新疆雙河紅星之門景觀人行橋設(shè)計

曹 陽，錢 盈，曾向往

（湖北省城建設(shè)計院股份有限公司，湖北 武漢 430051）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、審美水平的提高與橋梁技術(shù)的不斷進步，人們要求具有交通功能的橋梁建筑不僅只具有安全性和實用性，還要求其具有美觀性和獨特性。為適應(yīng)這樣的市場需求，橋梁設(shè)計者們通過創(chuàng)新手段設(shè)計出多樣化的橋梁建筑形式，不僅滿足了人們的審美需求，還美化了城市的形象，在城市的建設(shè)發(fā)展過程中起到了積極的作用。本文以新疆雙河紅星之門景觀人行橋為例，闡述城市景觀人行橋的設(shè)計[1-3]。

1 工程概況

紅星之門景觀人行橋位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第五師雙河市，是雙河城市中軸水系景觀工程中跨越主干道光明路銜接兩側(cè)綠道的一座人行景觀橋。該橋跨徑布置為3×32 m+（32+32+26）m+3×30 m，橋梁總長282.08 m，橋梁全寬為5 m，橋梁的上部結(jié)構(gòu)為鋼箱梁加空間拱造型、橋墩為花瓶墩接承臺樁基。

如圖1所示，項目所在地位于雙河市的星河水系，結(jié)合城市設(shè)計，以“絲路文化”為主題，打造一個絲路新驛站。紅星之門景觀人行橋位于星河景觀主軸帶的中部，是景觀帶的制高點。橋梁的美學(xué)設(shè)計既要滿足慢行交通的功能要求，還要融合濱水藝術(shù)區(qū)的藝術(shù)文化特點，成為星河景區(qū)的藝術(shù)地標。俯視景區(qū)，紅星之門景觀人行橋像一條舞動的絲帶，與潺潺的流水相得益彰，彰顯了雙河市絲路文化的地域特色。側(cè)面看來，紅星之門景觀人行橋像一只展翅高飛的雄鷹，預(yù)示著雙河市欣欣向榮，高速發(fā)展！

圖1 紅星之門景觀人行橋效果圖

2 設(shè)計要點

2.1 主要技術(shù)標準

該橋的主要技術(shù)標準：

（1）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計基準期：100 a；

（2）設(shè)計使用年限：100 a；，

（3）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級：一級；

（4）橋下機動車道凈高不小于4.5 m，非機動車道凈高不小于2.5 m，人行道凈高不小于2.5 m；

（5）人群荷載：約4.2 kN/m2（根據(jù)《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ 69-95）計算）；

（6）設(shè)計基本風(fēng)速：51 m/s；

（7）溫度變化：-43℃～46℃；

（8）抗震設(shè)防標準：地震動峰值加速度0.15 g，對應(yīng)基本烈度7度，抗震按丙類設(shè)防，抗震措施按8度設(shè)計；

（9）通航標準：無通航要求，但需考慮游船通行，預(yù)留2.5 m凈空高度。

2.2 橋梁總體布置

根據(jù)星河水系平面規(guī)劃圖，紅星之門景觀人行橋依次跨越水系、主干道光明路、再次跨越水系。橋址處水系寬約80 m，水深1.5 m左右，無通航要求，水中可立墩。

光明路在水系范圍內(nèi)橫斷面布置為：3 m（人行道）+4 m（非機動車道）+1.5 m（綠化帶）+27 m（機動車道，雙向八車道）+1.5 m（綠化帶）+4 m（非機動車道）+3 m（人行道）=44 m，其中光明路在橋頭將兩側(cè)1.5 m綠化帶拓寬到4 m，為人行橋立墩創(chuàng)造了條件。

本橋分為三聯(lián)，第一聯(lián)跨越西側(cè)水系，跨徑布置為3×32m；第二聯(lián)跨越光明路，跨徑布置為（32+32+26）m；第三聯(lián)跨越東側(cè)水系，跨徑布置為3×30 m。

2.3 橋梁線形

本橋的造型的獨特與美觀主要通過整體線形來表現(xiàn)（見圖 2、圖 3），其中：

（1）橋梁的主梁平面分別由半徑為148.6 m、42.05 m、80.6 m的圓曲線及之間的緩和曲線組成。

（2）空間拱立面由距離橋面高度最大為15m、12m、15m三個大半徑圓弧組成，空間拱的平面沿著主梁軸線由分離式拱肋在每聯(lián)中間合并再分開，構(gòu)成一條空間的“舞動的絲帶”。

圖2 紅星之門景觀人行橋平面圖

圖3 光明路視角的透視圖

2.4 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

橋梁標準斷面見圖4。

圖4 橋梁標準斷面（單位：cm）

2.4.1 主梁

主梁結(jié)構(gòu)均采用全焊鋼箱梁，為等高度單箱雙室倒梯形箱梁截面，主梁截面梁高1 400 mm，箱梁頂寬5 000 mm，底寬2 700 mm。鋼箱梁頂面鋼板厚14 mm，順橋向布置縱肋，間距300 mm，縱肋高度120 mm，厚10 mm，組成正交異性鋼橋面板。箱梁底板厚14 mm，縱肋間距300 mm，縱肋高度120 mm，厚10 mm。箱梁設(shè)兩道外腹板及一道中腹板，外腹板厚16 mm，中腹板厚12 mm。橫隔板間距2 000 mm，厚 12 mm。

2.4.2 空間拱設(shè)計

空間拱分為主拱及立柱兩部分，分離式主拱采用800 mm×400 mm矩形鋼管，壁厚16 mm，合并之后的主拱尺寸為800 mm×800 mm，豎向投影最大矢高為15 000 mm，空間拱在主梁伸縮縫處斷開；立柱采用 ?350 mm×16 mm鋼管，立柱與空間拱的連接采用焊接，立柱與主梁之間通過立柱底座焊接，立柱底座順橋向的間距為8 m。

2.4.3 下部結(jié)構(gòu)

橋墩采用花瓶墩接承臺樁基，連續(xù)墩墩頂、墩底在順橋向的寬度均為1.2 m，墩頂橫橋向?qū)?.7 m，等高段厚0.5 m，采用半徑為2.5 m高度為1.5 m的圓弧將橫向?qū)挾茸冎?.7 m直至墩底；過渡墩墩頂順橋向?qū)?.0 m、橫橋向?qū)?.7 m，墩底順橋向?qū)?.2 m、橫橋向?qū)?.7 m。墩身截面為矩形，采用半徑為0.15 m圓弧倒角。橋墩承臺尺寸為5.2 m×2.2 m×1.5 m，接兩根直徑為1.2 m鉆孔灌注樁，樁中心距為3.0 m。

2.4.4 空間拱基礎(chǔ)設(shè)計

空間拱的基礎(chǔ)采用拱座+承臺+樁基的形式，拱座高2 m，承臺尺寸為4.5 m×2 m×1.5 m，接兩根直徑為1 m鉆孔灌注樁，樁中心距為2.5 m。

橋梁樁基礎(chǔ)均為摩擦樁。

2.5 施工方案

橋梁采用“先梁后空間拱”的施工方法，即先進行主梁的節(jié)段吊裝與焊接，搭設(shè)支架完成空間拱吊裝與立柱的焊接，再將立柱與主梁焊接，最后施工橋面及附屬結(jié)構(gòu)，完成橋梁主體結(jié)構(gòu)施工。

3 主橋結(jié)構(gòu)受力分析

3.1 計算模型

本橋的結(jié)構(gòu)體系實質(zhì)為連續(xù)鋼箱梁，空間拱僅承受自身重力、溫度作用與風(fēng)荷載，橋梁整體計算采用MIDAS/Civil 2019有限元分析軟件，主梁、空間拱、立柱均采用梁單元，有限元模型見圖5。

圖5 計算模型

3.2 靜力計算

3.2.1 橋梁應(yīng)力計算

橋梁的靜力計算考慮結(jié)構(gòu)自重、人群荷載、風(fēng)荷載、整體升降溫、空間拱局部升降溫、主梁梯度溫度（按英標BS5400計算）、基礎(chǔ)不均勻沉降。橋梁的主梁、空間拱、立柱在基本組合下應(yīng)力計算結(jié)果見圖6。

圖6 基本組合應(yīng)力包絡(luò)圖(單位：MPa)

根據(jù)應(yīng)力計算結(jié)果，主梁最大應(yīng)力為99.8 MPa、空間拱最大應(yīng)力131.2 MPa、立柱最大拉應(yīng)力為137.3 MPa，應(yīng)力均小于275 MPa，滿足規(guī)范要求。

3.2.2 橋梁剛度計算

在人群荷載的作用下，主梁的最大撓度發(fā)生在第二聯(lián)第一跨跨中，為55.6 mm，滿足《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTG D64-2015） 中不大于L/500=64 mm的要求，結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求，見圖7。

圖7 活載作用下最大位移(單位：mm)

3.3 動力計算

將橋梁自重與二期恒載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，進行特征值分析，其中第一聯(lián)首階豎向自振頻率最低，為3.06 Hz，大于3，滿足規(guī)范要求，見圖8。

圖8 橋梁首階豎向自振振型

3.4 橋梁穩(wěn)定性計算

3.4.1 屈曲分析

對橋梁成橋運營階段的每一聯(lián)鋼箱梁穩(wěn)定性進行分析，其中第一聯(lián)的第一階的臨界荷載系數(shù)最小，屈曲模態(tài)為空間拱橫向彎曲，穩(wěn)定系數(shù)為33.47，大于4，滿足規(guī)范要求，見圖9。

圖9 第一聯(lián)第一階屈曲模態(tài)

3.4.2 抗傾覆計算

橋梁平面位于S曲線上，支座間距為1.8m，按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362-2018）4.1.8條件進行抗傾覆驗算，見表1。

表1 橋梁抗傾覆計算

本橋共三聯(lián)，在基本組合下未出現(xiàn)負反力，在標準組合下最小抗傾覆系數(shù)為2.8，不小于2.5，滿足規(guī)范要求。

3.5 橋梁抗震計算

該工程橋址處地震基本烈度為7度，地震動峰值加速度為0.15 g，跨越主干道光明路，抗震按丙類設(shè)防，抗震措施按8度設(shè)計。

對橋梁結(jié)構(gòu)空間計算模型按E1和E2設(shè)防水準進行反應(yīng)譜分析，驗算結(jié)構(gòu)的抗震性能。根據(jù)驗算結(jié)果，在E1、E2地震作用下，主梁、空間拱等鋼結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件均在彈性范圍內(nèi)工作，下部結(jié)構(gòu)及樁基強度、位移均能滿足要求。

4 結(jié) 語

紅星之門人行橋造型獨特、大氣、線形優(yōu)美。該橋采用三維空間拱造型裝飾，具有獨特的景觀效果，其結(jié)構(gòu)形式以連續(xù)梁主體，通過立柱支撐空間拱，不同于常規(guī)的裝飾景觀橋，其施工簡單、造價低，正越來越多地得到工程界的應(yīng)用。本文以新疆紅星之門人行橋為背景，簡單闡述了該橋的造型構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計思路及計算方法，為同類工程提供參考。