赤壁市東洲人行橋設(shè)計(jì)

田莉蓉

（中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢430014）

1 工程概況

赤壁市東洲人行橋橫跨陸水河，東西走向，西側(cè)為蒲圻古城，東側(cè)為赤壁外灘商業(yè)中心。橋梁全長254.718 m，鋼箱梁橋面，部分區(qū)域鑲嵌玻璃走道。西岸廣場臨河側(cè)為重力式擋墻，近四邊形布置，在夯實(shí)填土的基礎(chǔ)上鋪設(shè)混凝土磚。東岸廣場為框架式建筑，圓弧狀布置。東洲人行橋建成后為陸水河兩岸居民交通出行帶來極大便利。橋梁全貌見圖1。

圖1 東洲人行橋全貌

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 總體方案構(gòu)思

橋梁美學(xué)設(shè)計(jì)既要滿足慢行交通的功能要求，又要融合地區(qū)藝術(shù)文化特點(diǎn)[1-2]。赤壁作為三省交匯的交通要塞，以赤壁之戰(zhàn)、萬里茶道和羊樓洞古鎮(zhèn)聞名，孕育了豐富的三國文化和茶文化。東洲人行橋規(guī)劃連接陸水河西側(cè)古城和東側(cè)外灘，起終點(diǎn)位置與河流流向交角約為107°。由于橋頭兩岸為民眾休閑區(qū)，采用斜交直線橋方案，視覺效果較差。為規(guī)避缺陷，綜合研究后，最終方案主體結(jié)構(gòu)采用起終點(diǎn)正交直線段+中間雙S 型流暢曲線段外形過渡，造型優(yōu)美且消除了斜交方案的不利影響。同時(shí)采用綠色橋面鋪裝與整體涂裝，構(gòu)筑茶葉的形與色，彰顯了地域文化特色。鋼箱梁結(jié)構(gòu)與承重玻璃橋面相結(jié)合，夜晚3D玻璃上演燈光秀，打造流光溢彩的夜景，成為陸水河上的藝術(shù)地標(biāo)。通過主梁分幅和中央平臺(tái)的連通，方便人流的聯(lián)系轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)通行能力滿足人行需求。東洲人行橋人流跡線見圖2。

圖2 東洲人行橋人流跡線

2.2 橋梁線形設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)劃平面，橋梁兩岸為陸水河一級(jí)階地，兩側(cè)堤岸上為沿河步道。本橋造型的獨(dú)特與美觀主要通過整體線形來表現(xiàn),并與周圍環(huán)境相融合。其中：（1）橋梁的主梁平面由半徑為50 m 的左偏圓曲線和右偏及之間的緩和曲線組成,曲線設(shè)計(jì)流暢鮮明地表達(dá)出赤壁茶文化的特色。（2）第3～6 跨主梁分幅布置，通過中央平臺(tái)的連通，方便人流的聯(lián)系轉(zhuǎn)換。（3）分幅橋跨通行區(qū)鑲嵌玻璃走道，中央連通平臺(tái)設(shè)置3D 玻璃走道，將橋梁功能性和景觀性高度融合。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）荷載等級(jí)：人群荷載為4.1 kN/m2。

（2）抗震設(shè)防烈度：6 度，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g。

（3）橋梁設(shè)計(jì)使用年限：50 a，鋼化玻璃設(shè)計(jì)使用年限為8 a。

（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)。

（5）橋下堤邊路凈空不小于3.0 m。

（6）防洪標(biāo)準(zhǔn)：50 a 一遇。

3.2 總體布置

橋梁一聯(lián)七跨，孔跨布置為（30+35.003+36.185+42.767+41.898+35.865+30）m=254.718 m。橋梁寬度從6～8 m 變化，橫斷面布置如下:

（1）分幅段[見圖3（a）]：0.2 m（人行道欄桿）+5.6 m（行人+非機(jī)動(dòng)車道）+0.2 m（人行道欄桿）=6.0 m。

（2）合并段[見圖3（b）]：0.2 m（人行道欄桿）+7.6 m（行人+非機(jī)動(dòng)車道）+0.2 m（人行道欄桿）=8.0 m。

圖3 橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：m）

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3.1 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上部結(jié)構(gòu)采用變高變寬鋼箱梁結(jié)構(gòu)，鋼材材質(zhì)Q345qD。鋼箱梁梁高1.5～2 m。合并段箱梁采用單箱雙室箱形截面，合并段為順接分幅箱梁，局部進(jìn)行變寬變高處理，箱室由單箱雙室變化至單箱六室結(jié)構(gòu)。分幅段箱梁中央設(shè)置橋面玻璃結(jié)構(gòu)，整個(gè)結(jié)構(gòu)分成橋面玻璃段的邊主梁結(jié)構(gòu)和墩頂箱梁結(jié)構(gòu)。邊主梁為雙箱雙室結(jié)構(gòu)，固定間距采用橫梁進(jìn)行橫向連接，墩頂鋼箱梁為單箱三室結(jié)構(gòu)。中央連接段為變寬鋼箱梁，變寬采用箱梁挑臂長度進(jìn)行變寬，箱梁中央設(shè)置橋面承重玻璃，箱梁結(jié)構(gòu)也分為單箱三室和邊主梁兩種結(jié)構(gòu)形式。

橋面承重玻璃采用鋼化夾層玻璃。鋼化玻璃必須進(jìn)行均質(zhì)處理，表面玻璃必須進(jìn)行防滑處理。承重玻璃間邊主梁采用橫梁進(jìn)行連接，橫梁為焊接工字型開口橫梁。鋼化夾層玻璃組合厚度為3 層15 mm厚的均質(zhì)鋼化玻璃，層間設(shè)厚1.78 mm 的PVB 或SGP 膠片。鋼化玻璃應(yīng)該能夠滿足在極端故意錘擊作用下，即使兩層玻璃同時(shí)受損，仍具有承載行人所必要的強(qiáng)度。玻璃周邊與鋼箱梁接觸區(qū)域設(shè)置10 mm厚硬橡膠墊圈，玻璃側(cè)面與角鋼銜接處設(shè)置泡沫棒和密封膠以保障玻璃在荷載作用下有足夠的變形協(xié)調(diào)能力。

3.3.2 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橋墩為柱式橋墩，1#、7# 橋墩墩身截面為長軸2.4 m、短軸1.6 m 的橢圓形截面，墩頂下6 m 為截面漸變的墩帽部分；墩頂截面為長軸5.0 m、短軸2.2 m的橢圓形截面。2#、6# 橋墩為雙墩布置，3#～5# 橋墩為單墩布置。墩身截面均為長軸2.4 m、短軸1.6 m 的橢圓形截面，墩頂下4 m 為截面漸變的墩帽部分；墩頂截面為長軸3.0 m、短軸2.2 m 的橢圓形截面。墩帽截面的漸變以圓弧線為跡線。橋墩均設(shè)置單排共2 根直徑1.5 m 的鉆孔灌注樁。0#橋臺(tái)為U 形橋臺(tái)，橋臺(tái)基礎(chǔ)采用雙排共4 根直徑1.2 m 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

3.4 施工方案

搭設(shè)施工便道和圍堰，施工下部結(jié)構(gòu)橋墩與橋臺(tái)。然后，主梁鋼箱梁采用分節(jié)段工廠預(yù)制、現(xiàn)場吊裝與焊接的方法施工，安裝橋面承重玻璃。最后，施工橋面和附屬結(jié)構(gòu)，完成橋梁主體結(jié)構(gòu)施工，進(jìn)行橋梁荷載試驗(yàn)。

4 主橋結(jié)構(gòu)受力分析

4.1 計(jì)算模型

采用Midas Civil 有限元分析軟件，橋梁整體計(jì)算結(jié)構(gòu)體系實(shí)質(zhì)為連續(xù)鋼箱梁，主梁、橋墩、承臺(tái)均采用梁單元模擬，承重玻璃以荷載形式添加。整體計(jì)算有限元模型見圖4。

圖4 橋梁結(jié)構(gòu)有限元模型

4.2 計(jì)算結(jié)果分析

4.2.1 主梁應(yīng)力驗(yàn)算及撓度驗(yàn)算

橋梁的靜力計(jì)算考慮結(jié)構(gòu)自重、人群荷載、風(fēng)荷載、整體升降溫、主梁梯度溫度（按英標(biāo)BS 5 400 計(jì)算）、基礎(chǔ)不均勻沉降。主梁在基本組合下主梁應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見圖5。

圖5 基本組合正應(yīng)力包絡(luò)圖（單位：MP a）

控制截面應(yīng)力見表1。根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)條文，截面受壓翼緣應(yīng)考慮局部穩(wěn)定影響，受拉或受壓翼緣應(yīng)考慮剪力滯效應(yīng)的影響。分別對以上截面進(jìn)行考慮剪力滯效應(yīng)和局部穩(wěn)定效應(yīng)的應(yīng)力修正，計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

表1 控制截面應(yīng)力修正表 單位：MP a

在人群荷載作用下，最大位移發(fā)生在第四跨跨中，位移為-25 mm。根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》中不大于L/500=85 mm 的要求，結(jié)構(gòu)剛度均滿足規(guī)范要求。

4.2.2 主梁振動(dòng)分析

《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，人行天橋豎向振動(dòng)自振頻率應(yīng)不小于3 Hz，以避免產(chǎn)生共振，造成行人不安全感和構(gòu)件的疲勞破壞[3]。計(jì)算時(shí)將橋梁自重與二期恒載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，進(jìn)行特征值分析，一階豎向自振頻率最低為3.12 Hz，滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)舒適度滿足規(guī)范要求。主梁一階豎向自振振型見圖6。

圖6 主梁一階豎向自振振型

4.2.3 橋梁穩(wěn)定性計(jì)算

將主梁結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝、人行欄桿作為常量，將風(fēng)荷載和人行荷載作為變量，對左幅4# 墩頂支點(diǎn)底板最大受壓工況進(jìn)行屈曲分析，主梁最小屈曲系數(shù)為28.8，大于4，滿足整體穩(wěn)定要求。

5 結(jié) 語

赤壁市東洲人行橋造型獨(dú)特、線形優(yōu)美。該橋采用空間曲線造型，具有獨(dú)特的景觀效果。其結(jié)構(gòu)形式以連續(xù)梁主體，不同于常規(guī)的裝飾景觀橋，以其獨(dú)特的線形打造與眾不同的景觀效果。鋼箱梁與3D 承重玻璃橋面相結(jié)合,景觀效果得到進(jìn)一步提升。目前該橋梁已交付使用，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益良好。