提高了结构的刚度12。原设计的刚架人行道板的钢筋混凝土板,与其下的钢板没有形成整体, 各自单独受力, 现将人行道板破除, 设计为掺入网状纤维的钢筋混凝土板,而且需采取措施,使之与钢板共同受力。（6）减轻荷载原设计是没有考虑广告牌荷载的, 现在的广告牌使人行天桥处于超载状态,必须拆除。在天桥基础脚处, 采取措施避免人行步梯荷载压在刚架上。通过增加新建人行道栏杆的扶手和顶面宽度,减少人行道的宽度,达到减轻荷载的效果。（7）通畅的排水措施水的侵蚀对结构寿命有重大影响, 必须采取有效措施,避免桥面、构件部位积水, 这通过设置排水坡度和构件流水孔给予解决。（8）施工次序挖孔桩施工、搭设支架中断交通。钢结构磨砂除锈、表面防锈处理。拆除栏杆,破除人行道面板。在跨中利用以前的支架基础用千斤顶将结构设向上预拱度。栏杆、人行道面板施工。解除千斤顶, 拆除支架。支架拆除后, 还需要进行全桥静载及动载测试,以检测加固效果。施工需中断交通25 d。5.结论本论文针对某座人行天桥的病害成因研究分析，重点要解决的科学问题是有效地把已经发生在城市人行天桥上的病害进行处理，进行有必要的危害程度分析，对不同危害程度的天桥给出不同的处理的加固方案。同时发现探讨现在建成天桥存在的主要病害问题，进行重点的分析研究，探讨新颖的科学方案。在经济建设日益发展的今天，城市交通发展异常迅速。在强大的交通压力下人行天桥存在种种的问题，相关市政部门要时刻关注城市人行天桥的使用状况，及早发现人行天桥存在的病害。政府部分应该负起责任，针对人行天桥的病害，寻找它们的成因，并且分析研究最终解决这些病害的方法。在研究过程中，寻找新颖的科技加固技术，做到精益求益。从城市人行天桥的质量问题反映出施工方的施工质量问题，施工质量问题不可避免，但求施工方对承包的工程能够任务务实做到精益求精，切勿偷工减料，切勿产生质量差人行天桥，危及社会安全和人们生命安全。政府部门对施工质量过硬的施工单位进行表扬，对施工质量不过关的施工单位进行批评或者淘汰。有效地促进社会健康良好的发展。研究城市人行天桥病害成因分析及加固技术能够有利于解决城市中人行天桥的安全质量问题，也有利于缓解交通阻塞和交通事故等一些频繁的交通问题，更好地推动社会的交通发展。参 考 文 献1 翟国强，张玉坤. 当代国内人行天桥建设的几个趋向J. 建筑学报,2005,(2):3-5.2 何连弟. 铝合金建人行天桥 文化石当马路隔离带N. 文汇报，2009-08-04（2）.3 郭利勇. 某城市人行天桥加固施工监测与控制J. 山西建筑，2010,(25)：3-8.4 余凤翔. 城市人行天桥设计上几个问题的探讨J. 城市道路与防洪，2004,（3）:2-7.5 彭聪. 谈谈人行天桥的选址与人性化设计J. 广东土木与建筑，2010，（10）:10-26.6 高洁. 城市人行天桥功能复合及系统化设计研究D. 湖北：华中科技大学，2006. 4-7.7 肖身德. 城市人行立交的规划和设计J. 株洲工学院学报，2003,(2)：7-9.8 缪卉，郭震山. 漫谈城市人行桥的景观J. 规划师，2001,(2)：12-14.9 薛佳. 城市步行桥空间研究D. 上海：同济大学，2006 .17-24.10 伍定一, 陈浩军. 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Analyzing the hazards of a pedestrian bridge in a town , and to make a study of the existence of hazards of the pedestrian bridge in order to obtain a sound technical treatment, as a result to solve the safety and quality problems of pedestrian bridge in city , alleviate some of the frequent traffic problems.Key words: Pedestrian Bridge; Disease Cause