異形景觀人行橋梁的研究與設(shè)計(jì)

鐘玉平

深圳市綜合交通設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 深圳 518000

城市人行橋梁不僅需要滿足居民通行需求，更需要滿足人們對(duì)美好生活的向往，城市人行橋梁逐漸從通行載體向城市家具、歷史和人文環(huán)境的載體過(guò)渡，促使城市人行橋梁設(shè)計(jì)逐漸從追求經(jīng)濟(jì)向追求美觀過(guò)渡。因此，城市人行橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)充分結(jié)合現(xiàn)狀條件、周邊環(huán)境、挖掘歷史及人文信息，打造功能完善、景觀效果與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一的藝術(shù)作品。文章以深圳市某座濱海人行橋梁設(shè)計(jì)為例，闡述城市景觀人行橋梁方案的設(shè)計(jì)思路及異形橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，具有一定的參考價(jià)值。

1 工程概述

案例橋梁位于深圳市壩光生物谷，白沙灣路項(xiàng)目K2+882～K2+928規(guī)劃人行道范圍內(nèi)，生長(zhǎng)有紅樹(shù)科植物——秋茄群落。依據(jù)原設(shè)計(jì)方案，將對(duì)項(xiàng)目紅線范圍內(nèi)紅樹(shù)進(jìn)行移植。但是，考慮到紅樹(shù)移植存活率低，且紅樹(shù)移植過(guò)程對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境破壞較大，經(jīng)科學(xué)論證，充分聽(tīng)取行業(yè)專(zhuān)家建議后，為保護(hù)植物多樣性，堅(jiān)持“金山銀山不如綠水青山”的可持續(xù)發(fā)展原則，擬采用橋梁形式跨越現(xiàn)狀秋茄群落。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

該橋梁為保護(hù)紅樹(shù)而設(shè)置，且為海濱橋梁，紅樹(shù)所處灘涂范圍內(nèi)隨處可見(jiàn)螃蟹、貝殼等生物，周邊環(huán)境優(yōu)美。橋梁修建后該處必將成為人們嬉戲游玩之處。因此，該橋梁方案不僅需要滿足行人通行需求，也需要起到保護(hù)紅樹(shù)的作用，還需要為行人提供駐足、休憩、欣賞周邊風(fēng)景的場(chǎng)所。

2.2 景觀造型

該橋梁被命名為“珍貝橋”，以周邊環(huán)境為依托，采用貝殼為設(shè)計(jì)元素，提取海洋浪花作為橋面鑲邊，倡導(dǎo)人與自然和諧共處，警醒人們保護(hù)紅樹(shù)，呵護(hù)自然，保護(hù)環(huán)境。

橋梁共設(shè)置2處供行人休憩的石凳，中間石凳設(shè)置種植槽，作為橋面景觀點(diǎn)綴。內(nèi)側(cè)橋面鋪裝采用山樟木，外側(cè)采用夾膠玻璃，不僅能提升游客的體驗(yàn)感，更能滿足橋下紅樹(shù)生長(zhǎng)所需的光線需求，保證紅樹(shù)的光合作用，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共處。橋梁效果圖如圖1所示。

圖1 橋梁效果圖

珍貝橋上部結(jié)構(gòu)采用1×24m簡(jiǎn)支鋼箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用重力式橋臺(tái)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，全寬為3.5～10.2m，內(nèi)側(cè)（靠機(jī)動(dòng)車(chē)道側(cè)）懸臂長(zhǎng)1.25m，外側(cè)（靠灘涂側(cè)）懸臂最大長(zhǎng)度為3.7m，主梁采用Q345qC鋼板。橋梁最寬處橫斷面如圖2所示。

圖2 橋梁最寬處橫斷面圖（單位：cm）

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)建模

采用Midas Civil程序建立空間板單元模型進(jìn)行計(jì)算。由于橋梁造型奇特，橋?qū)捵兓秶?，為模擬實(shí)際情況，鋼箱梁各板件均按實(shí)際位置建立板單元，網(wǎng)格劃分最大邊長(zhǎng)不超過(guò)0.3m。支點(diǎn)橫向均設(shè)2個(gè)支座，支座間距為2.66m。模型共計(jì)9971個(gè)節(jié)點(diǎn)，12949個(gè)單元，模型如圖3所示。

圖3 板單元計(jì)算模型圖

3.2 設(shè)計(jì)荷載

（1）恒載：鋼材容重為78.5kN/m3，填充鉛砂容重為114kN/m3，填充混凝土為容重24kN/m3。

（2）人群荷載：依據(jù)深圳市《人行天橋和連廊設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（SJG 70—2020）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》）第3.0.7條，取5.0kPa。

（3）風(fēng)荷載：依據(jù)《設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第3.0.7條，基本風(fēng)壓取37.5m/s。

（4）安全等級(jí)：依據(jù)《設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第1.0.4條，取一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要系數(shù)為1.1。

3.3 主梁應(yīng)力驗(yàn)算

對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力驗(yàn)算，主梁頂?shù)装逶诨窘M合下正應(yīng)力云圖如圖4所示。由圖4可以看出，頂板最大壓應(yīng)力為162Mpa，發(fā)生在跨徑約為1/3位置的懸臂板處，該處底板最大拉應(yīng)力為164MPa，小于規(guī)范容許值275÷1.1=250MPa。

圖4 基本組合頂?shù)装逭龖?yīng)力云圖

主梁腹板在作用基本組合下的剪應(yīng)力云圖如圖5所示。由圖5可以看出，腹板最大剪應(yīng)力為97.3Mpa，發(fā)生在大懸臂側(cè)支座處，小于規(guī)范容許值160÷1.1=145.5MPa。

圖5 基本組合腹板剪應(yīng)力云圖

3.4 剛度驗(yàn)算

主梁在人群荷載作用下的位移如圖6所示。由圖6可以看出，最大位移為31mm，發(fā)生在跨中最大懸臂處，滿足《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64-2015）第4.2.3條所規(guī)定的小于48mm的要求。

圖6 人群荷載作用下最大豎向位移圖

主梁在恒載作用下的最大豎向位移值為29mm，依據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.2.4條規(guī)定設(shè)置橋梁預(yù)拱度，取恒載+0.5×活載=29+0.5×31=45mm。

3.5 結(jié)構(gòu)動(dòng)力驗(yàn)算

將相應(yīng)荷載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，對(duì)該橋梁進(jìn)行特征值分析，自振模態(tài)如圖7所示。由圖7可知，橋梁自振頻率為3.4Hz（＞3Hz），滿足《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJ 69—1995）（2003局部修訂版）的相關(guān)要求。

圖7 主梁振動(dòng)模態(tài)圖

4 結(jié)論

通過(guò)該異形景觀人行橋梁設(shè)計(jì)與研究得出以下結(jié)論：

（1）該景觀人行橋梁造型新穎，立意深遠(yuǎn)，較好地體現(xiàn)了人與自然和諧相處，并警醒人民愛(ài)護(hù)環(huán)境，保護(hù)海洋；

（2）主梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定及變形等指標(biāo)相對(duì)合理，滿足相關(guān)規(guī)范的設(shè)計(jì)要求；

（3）通過(guò)板單元建立鋼箱梁模型雖然相對(duì)復(fù)雜，但能較好地反映異形結(jié)構(gòu)的受力情況，便于發(fā)現(xiàn)橋梁設(shè)計(jì)方案的薄弱點(diǎn)并及時(shí)進(jìn)行修改完善。