某人行索橋方案研究

薛家偉 文 坡

(1.湖北省交通規(guī)劃設計院，湖北 武漢 430051； 2.中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，湖北 武漢 430056)

某人行索橋方案研究

薛家偉1文 坡2

(1.湖北省交通規(guī)劃設計院，湖北 武漢 430051； 2.中鐵大橋勘測設計院集團有限公司，湖北 武漢 430056)

通過對鋼箱梁斜拉橋及鋼箱梁吊橋兩個方案的綜合比選，確定采用鋼筋吊橋方案，并對橋梁的總體布置要求進行了介紹，主要闡述了鋼梁、主纜及吊索等結構設計要點，為同類橋梁設計選型提供了參考。

人行索橋，鋼箱梁吊橋，鋼箱梁斜拉橋

1 工程概況

該索橋位于某市中山區(qū)，跨越港口路連接中心公園和馬山。橋位處所跨越的港口路路面布置為8.44 m(坡腳綠化帶)+5.0 m(人行道)+15.0 m(行車道)+5.0 m(人行道)+5.3 m(坡腳綠化帶)=38.74 m。該索橋設計方案采用簡支鋼箱梁吊索橋，跨度為48 m，鋼梁跨度布置為1.0 m+48.0 m+1.0 m=50.0 m，橋面凈寬為3.20 m。

2 橋址區(qū)工程地質(zhì)概況及巖土層特性

2.1 橋址區(qū)工程地質(zhì)概況

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，擬建橋址處可見到大量裸露基巖，周邊地勢較為平坦，應屬侵蝕殘山地貌單元，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場地沿線及鄰近地區(qū)全新世以來未發(fā)現(xiàn)活動斷裂，對索橋的修建無不利影響，適宜建設本工程。

2.2 橋址區(qū)巖土層特性

根據(jù)現(xiàn)場鉆探揭示及土工試驗結果，本場地主要由以下幾個土層組成：1)填筑土：揭示厚度為3.35 m。2)碎塊狀強風化花崗巖：揭示厚度為3.80 m～12.00 m。3)中～微風化花崗巖：控制厚度為9.90 m～21.65 m。

3 橋梁設計技術標準

本景觀橋主要技術標準如下。1)主橋橋面人行凈寬不小于3.2 m。2)設計荷載：人群荷載按4.0 kN/m2計。3)溫度變化：-6.2 ℃～47.3 ℃。4)抗震設防標準：地震動峰值加速度0.05g，對應基本烈度6度，按7度構造措施設防。

4 方案構思及選擇

4.1 方案構思

索橋定位為該區(qū)的標識性景觀，設計從突出橋梁視覺效果、協(xié)調(diào)橋梁與城市環(huán)境的關系等多方面考慮，從景觀的角度更多地詮釋橋梁景觀的空間、美學與社會屬性，力求橋梁造型美觀、結構新穎及形式多樣。經(jīng)分析，形成了鋼箱梁斜拉橋及鋼箱梁吊橋兩個方案。

4.2 方案選擇

1)鋼箱梁斜拉橋方案。主橋結構形式采用鋼管塔斜拉橋方案，上部結構由主梁、主塔以及斜拉索組成。本方案設計理念來自乘風破浪的帆船，展示橋梁獨特的結構形態(tài)，突出橋梁的線條，打破橋的視覺靜態(tài)平衡，顯示出動態(tài)效果(見圖1)。充分利用現(xiàn)有條件，規(guī)劃一座獨塔斜拉橋，對港口路一跨而過。在造型上追求雕塑感的形體語言，主塔向后傾斜，增強了動勢，構成了動態(tài)的均衡美。主拉索呈扇形展開，并向主塔匯聚，充分展示了主塔的力量。主梁梁高為1.45 m，采用上寬下窄梯形鋼箱梁結構形式。斜拉橋主塔采用鋼管結構，由3根φ351×16鋼管經(jīng)φ140×10的鋼管連接一體而成為一船帆結構，下端固結于所修建的平臺上。斜拉索采用光面鋼絞線成品索，背索采用PES15-13φ5型號，鋼梁上拉索采用PES15-7φ5型號。下部結構暫按明挖基礎考慮。

2)鋼箱梁吊橋方案。本方案采用鋼箱梁吊橋結構形式，上部結構由主梁、主纜以及斜吊索組成(見圖2)。在此方案結構設計中，鋼箱梁外側表面上設置有拼貼，這一細小設計取自船腹的構造，區(qū)別于以往普通梁成形后的生硬與沉悶，使整座橋更加富有層次感和空間節(jié)奏感。傾斜吊索設計提取于船只桅桿的設計元素，天橋的懸桿顛覆以往的序列形態(tài)，向左右以動勢的形式進行排列，整個吊索采用左右不對稱的手法，從榕樹臺一方延伸放大至馬山，從視覺上消失于整個山體的灌木叢中，與環(huán)境融為一體。主梁梁高為1.45 m，采用上平下圓船形鋼箱梁結構形式。主纜采用PES5-163鍍鋅平行鋼絲束，榕樹側主纜錨固于修筑的斜形矮塔上，馬山側主纜錨固于山體上。主纜下面采用斜吊索與鋼梁連接，斜吊索采用PES5-55型低應力防腐拉索。下部結構暫按明挖基礎考慮。

3)兩個方案比選。經(jīng)工程造價估算，兩個橋梁方案總造價相差無幾。鋼箱梁吊橋方案結合橋址的地形、地貌條件，以山為塔、山橋一體，充分考慮了橋梁的使用功能與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性，達到了完美的景觀效果。經(jīng)專家評審，一致推薦采用鋼箱梁吊橋方案。

5 結構設計

5.1 總體布置

本橋采用跨度為48 m的鋼箱梁吊橋方案(見圖3)。

主梁為主要受力結構，主索及吊索為次要受力構件，并兼具景觀裝飾作用。主纜線型為分段懸鏈線，兩支點采用不等高情況，矢高6.579 m，矢跨比為1/10.384。為突出景觀效果，主纜橫向采用變寬度設置，兩端錨固點間的寬度分別為4.06 m，7.06 m；吊索與鋼梁在橫橋向有傾角，吊索軸線與鉛垂線橫向夾角在5.469 0°～10.774 1°之間變化。

5.2 鋼梁設計

鋼梁橋跨布置為1.0+48.0+1.0=50.0 m，為橋面排水的需要，將鋼梁橫斷面設置有1.0%的雙向橫坡，主梁為等高度截面，橫斷面中心梁高為1.522 5 m。鋼梁標準節(jié)段長為4.0 m，單個節(jié)段重量為6.43 t。鋼梁設置有29道橫隔板，板厚為10 mm，橫隔板間距布置為3×1.0 m+22×2.0 m+3×1.0 m；為方便箱內(nèi)的焊接及檢修，在橫隔板上開設有φ500 mm的過人孔。

鋼梁頂板寬4.5 m，板厚為14 mm，設置有間距為400 mm的尺寸為150 mm×12 mm的縱向加勁肋進行加勁。鋼梁底板與兩側腹板采用圓弧形過渡并融為一體，板厚為12 mm，設置有間距為350 mm的尺寸為125 mm×10 mm的縱向加勁肋進行加勁。

鋼梁節(jié)段間連接采用焊接結構形式，其中頂板、底板及圓弧形腹板采用對接焊方式，縱向加勁肋采用嵌補段工地對接。為滿足鋼梁線形的需要，采用頂板、底板不同焊縫寬度的方式來調(diào)節(jié)。

鋼梁與吊索錨固，采用錨拉耳板構造，吊索與耳板為銷接，錨拉耳板熔透焊接于鋼梁頂板上。

5.3 主纜及吊索設計

全橋共兩根主纜，主纜采用φ80 mm的ZAB無油8×37(a)+IWR-1770鋼絲繩，通過特制的錨固螺紋桿錨固于兩端擴大基礎上的錨體內(nèi)，且可通過螺紋桿調(diào)節(jié)主纜的長度。鋼絲繩表面做鍍鋅處理后進行涂裝防護。每根主纜鋼絲繩最小破斷力3 920 kN，重約1.803 t。

索夾形式的選取與主纜選型對應，采用以高強度螺桿對左右兩半索夾對合連接的結構形式，索夾內(nèi)壁根據(jù)主纜截面形狀加工。吊索采用直徑為20 mm的鋼絲繩，并設有可調(diào)長度裝置。吊桿兩端以耳板與索夾耳板和加勁梁錨板實現(xiàn)縱向鉸接。索夾運至安裝位置后，先將兩半索夾就位合龍，穿入螺桿并初緊，每根M16螺桿設計初緊拉力為28.6kN。在吊索安裝張拉完畢及主纜防護前，分兩次再張拉，補足螺桿拉力。

5.4 錨碇及基礎設計

兩側主纜錨碇采用擴大基礎結構形式。馬山側主纜錨碇基礎分為兩塊，鋼梁支座處設置有橋臺基礎。中心公園側主纜錨固錨體為一整體結構，為與景觀相協(xié)調(diào)，設置一矮塔造型，下部為擴大基礎結構形式。

1)馬山側錨碇。馬山側錨碇埋置于山體內(nèi)部，單個錨體在平面上為矩形，橫向?qū)?.0 m，順橋向長6.0 m。錨體采用混凝土結構，分為錨塊、錨體及擴大基礎3塊，主纜施工時為便于安裝，將主纜端部錨頭埋置于錨塊內(nèi)部，通過端部的螺紋桿調(diào)節(jié)主纜長度。

2)中心公園側錨塔及擴大基礎。中心公園側主纜錨固于設置的錨塔上，錨塔分為兩塊，錨固形式與馬山側相同。下部擴大基礎分為兩塊，上面一塊橫向?qū)挒?.5 m,順橋向?qū)挒?.65 m，高為2.8 m；下面一塊橫向?qū)挒?.5 m，順橋向?qū)挒?.25 m，高為1.2 m。馬山側錨碇采用放坡開挖形式施工，其余基礎可以采用擋土開挖，并應注意開挖的邊坡穩(wěn)定，必要時應采取支護措施。

6 結語

本橋采用鋼箱梁吊橋結構形式，以山為塔、山橋一體，具有結構簡潔、造型美觀等優(yōu)點，充分展示了當?shù)氐娜宋谋尘?。設計中采用合理的主纜垂跨比、特殊的主纜錨固形式及索夾構造，既滿足橋梁的使用功能需要，又使橋梁整體協(xié)調(diào)一致，對同類橋梁設計選型有一定的參考價值。

[1] 和丕壯.橋梁美學[M].北京：人民交通出版社，1999.

[2] 嚴國敏.現(xiàn)代懸索橋[M].北京：人民交通出版社，2002.

Researchonsomepedestrianbridgescheme

XUEJia-wei1WENPo2

(1.HubeiCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Wuhan430051,China; 2.ChinaRailwayBridgeSurveyDesignInstituteGroupCo.,Ltd,Wuhan430056,China)

According to the comprehensive comparison of the two schemes for the cable-stayed bridge with steel box girder and steel box girder suspension bridge, the paper chooses the latter one, introduces the general allocation requirements for the bridge, and mainly illustrates the bridge design points including the steel beam, the main cable and the hanging bracket, so as to provide some reference for the design selection of similar bridges.

pedestrian suspension bridge, steel box girder suspension bridge, cable-stayed bridge with steel box girder

1009-6825(2014)14-0191-02

2014-03-09

薛家偉(1979- )，男，工程師； 文 坡(1979- )，男，碩士，工程師

U448.11

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