空間曲面異形橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討

黃政

空間曲面異形橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討

黃政

Kong jian qu mian yi xing qiao liang jie gou she ji yao dian tan tao

一、工程概況

珠海十字門(mén)中央商務(wù)區(qū)位于十字門(mén)水道兩側(cè)，是珠海環(huán)澳城市帶核心。為了提升珠海十字門(mén)中央商務(wù)區(qū)城市品牌的內(nèi)涵和價(jià)值，跨越人工內(nèi)河五座橋梁方案采用國(guó)際招標(biāo)方式征集橋梁方案，橋梁總體布置與周邊環(huán)境的總體景觀、空間的比例相協(xié)調(diào)，人車(chē)分離，簡(jiǎn)潔流暢，體現(xiàn)現(xiàn)代氣息。

海翼橋成橋照片

二、概念方案工程數(shù)字化

海翼橋造型方案整橋從上到下為三維空間曲面選型，本項(xiàng)目將選型按受力與裝飾構(gòu)件進(jìn)行劃分，將造型分為拱形裝飾飄帶、主體魚(yú)腹梁、懸挑觀景平臺(tái)等部分。橋梁全長(zhǎng)81.08m，跨徑為21+34+21m=76m。上部結(jié)構(gòu)采用魚(yú)腹式變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，橋墩采用墻式實(shí)體墩，墩身與上部主梁曲線(xiàn)順接成整體，橋臺(tái)采用座板式橋臺(tái)，基礎(chǔ)形式為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；拱形飄帶和懸挑觀景平臺(tái)均為變截面鋼箱結(jié)構(gòu)。全橋分兩幅布置，橋梁兩側(cè)各設(shè)置8cm伸縮縫。

全橋外形均采用犀牛（Rhinoceros）軟件進(jìn)行參數(shù)化建模，方便查看各截面尺寸，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)尺寸擬定及裝飾外形設(shè)計(jì)，在施工階段指導(dǎo)三維模板放樣。

三、結(jié)構(gòu)選型

橋位場(chǎng)地內(nèi)地層自上而下分別為：人工填筑土（厚約1m）、淤泥（厚約8m）、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（厚約4m）、中風(fēng)化花崗巖。本橋由于造型需要考慮利用淤泥層柔性作用采用連續(xù)剛構(gòu)方案，下部結(jié)構(gòu)為單排樁增加中墩柔度。但在結(jié)構(gòu)受力對(duì)比分析中發(fā)現(xiàn)，由于兩側(cè)懸挑觀景平臺(tái)及上部拱形飄帶的影響，剛構(gòu)方案受力過(guò)于復(fù)雜，抗震性能較差。最后決定采用連續(xù)梁方案，橋墩采用花瓶型實(shí)體墩，墩身與上部主梁曲線(xiàn)順接，墩身水平截面為近似圓角矩形斷面，豎向截面為上寬下窄的花瓶型斷面，最大限度擬合概念方案造型。

連續(xù)梁及剛構(gòu)方案

1.上部構(gòu)造

上部結(jié)構(gòu)采用魚(yú)腹式變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。

（1）箱梁構(gòu)造

箱梁主跨為34m，邊跨為21m，跨中及邊跨端部梁高1.5m，根部梁高3.669m，箱底曲線(xiàn)采用樣條曲線(xiàn)，箱梁為單箱六室斷面結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)斷面頂寬20.865m，底面直線(xiàn)段寬12.6m，兩側(cè)曲線(xiàn)段寬4.1325m，箱梁頂寬在墩頂位置漸變?yōu)?1.865m；箱梁頂板厚25cm，底板厚28cm，腹板厚度在跨中為40cm到根部和端部漸變?yōu)?0cm。

（2）預(yù)應(yīng)力體系

箱梁縱向預(yù)應(yīng)力鋼束布置在腹板中，均采用12-ΦS15.20鋼絞線(xiàn)，全橋共計(jì)72束，預(yù)應(yīng)力管道采用內(nèi)徑90mm 塑料波紋管成孔，群錨M15-12錨具錨固，兩端張拉。

2.下部構(gòu)造

橋墩采用花瓶型實(shí)體墩，上寬下窄，橫橋向頂部最大寬度20.58m，底部最小寬度為19.936m，順橋向頂部最大寬度4.858m，底部最小寬度2.6m，橋墩承臺(tái)尺寸為20.933×5.2×1.5m，基礎(chǔ)采用雙排樁10根φ1.2m鉆孔灌注樁。橋臺(tái)采用座板式橋臺(tái)，承臺(tái)尺寸為20.805×5.5×1.5m，基礎(chǔ)采用雙排樁12根φ1.2m鉆孔灌注樁。全橋樁基礎(chǔ)均按嵌巖樁進(jìn)行設(shè)計(jì)。

四、懸挑觀景平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)

懸挑觀景平臺(tái)位于主橋兩橋墩之間，端部與主梁中橫梁預(yù)埋勁性骨架連接。平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)斷面寬2m（含欄桿），端部連接處局部加寬，采用圓弧線(xiàn)與主橋人行道進(jìn)行順接。平臺(tái)為三維空間造型，平面投影為橢圓線(xiàn)，跨中懸挑出主橋10m。立面投影曲線(xiàn)為樣條曲線(xiàn)，跨中混凝土面高于端部2.25m。

懸挑觀景平臺(tái)受力主體采用直腹板鋼箱梁結(jié)構(gòu)，跨中截面頂板寬2m，底板寬1.2m，懸臂寬度0.4m，梁高0.55m。鋼箱梁高度由跨中向根部變高，與勁性骨架連接處梁高1.50m；鋼箱梁箱室寬度由跨中向根部變寬，與勁性骨架連接處箱室寬為2.143m；鋼箱梁跨中段頂板和腹板厚度為16mm，根部節(jié)段厚度為20mm；橫隔板厚度為12mm，間隔1.5m布置，端部加密至1m。

本橋位于海邊，鋁板耐久性由氟碳烘烤漆進(jìn)行保護(hù)，型氟碳漆以氟樹(shù)脂為主要成分,專(zhuān)為噴涂廠烤漆生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)，具有出色的耐久性、保護(hù)性、持久美觀等優(yōu)異性能。

五、拱形飄帶鋼箱結(jié)構(gòu)

拱形飄帶位于主橋橋墩之上，兩側(cè)人行道之間，橫向凈寬為39.738m，凈高為13.243m，頂部截面中心向車(chē)行方向傾斜6.73m。拱軸線(xiàn)為三維空間樣條曲線(xiàn)。飄帶骨架采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，鋼箱頂、底板均為弧形板，跨中截面高度0.669m，寬度0.952m，根部截面高度1.326m，寬度3m。飄帶鋼板厚度為12mm。飄帶截面兩側(cè)線(xiàn)型單獨(dú)用6mm鋼板加工成型。

六、勁性骨架

懸挑觀景平臺(tái)、拱形飄帶與主梁的連接采用主梁中橫梁內(nèi)預(yù)埋勁性鋼結(jié)構(gòu)骨架的方式進(jìn)行連接。勁性骨架根部預(yù)埋在主梁橫梁內(nèi)，端部連接懸挑觀景平臺(tái)，飄帶底座與主橋中橫梁內(nèi)勁性骨架進(jìn)行焊接，主梁、懸挑觀景平臺(tái)及拱形飄帶三者能過(guò)勁性骨架形成固結(jié)體系。

勁性骨架為鋼箱梁結(jié)構(gòu)，根部高2m，寬3m，懸挑側(cè)尺寸逐步縮小于為2.143m×1.5m，鋼板根部厚度為16mm，懸臂端厚度為20mm。勁性骨架通過(guò)在鋼板上開(kāi)孔和設(shè)置剪力釘，增大與混凝土的抗剪能力。勁性骨架鋼板在對(duì)應(yīng)主梁腹板預(yù)應(yīng)力筋及縱向受力主筋的位置開(kāi)孔。

七、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，空間曲面異形橋梁設(shè)計(jì)具有一定復(fù)雜性、特殊性、多樣性，造型及結(jié)構(gòu)受力方案復(fù)雜，如何在實(shí)際的設(shè)計(jì)中靈活把握，值得我們每一個(gè)橋梁設(shè)計(jì)人員思考。本文結(jié)合工程實(shí)例，從方案參數(shù)化模型建立、結(jié)構(gòu)選型及外觀裝飾等方面分析了橋梁設(shè)計(jì)中相關(guān)要點(diǎn)，只有我們不斷去思考、解決施工中存在的問(wèn)題，才能設(shè)計(jì)出更合理、更有效率的橋梁工程。

（作者單位：珠海市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院）