濰坊白浪河大橋主橋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

余 沛，韓守杰，馬建寧，周 莉

(1.商丘工學(xué)院土木工程學(xué)院，河南商丘 476000;2.濰坊濱海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)交通運(yùn)輸局，山東濰坊 262737;3.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051)

濰坊白浪河大橋主橋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

余 沛1，韓守杰1，馬建寧2，周 莉3

(1.商丘工學(xué)院土木工程學(xué)院，河南商丘 476000;2.濰坊濱海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)交通運(yùn)輸局，山東濰坊 262737;3.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051)

以在建的濰坊白浪河大橋?yàn)橐劳泄こ蹋芯苛酥鳂蜾撹旒軜蛄旱脑O(shè)計(jì)方法。采用連續(xù)鋼桁架結(jié)構(gòu)體系，在設(shè)計(jì)過程中對多個(gè)關(guān)鍵位置進(jìn)行細(xì)化，提出鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)的要點(diǎn);利用有限元軟件對鋼桁架的拼裝進(jìn)行模擬，并且介紹了主橋與摩天輪連接部位的施工順序。研究結(jié)果表明:主桁采用不帶豎桿的三角形腹桿體系，可以有效地與摩天輪結(jié)合起來，進(jìn)而提高摩天輪的安全性能，為橋梁與摩天輪的組合提供了全新的設(shè)計(jì)方法。

桁架橋;腹桿體系;橋梁設(shè)計(jì);摩天輪

1 工程概況

濰坊濱海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)白浪河大橋工程位于港營路上跨白浪河處，海河路地道工程為白浪河大橋下橋。港營路白浪河大橋主橋跨徑布置為45 m+50 m+50 m+45 m的雙層桁架橋，全長190 m。上層引橋?yàn)?×35 m的鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，單幅橋?qū)?3 m，接上層桁架橋，下層引橋?yàn)?×35 m的鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，單幅橋?qū)?.7 m，接下層桁架橋懸臂結(jié)構(gòu)。

白浪河規(guī)劃河道底寬500 m，設(shè)計(jì)堤頂高程為6．13 m，河道邊坡1 ∶3，通航水位為2.5 m(按蓄水位)，橋梁要求7級航道通航，雙孔通航凈空不小于4.5 m，凈寬不小于25 m，主橋橋型及摩天輪布置如圖1所示。

圖1 主橋橋型及摩天輪布置

2 主橋建設(shè)條件

主橋距白浪河入海口2 km;河漫灘寬度為600 m，高程在0～0.5 m;主河床寬度為200 m左右，高程在－1.5～0 m。

(1)地形地貌。濰坊濱海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)原始地形低洼，河漫灘標(biāo)高0～0.3 m，主河槽標(biāo)高－1．0～－1．5 m，兩側(cè)岸邊地面標(biāo)高0.9～1.1 m，橋基部位沙溝最深處高程為－7.6 m，一般在－3～－4 m，寬度約250 m，屬于濱海沉積平原之古河床。

(2)地質(zhì)條件。濰坊濱海地處濰坊市北部沿海中部地區(qū)，地勢西南高、東北低，南北方向平均坡度為1/5000到1/10000，東西方向在一條水平線上，地勢平坦，最高海拔 3．5～3．7 m，是第四系全新統(tǒng)的海積地層，屬海岸地貌。

(3)氣候條件。場區(qū)屬北溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，春季風(fēng)多雨少;夏季炎熱多雨，溫高濕大;晚秋少雨;冬季干冷，寒風(fēng)頻吹。

(4)水文條件。本場地環(huán)境類型為Ⅱ類，地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕性，干濕交替對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具強(qiáng)腐蝕性(長期浸水具弱腐蝕性)，對鋼結(jié)構(gòu)具中等腐蝕性，在設(shè)計(jì)的過程要考慮防腐。

3 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

港營路路中線為規(guī)劃路中線，由于主橋分隔帶中間布置有摩天輪，故中央分隔帶寬度為0.5～7.8 m。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級為一級;荷載標(biāo)準(zhǔn)為城-A汽車荷載，適用于城市主干路;人群荷載為3 kN·m－2的均布荷載。根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 11—2011)，本標(biāo)段工程抗震設(shè)防烈度為7度，地震動(dòng)峰值加速度為0.15g;橋梁抗震設(shè)防類別為乙類，橋梁抗震設(shè)防措施等級為8級。

本項(xiàng)目河道通航要求為:通航設(shè)計(jì)水位2.5 m，雙孔通航單側(cè)寬度不小于25 m，凈空不小于4.5 m;機(jī)動(dòng)車道橫坡為雙向1.5%;人行道橫坡為1%。摩天輪工程要符合特種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。

4 主橋鋼桁架梁設(shè)計(jì)

4．1 主橋橫斷面布置

考慮到橋梁是集游樂、交通、商業(yè)一體化設(shè)計(jì)，主橋采用鋼桁架，分上下2層，人車分流，具體布置如下。

上層橋面:0．5 m(防撞護(hù)欄)+12 m(機(jī)動(dòng)車道)+0．5 m(防撞護(hù)欄)+7．8 m(中央分隔帶/摩天輪)+0．5 m(防撞護(hù)欄)+12 m(機(jī)動(dòng)車道)+0．5 m(防撞護(hù)欄)。

下層橋面:3 m(人行道及欄桿)+3．5 m(非機(jī)動(dòng)車道)+32．5 m(摩天輪活動(dòng)區(qū))+3．5 m(非機(jī)動(dòng)車道)+3 m(人行道及欄桿)。

4．2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

白浪河大橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用連續(xù)鋼桁架結(jié)構(gòu)，位于摩天輪中心處。桁架橋由上下2層組成，上層為機(jī)動(dòng)車道，下層為非機(jī)動(dòng)車和人群以及摩天輪活動(dòng)區(qū)，采用4片主桁，主桁中心距為11.1 m+9.7 m+11.1 m。

主桁之間通過上、下層的縱橫梁連接，上縱梁和上橫梁設(shè)置混凝土疊合層以傳遞汽車活載。主桁采用不帶豎桿的三角形腹桿體系，底面水平，頂面隨縱坡變化，上下弦桿中心高差為4.37～5.27 m，鋼桁架梁全高 5.88～6.78 m，如圖2、3所示。

圖3 主橋立面布置

4．3 橋梁結(jié)構(gòu)組成

鋼桁架橋的構(gòu)件尺寸如下。

(1)主桁上、下弦桿:采用箱形斷面，斷面尺寸為700 mm×800 mm，板厚 30 mm。

(2)主桁斜桿:采用箱形斷面，斷面尺寸為700 mm×400 mm，板厚 30 mm;支點(diǎn)附近斜桿加強(qiáng)至700 mm×700 mm，單箱雙室，板厚 30 mm。

(3)上橫梁:采用工字?jǐn)嗝妫瑪嗝娉叽鐬?00 mm×700 mm，板厚 30 mm。

(4)下橫梁:采用工字?jǐn)嗝妫瑪嗝娉叽鐬?00 mm×700 mm，板厚30 mm。

(5)上縱梁:采用工字?jǐn)嗝妫瑪嗝娉叽鐬?40 mm×700 mm，頂?shù)装搴?0 mm，腹板厚16 mm。

(6)下縱梁:采用工字?jǐn)嗝妫瑪嗝娉叽鐬?40 mm×600 mm，頂?shù)装搴?0 mm，腹板厚16 mm。

(7)橋面板:主桁上弦桿、上橫梁、上縱梁上設(shè)置剪力鍵，與上層混凝土橋面板連接，橋面板厚200 mm;下層橋主要為人群荷載，采用 12 mm厚鋼橋面板。

(8)橋面鋪裝:上層橋面采用4 cm細(xì)粒式瀝青混凝土、6 cm中粒式瀝青混凝土、防水層10 cm混凝土。

4．4 主橋鋼桁架拼裝

主桁架(包括上下弦桿及斜桿、上層縱橫梁、下層縱橫梁、剪刀撐)均采用龍門吊進(jìn)行安裝。

現(xiàn)場桁架節(jié)段的組裝采用“臥拼”的組裝方法，具體過程如下。

(1)現(xiàn)場將上、下弦桿單元件進(jìn)行接長焊接，焊接時(shí)考慮焊接收縮量，預(yù)先將焊接收縮量留在桿件上，如圖4所示。

圖4 弦桿焊接

(2)上、下弦桿定位時(shí)也要考慮斜桿與上、下弦焊接時(shí)的焊接收縮量，組裝時(shí)桁架高度比設(shè)計(jì)梁高略高，如圖5所示。

圖5 弦桿定位

(3)斜桿上胎定位組裝需翻身焊接，如圖6所示。

圖6 弦桿組合

單榀桁架縱向劃分為7個(gè)吊裝節(jié)段，每個(gè)桁架吊裝節(jié)段在廠內(nèi)分別制作成桿件單元。桁架桿件單元分為上弦桿、下弦桿及斜桿。桿件單元在現(xiàn)場組裝成桁架。其余構(gòu)件包括上、下縱橫梁及人行道縱橫梁均制作成桿件單元到現(xiàn)場進(jìn)行吊裝焊接。工廠內(nèi)制作完成的梁段運(yùn)輸至現(xiàn)場，在現(xiàn)場拼裝區(qū)內(nèi)拼裝成大節(jié)段后采用2臺80 t龍門進(jìn)行安裝。主要安裝順序?yàn)?4榀主桁架、下層縱橫梁、上層縱橫梁及剪刀撐。

5 主橋與摩天輪組合體系

摩天輪建于白浪河大橋中央，輪盤直徑為125 m。與傳統(tǒng)的摩天輪形式不同，白浪河摩天輪采用了創(chuàng)新的固定圓環(huán)的結(jié)構(gòu)形式，突破了傳統(tǒng)摩天輪中間的輻條形式，輪盤鋼環(huán)采用流線型的外觀造型，體現(xiàn)建筑本體的優(yōu)美質(zhì)感，而轎艙將沿著設(shè)置在固定輪盤上的軌道旋轉(zhuǎn)，在實(shí)現(xiàn)觀光輪功能的同時(shí)，也成為濰坊濱海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的地標(biāo)性建筑，如圖7所示。

圖7 主橋與摩天輪組合效果

主橋上、下層縱橫梁均安裝完成后，拆除原有龍門，改裝成高腿龍門，用于摩天輪斜腿支撐上部結(jié)構(gòu)的安裝。主橋與摩天輪基礎(chǔ)組合如圖8所示。

圖8 主橋與摩天輪基礎(chǔ)組合

6 結(jié)語

通過對濰坊白浪河大橋主橋及摩天輪組合結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析，采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，分上下2層建設(shè)，并增加剪刀撐，提高了主橋的承載力;采用不帶豎桿的三角形腹桿體系，上、下橫梁采用工字?jǐn)嗝妫⒃O(shè)置剪力鍵，提高了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。通過分析，提出下列設(shè)計(jì)與施工的建議。

(1)在橋梁設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該認(rèn)真查閱當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和水文地質(zhì)條件，為設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)。

(2)在入海口設(shè)計(jì)建造大直徑摩天輪與橋梁的一體化結(jié)構(gòu)時(shí)要考慮風(fēng)荷載和海水的腐蝕性。

(3)結(jié)合施工相關(guān)安排，合理安排主橋的施工順序;選取有利的環(huán)境條件，可以有效減少風(fēng)荷載及溫度變形產(chǎn)生的應(yīng)力變化。

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Steel Structure Design of Main Bridge of Weifang Bailang River Bridge

YU Pei1，HAN Shou-jie1，MA Jian-ning2，ZHOU Li3
(1．School of Civil Engineering，Shangqiu Institute of Technology，Shangqiu 476000，Henan，China;2．Transportation Bureau of Weifang Binhai Economic and Technological Development Zone，Weifang 262737，Shandong，China;3．Tianjin Municipal Engineering Design ＆Research Institute，Tianjin 300051，China)

Based on the ongoing project of Bailang River Bridge in Weifang City，the design method for main bridge of steel truss structure was studied．Using the structural system of continuous steel truss，a number of key positions were refined in the design process，and the main points of steel truss bridge design were proposed．The finite element software was used to simulate the assembly of steel trusses，and the construction sequence of the connection between the main bridge and the Ferris wheel was introduced．The main truss that applies a triangle system with no vertical members combines effectively with the Ferris wheel and thus improves the safety of it．The practice provides a new design method for the combination of bridge and Ferris wheel．

truss bridge;web member system;bridge design;Ferris wheel

U442．5

B

1000-033X(2017)09-0055-04

0 引 言

鋼桁架橋梁因受力結(jié)構(gòu)合理、施工速度快，被設(shè)計(jì)人員廣泛采用，其一般由吊索、主橋、纜繩、加筋梁和底座組成，目前主要有鋼桁架梁和鋼箱梁2種形式［1-5］。鋼桁架梁在透風(fēng)性能和抗扭方面有明顯優(yōu)勢［6-8］，而鋼箱梁的優(yōu)勢在于節(jié)省鋼材和橋面鋪裝方面技術(shù)已經(jīng)成熟［9-11］。摩天輪現(xiàn)在主要應(yīng)用于游樂場所，很少用在橋梁上，2009年建設(shè)的天津永樂橋采用摩天輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［12］，實(shí)現(xiàn)了橋梁與摩天輪的組合。

濰坊白浪河大橋采用無軸式摩天輪與鋼桁架橋梁合一的模式，主橋?yàn)? m+50 m+50 m+45 m的雙層鋼桁架橋，全長190 m，橋中央是高138 m的無軸式摩天輪，是世界上最大的無軸式摩天輪與橋梁的組合。本文以濰坊白浪河大橋?yàn)楸尘埃芯繕蜉喓弦磺闆r下的主橋鋼桁架設(shè)計(jì)方法及吊裝順序，介紹摩天輪與鋼桁架橋輪組合的受力狀態(tài)。

2017-01-28

河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目(16A880036);住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部綠色施工科技示范工程項(xiàng)目(S42015026)

余 沛(1982-)，男，河南永城人，碩士，工程師，講師，研究方向?yàn)橥聊竟こ淌┕づc管理。

［責(zé)任編輯:杜衛(wèi)華］