翩翩起舞的蝶型梁
——浦東國際機(jī)場北通道新建工程標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)梁的設(shè)計(jì)

朱世峰

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

翩翩起舞的蝶型梁
——浦東國際機(jī)場北通道新建工程標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)梁的設(shè)計(jì)

朱世峰

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

介紹了浦東國際機(jī)場北通道新建工程標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)梁的設(shè)計(jì)，橋梁結(jié)構(gòu)選用的“碟”式斷面梁，造型優(yōu)美，預(yù)應(yīng)力綜合指標(biāo)都較低，造價(jià)較低，結(jié)構(gòu)可行、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

蝶型梁；大挑臂預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁；結(jié)構(gòu)選型

1　項(xiàng)目背景

浦東國際機(jī)場北通道（申江路～主進(jìn)場路）工程位于上海市浦東新區(qū)，工程始于中環(huán)線浦東段申江路立交，自西向東沿現(xiàn)狀華夏中路、華夏東路，至海濱路折向南，沿現(xiàn)狀海濱路、華洲東路，最后接入浦東國際機(jī)場主進(jìn)場路，路線全長15.628 km。工程作為連接浦東國際機(jī)場和中心城區(qū)的重要通道之一，是上海市路網(wǎng)骨架“三環(huán)十射”的中環(huán)線相連，并與S1、龍東大道、五洲大道、S32共同構(gòu)成了浦東國際機(jī)場對外交通聯(lián)系的快速通道系統(tǒng)。

浦東國際機(jī)場北通道新建工程具有快速、安全、長距離、大容量的特點(diǎn)。它的建成通車對完善浦東國際機(jī)場二期工程建設(shè)，提高浦東國際機(jī)場在國際航空樞紐港中的地位，提升城市道路網(wǎng)絡(luò)功效，進(jìn)一步發(fā)揮中環(huán)線交通集散功能，保障2010年上海世博會(huì)勝利召開，促進(jìn)浦東新區(qū)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長具有重要的意義。

2　工程概述

工程由高架和地面道路組成。其中，高架道路按城市快速路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其功能定位為滿足機(jī)場快速交通，兼顧地方交通出行，雙向8車道，設(shè)計(jì)車速80 km/h。

地面道路的功能定位為解決地方區(qū)域交通。其中，申江路～G1501路段長11.87 km，按城市主干路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為雙向6車道，設(shè)計(jì)車速為50 km/h；G1501～主進(jìn)場路路段長3.78 km，按城市次干路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為雙向6車道，設(shè)計(jì)車速為50 km/h。

工程與張江路、張東路、S20、唐黃路、華東路、妙境路、川沙路、凌空路、川南奉公路、G1501、華洲路、主進(jìn)場路等橫向道路相交。高架道路在S20、G1501、主進(jìn)場路設(shè)置互通式立交（其中，G1501為遠(yuǎn)期規(guī)劃控制）。高架道路在唐黃路兩側(cè)、川南奉公路西側(cè)、華洲東路南側(cè)設(shè)置上下主線的匝道。

3　主線高架橋景觀設(shè)計(jì)

3.1橋梁景觀設(shè)計(jì)主題

打造一條生態(tài)自然，色彩斑斕，流光溢彩的城市門戶通道。

3.2橋梁景觀的設(shè)計(jì)理念

以往的橋梁設(shè)計(jì)一般首先考慮橋梁的功能，在滿足結(jié)構(gòu)安全的前提下，就是以經(jīng)濟(jì)為主要參考依據(jù)，因此往往片面追求造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)形式作為橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案，隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，整個(gè)社會(huì)對于建筑的美觀提出更多的要求，景觀設(shè)計(jì)也越來越受到重視，設(shè)計(jì)同時(shí)也認(rèn)為橋梁建筑景觀的設(shè)計(jì)并不是盲目追求建筑的標(biāo)志性效果，將橋梁結(jié)構(gòu)的景觀過度夸大，而忽視與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

機(jī)場北通道標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)箱梁的景觀設(shè)計(jì)正是從上述幾個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，同時(shí)結(jié)合中環(huán)線浦西段、中環(huán)線浦東段及以往高架橋梁的特點(diǎn)，結(jié)合浦東地區(qū)特有的環(huán)境特點(diǎn)，盡量減少高架橋梁的視覺沖擊，使橋梁結(jié)構(gòu)盡可能的融入到城市當(dāng)中，成為城市的一個(gè)有機(jī)的組成部分，讓機(jī)場北通道高架橋梁結(jié)構(gòu)不僅成為浦東新區(qū)一個(gè)積景觀效果、安全設(shè)計(jì)于一身的橋梁建筑，同時(shí)又成為連接浦東新區(qū)各個(gè)功能區(qū)的有效紐帶。

3.3橋梁景觀的設(shè)計(jì)原則

（1）簡練、現(xiàn)代、大氣、風(fēng)格上達(dá)到于中環(huán)線浦東段既和諧統(tǒng)一又有所變化。

（2）突出重點(diǎn)、強(qiáng)調(diào)整體、點(diǎn)線結(jié)合。

（3）景觀環(huán)境與交通功能相結(jié)合、注重可實(shí)施性。

（4）提高科技含量，力求工程與環(huán)境的協(xié)調(diào)，使工程達(dá)到美麗、含蓄、和諧的效果。

3.4橋梁景觀設(shè)計(jì)研究

景觀設(shè)計(jì)在流線、造型上的風(fēng)格特征要與橋梁的線形元素（直線與弧線的結(jié)合）相協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而使道路硬軟質(zhì)景觀互為補(bǔ)充，形成統(tǒng)一的整體。

（1）道路綠化的平面流線形式與橋梁斷面輕盈簡潔的弧線形式相呼應(yīng)，成為機(jī)場北通道高架路獨(dú)具一格的特色景觀風(fēng)格。

（2）相關(guān)設(shè)施的設(shè)計(jì)，如燈具、候車亭、隔音板等的設(shè)計(jì)也采用直線與曲線結(jié)合的線形元素，在滿足自身美觀的基礎(chǔ)上把橋梁襯托得更為輕盈流暢，形成和諧、靈動(dòng)、活潑的設(shè)計(jì)風(fēng)格特色，見圖1。

圖1　主線高架橋標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

3.5主線高架橋標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)選型

橋梁結(jié)構(gòu)的型式可選擇簡支加連續(xù)橋面體系，亦可采用連續(xù)結(jié)構(gòu)體系。

由于橋梁結(jié)構(gòu)的造價(jià)占工程總造價(jià)百分比很大，而根據(jù)總體方案布置，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)占橋梁結(jié)構(gòu)的大半，因此，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)的合理選形是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素，對此，結(jié)合美觀、經(jīng)濟(jì)且滿足建設(shè)進(jìn)度的設(shè)計(jì)原則，以及總體方案的布置，設(shè)計(jì)對較適應(yīng)高架結(jié)構(gòu)的各種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了詳盡的結(jié)構(gòu)受力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、施工及景觀等的分析比較。

考慮到機(jī)場北通道是中環(huán)線浦東段在申江路立交處的切線方向的延伸，設(shè)計(jì)認(rèn)為該橋型方案既要與中環(huán)線浦東段相協(xié)調(diào)，又應(yīng)在此基礎(chǔ)上有所變化，求大同而存小異。最終采用上部結(jié)構(gòu)為蝶式大挑臂預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁。該方案既與浦西、浦東中環(huán)線相似，但又有自己的特點(diǎn)，力求不同，又富有特色，工程造價(jià)介于普通的折線型箱梁和其他圓弧型箱梁之間，造價(jià)適中，施工簡便。單其在原有剛性折線箱梁的基礎(chǔ)上，通過上部挑臂的圓弧型曲線，使其外形美觀、輕盈，組合柔美，富于變化；橋型斷面運(yùn)用圓弧曲線的元素，組合成圓弧形的挑臂結(jié)構(gòu)造型，該造型突破了原高架橋造型單一的形式；曲線圓弧的造型，使高大的造型趨于柔和，使箱梁顯得更為纖薄，較容易與周邊的環(huán)境相結(jié)合，減少橋下給人的壓抑感，圓弧斜腹板的外形與水平底板相結(jié)合，剛?cè)岵?jì)，既顯出箱梁的柔美纖細(xì)，又不失混凝土結(jié)構(gòu)本身的剛勁有力，同時(shí)結(jié)構(gòu)受力也非常合理；另外還可將橋梁的護(hù)欄、燈桿和防噪音板等物件，按統(tǒng)一的圓弧曲線進(jìn)行組合，形成了一個(gè)曲線的整體效果，提高橋型的景觀性，使機(jī)場北通道高架橋的橋梁造型成為從浦西中環(huán)線到浦東中環(huán)線再到機(jī)場北通道一個(gè)逐漸過渡變化而又和諧統(tǒng)一、遙向呼應(yīng)的有機(jī)的整體，并具有浦東地區(qū)的特色和標(biāo)志性。

結(jié)合上部結(jié)構(gòu)斷面形式，采用的開花式的立柱形式，與上部弧形結(jié)構(gòu)可很好的銜接，并與上部結(jié)構(gòu)箱梁柔順過渡，并保持一致的圓弧曲線。總體的風(fēng)格具有曲線的柔和，見圖2。

圖2　雙向八車道標(biāo)準(zhǔn)橫斷面效果圖

4　高架橋梁標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)

4.1平面計(jì)算

本工程采用有限元程序橋梁博士標(biāo)準(zhǔn)段的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整體計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明橋梁結(jié)構(gòu)受力情況合理，滿足規(guī)范的各種要求。其中橋?qū)?4.5m，雙向6車道，斷面形式單箱4室，跨徑組合3×30m，驗(yàn)算結(jié)果見圖3～圖9。

圖3　作用長期效應(yīng)組合下主梁上下緣最小正應(yīng)力

圖4　作用短期效應(yīng)組合下主梁上下緣最小正應(yīng)力

圖5　作用標(biāo)準(zhǔn)值組合下主梁上下緣最大正應(yīng)力

圖6　作用短期效應(yīng)組合下主梁主拉應(yīng)力

圖7　作用標(biāo)準(zhǔn)值組合下主梁主壓應(yīng)力

圖8　結(jié)構(gòu)最大抗力及最大抗力對應(yīng)內(nèi)力

圖9　結(jié)構(gòu)最小抗力及最小抗力對應(yīng)內(nèi)力

4.2空間計(jì)算

為了研究單箱多室箱梁的受力特性，特別是各個(gè)腹板剪力分布的情況，本工程對典型橋?qū)挘?4.5m）和跨徑（3×30m）的箱梁結(jié)構(gòu)采用空間有限元程序ANSYS進(jìn)行了詳細(xì)的全橋模型研究分析，采用so1id單元模擬箱梁結(jié)構(gòu)。為了研究舒展式橋墩的受力特性，也采用ANSYS程序?qū)蚨站植渴芰M(jìn)行了分析。箱梁結(jié)構(gòu)有限元模型見圖10。

圖10　箱梁結(jié)構(gòu)有限元

（1）箱梁受力分析見圖11～圖16。

圖11　一期恒載作用下箱梁縱向正應(yīng)力分布圖

圖12　二期恒載作用下箱梁縱向正應(yīng)力分布圖

圖13　一期恒載作用下箱梁橫向正應(yīng)力分布圖

圖14　二期恒載作用下箱梁橫向正應(yīng)力分布圖

圖15　一期恒載作用下箱梁橫隔梁處腹板中豎向剪應(yīng)力分布圖

圖16　二期恒載作用下箱梁橫隔梁處腹板中豎向剪應(yīng)力分布圖

橫隔梁處各個(gè)腹板剪力分布的情況見表1。腹板編號示意見圖17。

圖17　腹板編號示意圖

計(jì)算結(jié)果表明，箱梁中剪力滯效應(yīng)比較小，腹板中剪力分布比較均勻，箱梁受力合理，安全可靠。

（2）橋墩受力分析

在有限元程序ANSYS中采用so1id單元模擬橋墩實(shí)體，取用最不利工況下的支反力加載。計(jì)算結(jié)果表明橋墩受力合理，橋墩剪應(yīng)力、主應(yīng)力和系梁橫向拉應(yīng)力均滿足要求，計(jì)算結(jié)果見圖18～圖20。

圖18　橋墩橫向正應(yīng)力圖

圖19　橋墩主拉應(yīng)力圖

圖20　橋墩豎向剪應(yīng)力圖

表1　橫隔梁處各個(gè)腹板剪力分布的情況

3　結(jié)論

通過平面計(jì)算和空間分析結(jié)果均表明：

（1）結(jié)構(gòu)受力合理，滿足規(guī)范的各項(xiàng)要求。

（2）結(jié)構(gòu)造型優(yōu)美舒展，既達(dá)到了與浦西中環(huán)線和浦東中環(huán)線的和諧、協(xié)調(diào)、過渡，同時(shí)也與浦西中環(huán)線、浦東中環(huán)線形成一個(gè)有機(jī)的整體。

（3）本次橋梁結(jié)構(gòu)選用的“碟”式斷面梁，造型優(yōu)美，預(yù)應(yīng)力綜合指標(biāo)都較低，造價(jià)較低。結(jié)構(gòu)可行、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。

綜上所述，蝶式箱梁作為機(jī)場北通道工程的最終的橋梁結(jié)構(gòu)的方案，該方案結(jié)構(gòu)線形優(yōu)美、柔和、纖巧，讓人產(chǎn)生一躍而過的力動(dòng)感，同時(shí)配合下部Y型雙矩形立柱，使人感受到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固和安全感，并通過立柱頂?shù)腨向上延伸，與上部結(jié)構(gòu)渾然一體的結(jié)構(gòu)，突出了該結(jié)構(gòu)的特性，既婀娜多姿又不失結(jié)構(gòu)的安全性，而其他方案與其相比較，其結(jié)構(gòu)上的和諧協(xié)調(diào)性更強(qiáng)；城市橋梁結(jié)構(gòu)形式要有所創(chuàng)新，在學(xué)習(xí)總結(jié)前人的基礎(chǔ)上推陳出新，才能創(chuàng)造出視覺美和環(huán)境美，才能體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的審美價(jià)值；橋梁結(jié)構(gòu)斷面總是由線條組成，對于規(guī)模較大的城市橋梁，直線線條，缺乏變化，過于單調(diào)與重復(fù)；而曲線是富有韻律變化的線條，是柔性的線條，會(huì)產(chǎn)生愉快感，再配以剛中有柔的橋墩，更能突出道路整個(gè)線形的完美效應(yīng)，使橋梁結(jié)構(gòu)流暢簡潔，渾然一體，構(gòu)成和諧的韻律感。

本次橋梁結(jié)構(gòu)所采用的“蝶形”箱梁造型，這在上海的高架建設(shè)中尚屬首次使用。建造運(yùn)行至今反響很好，該斷面形式目前被廣泛使用在全國各高架橋中。

U448.21+5

B

1009-7716（2015）01-0048-04

2014-11-12

朱世峰（1969-），女，安徽來安人，高級工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)工作。