淺析城市無背索斜拉景觀橋的結構選型及設計

楊　揚，唐宗富，王　亮

(1.中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安　710000；2.中冶京誠工程技術有限公司，北京　100073)

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淺析城市無背索斜拉景觀橋的結構選型及設計

楊揚1，唐宗富1，王亮2

(1.中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安710000；2.中冶京誠工程技術有限公司，北京100073)

摘要：隨著社會經濟飛速發展，城市化進程持續推動，城市跨河橋梁兼具聯接交通及景觀建筑的功能，已經成為了城市風景線越來越重要的組成部分，對景觀橋梁的設計要求也不斷提高。結合設計實例提出無背索斜拉類景觀橋設計方案，并就該類景觀橋的結構選型及構造設計進行了詳細的分析，同時簡要介紹橋梁景觀設計的重要性及未來趨勢，對同類景觀橋梁設計具有重要參考意義。

關鍵詞：城市橋梁；無背索斜拉；景觀設計

1工程概況

本項目位于某市經濟技術開發區內，是未來該市城南的核心區域，周邊規劃有大量高檔社區，同時本項目跨越的河道也是該市內主要景觀河流，河流兩岸綠化茂盛，因此對新建橋梁有較高的景觀要求。

本項目所在道路為城市主干路，橫斷面寬60 m。本橋位于跨越景觀河流處，連接該河東西兩岸，是貫通該項目的重要節點。跨河橋梁主體結構采用3～20 m預應力混凝土空心板梁，橫向四幅布置，橋梁與河道正交；橋梁景觀結構設置于側分帶處，為無背索斜拉鋼塔結構型式，鋼塔、拉索及錨梁自成一體，受力上與橋梁主體上部結構完全分離。

2橋梁總體方案

2.1橋梁造型設計

結合本項目的水域環境以及周圍建筑的風格，橋梁采用一座3跨20 m的梁式橋。梁式橋的形態具有很強的沿水平向伸展的力動感和穿越感，并且它與河流及城市直線條的建筑相一致，給人們一種與環境協調的美感。采用等跨布置，會增強橋梁整體勻稱、穩定的效果。根據現場實際觀測，該河河岸坡度較緩，橋下空間不大，故上部結構采用空心板結構方案，提高橋梁的泄洪能力。在梁式橋的基礎上，我們通過對景觀結構的設計，使橋梁達到景觀效果。

本項目的景觀造型為斜拉橋，橋梁造型高貴、典雅，宛如兩把豎琴矗立在景觀河上，蜿蜒流淌的河水，不停的撥動著琴弦，奏響了城市發展的華彩樂章。

2.2橋梁總體布置

橋梁上部分為四幅，橋寬分別為6 m(左人行橋)+2 m(分隔帶)+17 m(左幅橋)+1 m(中央分隔帶)+17 m(右幅橋)+2 m(分隔帶)+6 m(右人行橋)，其中左、右幅橋為機動車道及非機動車道，兩側各設置一座人行橋，之間預留2 m分隔帶，在分隔帶處設置景觀結構。

景觀結構采用索塔結構，錨固體系采用鋼筋混凝土錨梁。橋塔塔座以上高27 m，兩塔腳處分別傾斜60°和73°。橋塔塔座以上7 m段采用鋼箱混凝土結構，線形采用直線型，其余部分為鋼箱結構，線形采用圓曲線。橋塔順橋向寬度為變截面，橫橋向寬度為1.8 m。拉索采用GJ15-4整束擠壓鋼絞線，橋塔上索距為豎向2 m，錨固形式為耳板，錨梁上索距為5 m，錨固形式為錨塊。錨梁采用鋼筋混凝土Π型錨梁，寬1.9 m，高0.95 m，腹板寬0.3 m。

橋塔下部結構采用3 m高塔座+2.5 m高承臺，基礎采用直徑1.2m的鉆孔灌注樁，樁長25 m，共8根。

3結構設計

3.1橋塔設計

橋塔計算采用Midas空間有限元程序進行計算，采用Ansys進行校核；計算采用空間桿系模型，上部空心段為鋼箱截面，下部為鋼箱混凝土組合截面。計算模型單元長度約1 m，全塔共 44 個節點、40 個單元，塔底固結。由于該橋塔為裝飾性橋塔，斜拉索索力很小，計算不考慮斜拉索和錨梁的共同作用，僅將斜拉索索力施加在橋塔相應節點上。

橋塔塔身按照《建筑結構荷載規范》和《鋼結構設計規范》進行計算。計算采用以下荷載組合：

組合 1:1.35x 恒荷載+1.4x 順橋向風荷載+1.4 順橋向正溫差

組合 2:1.35x 恒荷載+1.4x 順橋向風荷載+1.4 順橋向負溫差

組合 3:1.0x 恒荷載+1.0x 順橋向風荷載。

較不利組合下塔壁內外側應力見圖1-圖4。

圖1　組合1塔壁外側應力圖(MPa)

圖3　組合2塔壁外側應力圖(MPa)

圖4　組合2塔壁內側應力圖(MPa)

從以上圖中可以看出，橋塔承載能力組合應力最大為 26 MPa，最小為-29 MPa,遠小于規范容許值的要求；根據組合3計算橋塔的整體彈性穩定性，其穩定系數完全滿足相關規范要求的穩定安全系數。

3.2錨梁設計

簡支錨梁采用Dr.Bridge平面桿系有限元程序進行計算，普通鋼筋土截面，梁體共劃分24個單元，25個節點；經計算其抗彎承載力和正常使用階段裂縫見圖5-圖6所示。

圖5　錨梁抗彎承載能力示意圖(kN·m)

圖6　錨梁正常使用階段裂縫示意圖(mm)

從以上圖中可以看出，錨梁強度及裂縫均滿足規范要求。

4結論

4.1無背索斜拉景觀橋設計總結

(1)景觀上，選型與周邊環境協調一致，充分體現了現代美感。

(2)總體布置上，主體結構與景觀結構受力分離，互不影響，兼顧了交通功能與景觀效果。

(3)城市規劃上，優化城市布局結構，優化功能配置，是建設優良人居環境的需要。

(4)環境上，改善城市生態環境,賦予城市獨特的氣質和魅力。

(5)社會經濟效益上：本實例項目完成后為當地開發區的經濟發展發揮了紐帶作用，同時景觀橋造型也達到了地標性建筑的效果，社會經濟效益明顯；對同類景觀橋型具有重要參考意義。

4.2景觀橋梁設計的重要性

目前，我國很多城市都是依水而建，隨著城市的快速發展，城市河流的功能發生變化，從傳統的提供水源、運輸交通轉向成為塑造國際化大都市環境重要的一部分。

橋梁與水相依共存，隨著水環境的改善，人們對橋梁這類公共建筑物的景觀設計也越來越重視。城市河流上的橋梁不僅為連接兩岸陸路交通提供了方便，更是塑造城市特色的需要。橋梁與河流、城市的歷史文化環境、社會人文環境一起處在人們的生活空間之中，構成整體景觀。它既可以展示當地文化特色，又賦予城市獨特的氣質和魅力，還吸引著旅游者的目光。

優秀的景觀橋梁將成為城市的標志性建筑物，成為永久性的人文景觀，它不僅可以大大改善城市面貌，還可以帶來環境、經濟等效益，給人們的生活帶來變化。

4.3景觀橋梁的未來發展趨勢

(1)合理的總體布置，主體結構與景觀結構要主次分明、受力明確，結構之外的裝飾物不宜過多，總體上須協調一致。

(2)良好的功能體現，橋梁最主要的是跨越功能，主體結構的安全性應進一步得到強化。

(3)較好的經濟性能，不可一味求新、求大、求高，要實事求是，有的放矢，為經濟型社會做出表率。

(4)和環境協調一致，要與周圍的環境相融合，既能夠體現橋的美，又不能顯得太突兀。

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收稿日期：2016-03-11

作者簡介：楊揚(1982-)，女，北京東城人，工程師，研究方向：橋梁工程。

中圖分類號：U415.1

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)05-0095-02