河南鄭州萬邦休閑魚莊假拱景觀橋設計

施小明，王娟玲

河南鄭州萬邦休閑魚莊假拱景觀橋設計

施小明，王娟玲

（黃河水利職業(yè)技術學院，河南開封475004）

為實現(xiàn)施工簡便、造型美觀及節(jié)約造價等目的，河南鄭州萬邦休閑魚莊景觀橋設計采用簡支梁橋為受力主體，拱形裝飾板裝飾外觀的假拱景觀橋的設計方案。通過對拱式裝飾板和梁式裝飾板兩種設計方案的受力情況，優(yōu)缺點的分析，選出了梁式裝飾板設計方案。

河南鄭州；萬邦休閑魚莊；假拱景觀橋；拱式裝飾板；梁式裝飾板

0　引言

鄭州萬邦休閑魚莊是中牟雁鳴湖景區(qū)的高級療養(yǎng)院，院內(nèi)規(guī)劃的人工湖內(nèi)有多處人工島。為了使人工島與外部交通連接，需架設多座橋梁。在綜合考慮景區(qū)環(huán)境、色調(diào)要求，功能服務要求的基礎上，提出了架設拱橋景觀橋的方案。同時，業(yè)主要求設計的景觀橋方案應具有施工簡便和造型美觀的雙重特點。

由于萬邦休閑魚莊的人員、重載車輛都較少，最常用的簡支梁橋完全能滿足受力要求。如果采用簡支梁為受力結構，外形用拱形裝飾板裝飾成拱橋的外觀效果，將是一個非常有競爭力的設計方案。假拱景觀橋與拱橋相比，降低了施工和設計難度；與梁橋相比，滿足了人們對橋梁景觀設計的需求［1～2］。鑒于此，萬邦休閑魚莊采用了假拱景觀橋設計方案。

1　鄭州萬邦休閑魚莊假拱景觀橋構造及設計方案

1.1假拱景觀橋的構造

鄭州萬邦休閑魚莊假拱景觀橋（如圖1所示）的跨徑為40m左右，受力結構采用標準跨徑為13m的3跨簡支梁橋。簡支梁橋建成后，采用拱形裝飾板對其進行修飾。裝飾板只承受本身的重力作用，故其配筋只需考慮構造要求。整體上，假拱結構在設計、施工、造價等多方面都體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢。

1.2假拱景觀橋的設計方案［3～7］

拱形裝飾板上部搭接在蓋梁上，下部搭接在系梁上，從而與梁橋結構完美結合。假拱景觀橋中的裝飾板雖然僅承受本身的重力作用，但由于截面尺寸不規(guī)則且尺寸較小，其約束位置的確定、小截面尺寸的配筋、小截面構件的吊裝、對其他結構的影響等都是新的課題。

圖1　鄭州萬邦休閑魚莊假拱景觀橋設計模型Fig.1 Landscape b ridge design model of“blind arch”in Zhengzhou W anbang leisure fish village

2　鄭州萬邦休閑魚莊假拱景觀橋設計方案比選

根據(jù)裝飾板約束位置的不同，假拱景觀橋中的裝飾板有梁式裝飾板和拱式裝飾板兩種類型。拱式裝飾板假拱景觀橋和梁式裝飾板假拱景觀橋的主體受力結構均為3跨簡支梁橋。不同的是，拱形裝飾板約束位置的不同，帶來的自身受力特征及對簡支梁橋的影響不同。

2.1拱式裝飾板設計方案的優(yōu)缺點

拱式裝飾板是拱形裝飾板支撐在下部的系梁上，約束設置如圖2所示，受力簡圖如圖3所示。

在荷載作用下，拱式裝飾板的受力特征與拱的受力特征一致，截面主要受壓應力，在約束位置處會產(chǎn)生較大的水平力。由于拱腳處截面尺寸較小，且水平力較大，故為受力最不利位置。

圖2　拱式裝飾板約束位置Fig.2 Arch type decorative sheet constraint location

圖3　拱式裝飾板受力分析Fig.3 Arch type decorative sheet force analysis

2.1.1拱式裝飾板設計方案的優(yōu)點

拱式裝飾板具有拱的受力特點，截面主要以受壓為主，所受彎矩較小。拱的這種受力特點有利于發(fā)揮混凝土受壓能力強而抗拉能力較弱的特點。

2.1.2拱式裝飾板設計方案的缺點

（1）由于裝飾板截面尺寸較為復雜且不圓順，容易產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象。在發(fā)生應力集中區(qū)域（如拱腳等區(qū)域），容易產(chǎn)生拉應力局部較大的情況。而在拱腳處，由于截面尺寸受到明顯的限制，進行加強配筋十分困難。所以，拱腳處形成一個明顯的受力薄弱區(qū)。

（2）拱式裝飾板的持久受力狀態(tài)為拱的受力狀態(tài)，截面以受壓為主。在吊裝時，針對裝飾板的截面尺寸較小，自重較小的特點，為保證吊裝時的穩(wěn)定可靠，應采用兩點吊，吊點應在裝飾板約束位置處（如圖4所示）。這時，拱式裝飾板的受力狀態(tài)為梁的受力狀態(tài)，與持久受力狀態(tài)相差較大。因此，吊裝對拱式裝飾板構件影響很大，使其容易開裂和破壞。

（3）雖然裝飾板的截面尺寸較小，但由于跨度及混凝土的容重較大，對其他結構會產(chǎn)生影響。對拱式裝飾板而言，因為保持拱的受力特點，在豎向荷載下，要產(chǎn)生水平推力。水平力會在橋墩底部產(chǎn)生較大的彎矩，使橋墩由軸壓構件轉變?yōu)閴簭潣嫾?，彎矩效應會產(chǎn)生較大的拉應力，產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。而橋墩由于配筋較少，一旦出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，將難以約束裂縫的發(fā)展。這對橋墩，尤其是高橋墩，會產(chǎn)生不利的影響。橋梁跨度越大，橋墩高度越高，在橋墩底部產(chǎn)生的彎矩效應也越大。

圖4　裝飾板吊裝圖Fig.4 Decorative sheet lifting

2.2梁式裝飾板設計方案的優(yōu)缺點

梁式裝飾板是拱形裝飾板支撐在帽石或蓋梁上，約束設置如圖5所示，其受力簡圖如圖6所示。

圖5　梁式裝飾板約束位置Fig.5 Beam type decorative sheet constraint location

在荷載作用下，梁式裝飾板的受力特征與簡支梁的受力特征一致，約束位置處受自身重力產(chǎn)生的剪力最大。由于裝飾板自重很小，產(chǎn)生的剪力較小。因為裝飾的跨徑較大，跨中彎矩最大處為受力最不利的位置。

圖6　梁式裝飾板受力簡圖Fig.6 Beam type decorative sheet force diagram

2.2.1梁式裝飾板設計方案的缺點

因為跨徑較大，梁式裝飾板跨中正彎矩較大，相應的拉應力較大，混凝土容易開裂。

2.2.2梁式裝飾板設計方案的優(yōu)點

（1）混凝土開裂問題可以通過在底部配筋解決。支座拐角處拉應力較大的問題可以通過增設加強筋來解決。梁式裝飾板按照簡支梁的配筋要求，取跨中最不利截面，按矩形雙筋截面梁進行抗彎配筋，取支座處最不利截面進行抗剪配筋，配筋簡單，技術比較成熟。

（2）裝飾板因為截面尺寸小，截面形狀較為復雜，因而應采用預制場預制，現(xiàn)場吊裝的施工方法來進行施工。從吊裝的角度看，較好的吊裝狀態(tài)要求吊裝時的受力狀態(tài)與裝飾板的持久受力狀態(tài)保持一致。就梁式裝飾板而言，因為吊點的位置與梁式裝飾板的約束位置一致，梁式裝飾板可以保證吊裝時的狀態(tài)與裝飾板的持久受力狀態(tài)保持一致，均為梁的受力狀態(tài)。故吊裝對梁式裝飾板影響很小，在吊裝中不會對構件造成破壞。

（3）因為梁式裝飾板支撐在蓋梁上，并且截面尺寸小，結構自重較小，所以僅會增大蓋梁懸臂端的剪力，增加幅度不大，且可以減小跨中的正彎矩，在整體上對假拱結構影響很小。

2.3兩種假拱景觀橋設計方案比選結果

拱式裝飾板假拱景觀橋設計方案雖然可以發(fā)揮拱式裝飾板截面彎矩較小、混凝土基本處于受壓狀態(tài)的優(yōu)點，但是拱腳處容易出現(xiàn)應力集中的情況，且補強困難。另外，由于吊裝狀態(tài)與持久受力狀態(tài)不一致，對橋墩等結構的影響較大。

梁式裝飾板假拱景觀橋設計方案雖然存在著跨中彎矩較大，混凝土容易開裂的缺點，但也存在著配筋簡單，吊裝狀態(tài)與持久受力狀態(tài)一致，對其他結構影響較小的突出優(yōu)點。該工程最終選擇梁式裝飾板假拱景觀橋設計方案。

3　結語

假拱景觀橋綜合了簡支梁橋設計、施工簡單及拱橋優(yōu)美外觀的優(yōu)點，是未來景觀橋梁發(fā)展的方向之一，應大力推廣。

在實際應用中，梁式裝飾板假拱景觀橋方案中的拱形裝飾板憑借其在配筋、吊裝、對橋墩等結構的影響小等方面的優(yōu)勢，被優(yōu)先采用。

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[責任編輯胡修池]

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黃河水院青年基金項目：假拱在景觀橋梁中的應用（2014Q N KY022）

施小明（1983－），男，河南新鄉(xiāng)人，助教，碩士，主要從事道路與橋梁專業(yè)的教學與研究工作。