青島市某景觀橋梁總體方案設(shè)計(jì)

劉 軍，高海亮

（青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 青島 266000）

1 概 述

該景觀橋位于山東省青島市風(fēng)河入?？谔?，橋址沿海一線擁有優(yōu)質(zhì)的濱海資源，且靠近青島西海岸新區(qū)行政中心，風(fēng)河橋?yàn)閰^(qū)域沿海天際線重點(diǎn)打造的景觀節(jié)點(diǎn)。

2 橋梁方案

橋梁方案以“龍”文化為契機(jī)，通過橋梁造型“躍海騰龍，遨游九天”的昂揚(yáng)姿態(tài)，展現(xiàn)出區(qū)域“自強(qiáng)不息，勇于開拓”的城市進(jìn)取精神。景觀橋在方案設(shè)計(jì)階段將橋梁與周邊環(huán)境融合，成為城市“美”與“雅”的載體[1]（見圖1）。

圖1 橋梁方案

風(fēng)河橋全長590m，總體為引橋+主橋+引橋的形式。主橋采用五跨連續(xù)中承式鋼桁拱結(jié)構(gòu)，跨徑布置為35m+80m+120m+80m+35m=350m。主橋橫斷面布置為2.2m（吊桿區(qū)）+4.3m（人行道）+12 m（車行道）+4.3 m（人行道）+2.2 m（吊桿區(qū)）=25 m（見圖 2）。

圖2 橋梁方案縱斷面布置圖（單位：m）

根據(jù)總體方案，主橋拱肋為內(nèi)傾拱肋，傾斜角度為15°。主橋拱肋由邊拱肋及中拱肋組成，拱軸線采用懸鏈線擬合；中拱肋跨中部分采用桁架結(jié)構(gòu)，其余部分采用箱形斷面。中拱肋計(jì)算跨徑120m，拱肋平面內(nèi)拱軸線計(jì)算矢高36.5m，橋面以上拱肋凈高19.6m；邊拱肋計(jì)算跨徑80.0m，拱肋平面內(nèi)拱軸線計(jì)算矢高29 m，橋面以上拱肋凈高15.7m。

橋面系由縱梁及橫梁組成，采用正交異性鋼橋面板，橋面板厚16mm，縱向設(shè)置U形加勁肋。橋面縱向設(shè)置箱形主梁及工字形縱梁，沿道路中心線對稱布置；箱形主梁尺寸為2m×2m，沿橋梁橫向布置，間距為17 m；工字形縱梁高1 m，沿橋梁橫向布置，間距為5m；橫梁采用工字形截面，高度由2.0m漸變到2.16m，橫梁與拉索一一對應(yīng)，間距為6m（見圖3）。

圖3 橋梁橫斷面布置圖（單位：mm）

3 橋梁方案優(yōu)化

3.1 結(jié)構(gòu)體系

根據(jù)《公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D65-06—2015）[2]規(guī)定，中承式拱橋包括中承式推力拱橋和無推力的飛燕式拱橋等結(jié)構(gòu)體系。該工程主橋采用m id a s/C i v i l建模，分別采用兩種結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行建模試算，計(jì)算結(jié)果如下：

（1）采用中承式推力拱橋，邊拱拱腳沿橋梁縱向水平反力設(shè)計(jì)值約為15 000 kN，拱肋構(gòu)件尺寸及板材厚度較大，導(dǎo)致橋梁總體效果笨重粗獷；且橋梁下部承臺尺寸、樁基數(shù)量增加明顯，工程總投資增加較多（見圖4）。

圖4 中承式推力拱橋縱向拱腳反力設(shè)計(jì)值（單位：kN）

（2）采用無推力的飛燕式拱橋，邊拱拱腳沿橋梁縱向水平反力設(shè)計(jì)值約為7 000 kN，約為中承式推力拱橋的一半，拱肋斷面尺寸大大減小，橋梁景觀效果提升明顯（見圖5）。

圖5 無推力的飛燕式拱橋縱向拱腳反力設(shè)計(jì)值（單位：kN）

經(jīng)比選后，該橋結(jié)構(gòu)體系采用無推力的飛燕式拱橋。

3.2 橋面系支座布置

為實(shí)現(xiàn)無推力的飛燕式拱橋結(jié)構(gòu)體系，需將橋面系縱橫梁與拱肋分離，在拱肋處設(shè)置支座，將橋面荷載通過支座傳遞至下部結(jié)構(gòu)。方案優(yōu)化階段對增設(shè)立柱、增設(shè)拱肋牛腿兩種方式進(jìn)行比選。

（1）在拱肋內(nèi)側(cè)增設(shè)立柱，上部結(jié)構(gòu)至下部結(jié)構(gòu)荷載傳遞明確，但新增立柱將極大影響景觀效果。承臺頂為拱肋及墩柱共同作用區(qū)域，傳力路徑復(fù)雜（見圖 6a）。

圖6 橋面系支座布置方式

（2）將橫梁以下拱肋斷面沿橫橋向加寬，增設(shè)拱肋牛腿。將支座傳導(dǎo)的豎向力通過牛腿與拱肋軸力合并后傳至承臺頂，路徑簡潔明確。在拱肋內(nèi)側(cè)增設(shè)牛腿，對景觀效果的影響降至最低；缺點(diǎn)為牛腿節(jié)段構(gòu)造復(fù)雜，需采用三維制圖方法（見圖 6b）。

經(jīng)比選后，采用拱肋內(nèi)側(cè)增設(shè)牛腿的處理方式。

3.3 拱腳處理

橋梁方案初期創(chuàng)作階段重點(diǎn)關(guān)注橋梁整體景觀效果，拱腳位置采用曲線過度未經(jīng)充分論證，進(jìn)入方案優(yōu)化設(shè)計(jì)階段，對拱腳的節(jié)點(diǎn)形式及浪濺區(qū)拱肋的耐久性設(shè)計(jì)[3-4]應(yīng)重新優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)材料的不同，拱腳可分為鋼筋混凝土拱腳和鋼結(jié)構(gòu)拱腳。

（1）鋼筋混凝土拱腳。鋼拱肋截面上表面受拉，采用該種連接方式需設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束抗拉。鋼筋混凝土拱腳耐久性較好，但施工過程中預(yù)應(yīng)力張拉不易控制，施工周期較長。

（2）鋼結(jié)構(gòu)拱腳。原方案拱腳底部為U形，拱腳底部產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中；拱腳節(jié)點(diǎn)優(yōu)化為V形后，采用錨栓將鋼拱腳與混凝土橋墩形成固定連接。鋼結(jié)構(gòu)拱腳外露部分需進(jìn)行重防腐涂裝處理，并定期巡檢養(yǎng)護(hù)。

該工程拱腳處于浪濺區(qū)，拱腳節(jié)段外露部分鋼結(jié)構(gòu)采用重防腐處理措施。拱腳底板以上部分采用二次澆筑混凝土的形式進(jìn)行包封（見圖7）。經(jīng)比選，拱腳最終采用鋼結(jié)構(gòu)拱腳。

4 結(jié) 語

景觀橋是橋梁功能性及藝術(shù)性的結(jié)合，是社會物質(zhì)及精神文明發(fā)展的必然訴求。城市景觀橋方案初創(chuàng)階段重點(diǎn)關(guān)注橋梁方案整體景觀效果，方案優(yōu)化階段應(yīng)以橋梁結(jié)構(gòu)工程師視角進(jìn)行方案優(yōu)化，從而指導(dǎo)后續(xù)施工圖設(shè)計(jì)工作。

圖7 拱腳構(gòu)造圖