蘇州市斜港大橋——雙層桁架式拱梁組合橋方案比選

宋馨

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司蘇州分院，江蘇　蘇州　215000）

蘇州市斜港大橋——雙層桁架式拱梁組合橋方案比選

宋馨

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司蘇州分院，江蘇蘇州215000）

蘇州斜港大橋是一座全鋼結構的雙層橋面桁架式拱梁組合體系橋梁，為蘇州市東環快速路南延工程的一個重要節點。橋位對面是蘇州的千年古橋寶帶橋。由于其特殊地理位置，橋梁除滿足交通功能外，還應具有較好的景觀效果。斜港大橋跨徑布置為69 m+180 m+69 m=318 m。上層橋面寬41.6 m，為城市快速路；下層橋面寬48.6 m，為城市主干路；橫橋向布置兩片主桁，主桁間距36 m。全橋共十六車道，車道規模在國內外位居前茅。介紹了該橋的設計理念以及設計方案和技術要點的比選。

雙層橋面；鋼結構拱梁組合體系；概念設計；方案比選

0　引言

伴隨著我國城市交通的快速發展和土地資源的日益稀缺，為在有限的空間內提高使用效率，在一些城市快速路或公路橋梁中，可以滿足不同的交通需求雙層橋面橋梁得到了越來越廣泛的應用［1］。近年來建成的較有代表性的雙層橋面橋梁有重慶朝天門大橋［2］、重慶菜園壩長江大橋、上海閔浦大橋［3］和閔浦二橋［4］等。同時，隨著橋梁建造技術的日益成熟，在對橋梁美學的追求也越來越高，在城市橋梁設計中，除了要滿足功能需求外，還需體現橋梁與當地的自然景觀和人文環境相融合［5］，同時還要考慮結構的經濟性以節約工程造價，。這就要求重視橋梁的前期概念設計，并進行多方案的比選。

1　概述

蘇州市斜港大橋為蘇州市東環快速路南延工程的重要節點，位于吳中區蘇申外港線與京杭大運河交叉口處，承擔著東環南延快速路及其地面輔道的過河交通，兩個交通系統在橋位處均為雙向八車道；橋上還要設置檢修道、人行道和非機動車道。橋梁車道規模大，交通繁重。

橋位附近為蘇州的千年古橋寶帶橋，是一座53孔的石拱橋，新建橋梁在造型上必須與之呼應，以體現橋梁與自然景觀和人文環境相和諧的設計效果，見圖1。

圖1　蘇州的千年古橋——寶帶橋

2　主要技術標準

（1）道路等級：城市快速路（設計車速80 km/h）和城市主干路（設計車速50 km/h）。

（2）道路凈空要求：不小于5 m。

（3）荷載等級：公路-Ⅰ級。

（4）通航標準：規劃三級航道，通航凈高7 m，最高通航水位2.24 m（黃海高程）；航道內不允許設橋墩。

（5）抗震標準：基本地震動峰值加速度為0.1 g，主橋抗震設防類別為A類，按8度采取抗震措施。

3　主橋總體設計的方案比選

3.1橋梁橫斷面布置層次的選擇

斜港大橋需同時通行快速路和地方道路兩個系統，橋位南北兩側500 m范圍內均有道路交叉口，相交道路分別為城市主干路和次干路。

若采用單層橋面布置，地面道路突破規劃紅線范圍較大，平面線形復雜，線形技術標準低，涉及的道路包括交叉口改造難度大。同時由于受到非機動車道縱坡和坡長的限制，地面系統的豎曲線無法與交叉口順接。故主橋橫斷面采用雙層橋面布置的方案，上層橋面通行東環南延快速路和檢修道，下層橋面通行地面輔道及人非系統。

3.2主梁形式的選擇

按材料劃分，主梁一般有三種形式：混凝土結構、全鋼結構、鋼-混凝土組合結構。相比全鋼結構，混凝土結構和組合結構自重大，下部結構規模大，施工速度慢。因此，本橋主梁宜采用全鋼結構。

本橋的顯著特點是雙層橋面，車道數量多、橋面寬，與鋼箱梁相比較，主梁更宜采用鋼桁梁的形式。為提高主梁剛度，減少用鋼量，鋼橋面板除承擔局部荷載外，還與主桁共同參與總體受力，稱為“結合鋼桁梁”［3］。

3.3橋型的選擇

斜港大橋主跨180 m，適用于此的橋型有自錨式懸索橋，斜拉橋、梁橋、拱橋。在選擇橋型時，除了考慮道路線形、結構受力、施工方案、通航要求等常規因素外，鑒于斜港橋位于蘇州的千年古橋寶帶橋對面，橋梁形態還需充分考慮與環境相協調，體現傳統文化等因素。

蘇州地處江南水鄉，歷史悠久，山明水秀，文韻厚重，人杰地靈，歷來享有“上有天堂，下有蘇杭”的美譽。蘇州又是一座著名的水城，整個古城依水而造，前巷后河，形成“小橋、流水、人家”的獨特風貌。蘇州的古橋以石拱橋居多，現代橋梁中也有大量的系桿拱橋。斜港大橋面對著蘇州的千年古橋——寶帶橋，是一座53孔的石拱橋。斜港橋的造型必須與之呼應，以體現橋梁與自然景觀和人文環境相和諧的設計效果。從城市文化和橋位特色的角度出發，選擇拱橋最為適宜，拱橋也是一種造型變化最豐富、最富有傳統特色的橋型。設計中進行了兩種方案的比選。

（1）方案一：吳波曉月

相傳在農歷八月十八子時明月當空，寶帶橋的每一個橋孔都幻出一個月亮，隨波起伏，猶如一串明月。本方案主題即為“吳波曉月”，跨徑布置為75 m+180 m+75 m=330 m，采用下承式梁拱組合體系。拱采用三根鋼管混凝土結構，在空間上呈三角形布置。主梁采用雙層橋面桁架形式，見圖2。

（2）方案二：古韻悠長

蘇州的音樂源遠流長，蘇州的樂師們在長期的改革創新中恢復了失傳已久的傳統樂器-箜篌。本方案的主題為“古韻悠長”，主拱的造型取自箜篌上弦的曲線。主橋采用下承式拱梁組合體系，跨徑布置為69 m+180 m+69 m=318 m。主拱采用全鋼結構的桁架形式，主梁采用雙層橋面桁架形式，見圖3。

圖2　方案一吳波曉月日景鳥瞰

圖3　方案二古韻悠長日景鳥瞰

經征詢蘇州市職能部門、專家和市民意見，最終確定方案二作為斜港大橋的推薦方案。

4　推薦方案結構形式的方案比選

4.1桁式的選擇

鋼桁梁的桁式一般有華侖桁、三角桁（又稱純華侖桁）、N形桁（又稱普拉特桁），見圖4～圖6。

圖4　華侖桁

圖5　三角桁

圖6　N形桁

相比華倫桁，三角桁與N形桁外形和節點構造更簡潔。N形主桁與三角主桁的區別在于桿件的長度，當鋼桁梁的桁高與節間距一定時，三角主桁的桿件最大長度較N形主桁小；也即當桿件的最大長度一定時，三角主桁的節間距或桁高可以更大。當桿件為壓屈穩定控制設計時，三角主桁更經濟。本橋活載比重較大，壓屈穩定控制設計的桿件較多，采用三角桁式較優。

4.2節間長度及吊桿間距的選擇

加勁梁主桁節間長度需與吊桿間距相匹配，常規長度為6 m、9 m、12 m。根據道路縱斷面設計要求，結構高度需盡量降低，導致橫梁高度受到限制；為減少主桁框架的節間彎矩和扭矩，橫梁根數宜盡可能少。綜合考慮，橫梁中心間距定為4.5 m。由橫梁間距確定主桁節間長度為9 m，相應吊桿間距也定為9 m。

4.3桁片的比選

針對本橋橋面較寬的特點，進行了兩片主桁和三片拱肋主桁兩個方案的比選，見表1。

表1　桁片綜合比選表

經綜合比選，雖然方案二和造價相對較省，但考慮到斜港大橋對景觀效果要求較高，同時施工工期較緊，故選擇兩片桁架作為推薦方案。

4.4成橋吊桿力的比選

本橋為拱梁組合體系，成橋吊桿力決定了外荷載在拱梁之間的分配比例。本文分別對比了成橋吊桿力承擔33%、60%、75%、100%恒載重量時，主橋主要構件的受力情況（工況為主力組合下），見表2。

表2　成橋吊桿力與主橋構件應力的關系

從總體穩定性（特別是上拱）和屈曲穩定角度來看，主拱應力不應過大；應充分發揮主梁剛度大的優勢。

吊桿力為33%恒載時，主梁應力過大，需要加強，不宜采用。吊桿力為60%、80%、100%時，主梁、主拱受力均符合規范要求，并有一定富裕。

同時，設計對比了二、三、四工況下，拱的穩定性，工況二下拱的穩定性最好。

經綜合比較，最終吊桿力確定承擔約75%恒載重量，取為1 764 kN。

5　推薦方案總體設計

經過上述比選，最終推薦方案定為雙層橋面桁架式拱梁組合體系，主橋跨徑布置為69 m+180 m+ 69 m=318 m。橫橋向布置兩片主桁，主桁間距36 m。上層橋面寬41.6 m，其中車行道寬33 m，為城市快速路；下層橋面寬48.6 m，其中車行道寬33 m，為城市主干路；上層橋面設置1 m寬的檢修道，下層橋面設置1.5 m寬人行道和3 m寬非機動車道，見圖7、圖8。

圖7　立面布置圖（單位：m）

圖8　斷面布置圖（單位：cm）

6　結　語

城市橋梁的設計，不僅滿足交通功能，同時還要綜合考慮城市景觀需求。斜港大橋采用雙層橋面布置，全橋共十六車道，車道規模在國內外位居前茅。主橋采用雙層橋面桁架式拱梁組合體系，是一座設計新穎、技術復雜、科技含量較高和創新建設的橋梁。通過本文的介紹，希望能為類似的橋型提供更多的設計和研究經驗，進而推動其發展。

［1］孫建淵，陳階亮.城市橋梁雙層交通的概念設計［J］.橋梁建設，2006（2）:39-42.

［2］段雪煒，徐偉.重慶朝天門長江大橋主橋設計與技術特點［J］.橋梁建設，2010（2）:37-40.

［3］馬骉，顏愛華，鄧青兒，等.上海閔浦大橋設計與構思［J］.上海建設科技，2010（5）:1-4.

［4］周良，張本良，彭俊，等.閔浦二橋主橋設計及技術創新［J］.城市道橋與防洪，2010（9）:24-29.

［5］肖汝誠.橋梁結構體系［M］.北京:人民交通出版社，2013.

［6］閆興非，鄧瑋琳，彭俊，等.公軌雙層大跨徑鋼桁架橋節點試驗研究［J］.中國市政工程，2011（5）:68-72.

U442.5

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1009-7716（2016）07-0093-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.028

2016-03-08

宋馨（1975-），女，山東濱州人，高級工程師，從事橋梁設計工作。