中新天津生態(tài)城清凈湖北路橋總體設(shè)計

馬莎莎 周國華 郭全生

(1.天津大學仁愛學院，天津 301636; 2.天津生態(tài)城市政景觀有限公司，天津 300286; 3.山西平陽重工機械有限責任公司，山西侯馬 043003)

1 工程概況

清凈湖北路規(guī)劃為城市支路，雙向四車道標準，兩側(cè)各有5m寬的慢行系統(tǒng)，并規(guī)劃有軌電車，有軌電車的車道寬度范圍近期實施綠化，即近期中央分隔帶寬度為10.5m。

清凈湖北路呈東西走向，位于清凈湖北側(cè)，薊運河故道南側(cè)。橋梁主要跨越規(guī)劃的“薊運河故道與清凈湖之間的連通河道”，本工程的建設(shè)對于整條道路的順利貫通起到重要的作用。本次設(shè)計范圍為清凈湖北路AK1+490～AK1+910，全長420m，其中橋梁長度為180m，引路及道路接順段為240m(見圖1)。

2 總體設(shè)計

本橋位于生態(tài)城的核心地帶——生態(tài)核，它是參與國際生態(tài)環(huán)境建設(shè)的交流展示窗口;是以濕地保護、觀光體驗、休閑娛樂和生態(tài)示范居住為主要功能的生態(tài)景觀核心區(qū)。其北側(cè)為規(guī)劃行政中心，南側(cè)為規(guī)劃會展中心，均為重要的建筑，因此本橋?qū)坝^的要求很高。本橋的建設(shè)還將為清凈湖和薊運河故道之間留出一條連通河道，因此本項目的建設(shè)還將對03片區(qū)的生態(tài)功能起到積極作用。

圖1 橋位地理位置示意圖

橋梁主體設(shè)計方案為一座預應(yīng)力混凝土變截面脊骨式連續(xù)梁橋，兩側(cè)的懸臂下方采用斜柱支撐，斜柱保持相同的斜率、在同一個面內(nèi)，并隨著梁高的變化形成有規(guī)律的長短變化。為了使柱廊的斜率保持一致，變截面梁在立面上呈現(xiàn)曲面，由墩柱向跨中，隨著梁高逐漸變矮，梁底在平面上也柔和地向外延伸，形成優(yōu)美的空間曲線。正是這種立體曲線與柱廊互相疊映，使橋梁立面隨著時間的變化，形成變幻莫測的光影變化，與周邊景觀融合、協(xié)調(diào)(見圖2，圖3)。

圖2 橋梁總體效果圖

圖3 主橋近景透視圖

2.1 主橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

上部結(jié)構(gòu)為(20+40+60+40+20)m預應(yīng)力混凝土變截面脊骨式連續(xù)梁橋。箱梁為單箱多室截面，主梁順橋向和橫橋向均為變截面。

主橋橋墩處橫斷面圖見圖4。

橫斷面設(shè)置為:0.5m(人行護欄)+5m(慢行系統(tǒng))+1.5m(機非分隔帶)+7.5m(機動車道)+3.75m(有軌電車)+3m(中央分隔帶)+3.75m(有軌電車)+7.5m(機動車道)+1.5m(機非分隔帶)+5m(慢行系統(tǒng))+0.5m(人行護欄)，斷面總寬度39.5m(見圖5)。結(jié)構(gòu)高度為2m～6m，在主墩處4m范圍為6m，向兩側(cè)按二次拋物線變化至2m，變化長度為28m，梁底拋物線方程為y=

圖4 主橋橋墩處橫斷面圖

主梁底寬:25.8m～35.334m，箱梁翼緣寬:2.083m～6.85m。頂板厚:25cm，中央分隔帶和有軌電車預留位置箱室處加厚到40cm。

圖5 主橋跨中處橫斷面圖

腹板厚:50cm～70cm。

底板厚度:在普通位置為22cm，在主墩附近為40cm，在梁高變化段發(fā)生變化，由22cm變化到40cm(按二次拋物線變化，方程為

翼緣板端厚度25cm，根部厚度為31.5cm～85cm。

斜撐與主梁底板面成40°角，長度約為1.794m～8.017m。

主橋施工工藝采用滿堂支架現(xiàn)澆，一次落架的施工方式。

2.2 主橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)我院在天津地區(qū)及生態(tài)城其他工程的設(shè)計經(jīng)驗，本橋基礎(chǔ)推薦采用鉆孔灌注樁，并在樁頭一定長度范圍設(shè)置擴大樁徑的方法進行防腐。

下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)上接承臺和橋墩的型式，橋墩頂面通過支座與上部結(jié)構(gòu)相連。

本橋0號、5號為橋臺，1號、4號墩為次邊墩，2號、3號墩為主墩。

橋臺采用U形橋臺，設(shè)置兩排直徑1.2m的鉆孔灌注樁，每排9根，樁長45m。

次邊墩采用3個花瓶墩的布置形式，每個墩下設(shè)2排4根，直徑1.5m的鉆孔灌注樁，樁長68m。

將2號墩設(shè)為固定墩，在3號墩上設(shè)速度鎖定器，在地震荷載下兩個主墩聯(lián)合抗推(見圖6)。

3 主橋結(jié)構(gòu)計算分析

由于橋上規(guī)劃有軌電車在近期按綠化處理，設(shè)計中分近期作用和遠期作用兩種工況。

近期工況:考慮有軌電車范圍內(nèi)的綠化重量，在不計算有軌電車的情況下，進行結(jié)構(gòu)計算。

遠期工況:考慮除去有軌電車范圍內(nèi)的綠化重量后，增加有軌電車荷載及相應(yīng)的軌道、軌枕、扣件、設(shè)備等重量。

本橋梁主橋結(jié)構(gòu)分析采用橋梁博士3.0軟件進行計算。計算模型如圖7所示。

模型共計108個單元，109個節(jié)點，全橋共計6個約束，其中3號墩為固定約束，其他為順橋向滑動約束。

在保證景觀要求的基礎(chǔ)上合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保結(jié)構(gòu)安全可靠。

根據(jù)規(guī)范要求，針對主橋結(jié)構(gòu)進行以下計算分析:

1)承載能力極限狀態(tài)截面抗彎強度計算:結(jié)構(gòu)的正截面抗彎強度均滿足要求。

圖6 主橋基礎(chǔ)布置圖（1：200）

圖7 橋梁博士計算模型

2)承載能力極限狀態(tài)截面抗剪強度計算:結(jié)構(gòu)的斜截面抗剪強度均滿足要求。

3)在正常使用極限狀態(tài)下斜截面抗裂性的計算:在短期效應(yīng)組合作用下，結(jié)構(gòu)的斜截面最大主拉應(yīng)力為0.80MPa，滿足規(guī)范要求。

4)持久狀況構(gòu)件應(yīng)力的驗算:在持久狀況下，主梁混凝土的主壓應(yīng)力最大值為11.47MPa，滿足規(guī)范要求的主壓應(yīng)力小于0.6fck的要求。

5)撓度驗算:GB 50157-2003地鐵設(shè)計規(guī)范規(guī)定，預應(yīng)力混凝土梁式橋在列車靜活載作用下，其豎向撓度容許值如下:

當L≤30m時為L/2000;當L＞30m時為L/1500。

因此主跨位置的撓度容許值為40mm，邊跨為10mm，次邊跨為20mm。

圖8為兩列輕軌汽車荷載作用下的主梁位置。

由圖8可知，輕軌作用下的主跨最大位移是2.3mm，邊跨為0.3mm，次邊跨為1.0mm，均滿足規(guī)范要求。

經(jīng)過以上計算分析，依據(jù)JTJ D62-2004公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范及參照GB 50157-2003地鐵設(shè)計規(guī)范及TB 10002.1-2005鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范，本橋梁結(jié)構(gòu)在各工況下，結(jié)構(gòu)受力均滿足規(guī)范要求。

圖8 輕軌荷載作用下最大位移（單位：mm）

4 結(jié)語

對于該橋的設(shè)計，在橋梁造型、構(gòu)造措施和計算控制等方面做了對既有大型預應(yīng)力混凝土變截面脊骨式連續(xù)梁橋的優(yōu)化，同時滿足了城市道路和有軌電車兩種使用要求，為今后類似城市景觀橋梁的設(shè)計提供了一些有價值的技術(shù)資料和思路。

該橋目前已經(jīng)完成施工圖設(shè)計，預計2015年通車。

［1］唐 淼，王中岳，李忠鋒.中新天津生態(tài)城有軌電車地面交叉口交通組織方式［J］.中國市政工程，2012(161):11-16.

［2］JTJ D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］GB 50157-2003，地鐵設(shè)計規(guī)范［S］.