寧波新典橋主橋設計

陳何峰，趙 煒

[同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市 200092]

1 工程概況

新典橋位于寧波市城市中心區，橫跨奉化江，是溝通海曙區和鄞州中心區的重要城市橋梁，見圖1。新典橋及接線工程對加強海曙區與鄞州中心區交通聯系、完善城市道路交通網絡、有效分擔長豐橋、芝蘭橋的通行壓力意義重大[1]。

圖1 工程地理位置

奉化江通航等級為V 級航道，過往船只數量大，且橋位處河流與主橋斜交角度大，為了減小對河道的影響，主橋未在江中立墩，采用一跨過江的方式，橋型為跨徑213 m（橋長221.6 m）下承式簡支系桿拱橋。橋梁采用雙向6 車道，城-A 級標準，設計時速50 km/h。為給行人增添了一種趣味過江通道，主橋兩側添加了懸挑人行步道，懸挑的慢行步道與主橋拱肋組合形成一個整體，并在橋墩處的濱江大堤內側落地與兩岸步道銜接。

2 橋型構思

寧波簡稱“甬”的由來：早在周朝已有此稱。“甬”字是古代大鐘的一個象形字，在鄞、奉兩縣的縣境上，山的峰巒很象古代的覆鐘，故叫甬山，這條江就叫甬江。

方案設計以“甬”為設計立意：主拱的線條寓意“甬山”，行人步道的線條寓意“甬水”，見圖2。山水結合展現了寧波因“甬”而生，“甬山”、“甬水”相融合的城市理念。同時主橋風撐采用特殊造型，平面造型為寓意“甬”字，具有鮮明的本地城市特色，見圖3。

圖2 方案立意：山水“甬”動

圖3 主橋風撐寓意

作為城市景觀橋梁，不僅要滿足基本的機動車輛的行駛交通功能，同時也應該將以人為本作為出發點，必要時進行人行系統的特色設計，形成具有鮮明特色的城市橋梁人文景觀[2]。

本項目主橋懸挑慢行系統與主橋拱肋組合一個整體，立面的變化，使整個橋梁顯得立體和生動，懸挑的慢行步道與主橋拱肋組合形成一個“甬動山水”整體意向，并在橋墩處的濱江大堤內側落地與兩岸步道銜接，既豐富行人在過江中的行走體驗，同時又與主橋的整體形象融合在一起，形成了具有鮮明特色的城市景觀橋[3]。

3 總體設計

主橋跨徑213 m（主橋長221.6 m），矢高46 m，矢跨比1/4.63，拱軸線為1.7 次拋物線。兩片拱肋向內傾斜16.928°，形成提籃狀。采用六邊形封閉鋼箱型拱肋，拱肋高度由拱頂3.5 m 漸變到拱腳處5 m，拱肋寬度為3.0 m 不變，拱肋的壁板厚度根據受力情況分段布置。主橋橋面標準寬度40.4 m，算上兩側的懸挑人行步道，跨中結構總寬度為56.2 m，見圖4。

圖4 總體布置（單位：m）

4 主要結構設計

4.1 結構體系

新典橋為下承式簡支系桿拱橋，橋面系由橫梁、小縱梁和鋼橋面板構成，橋面鋼梁設置3 道小縱梁。橫梁焊接在兩條系梁間，小縱梁焊接在橫梁上形成梁格，在拱腳處采用箱形端橫梁。鋼系梁布置于橋面兩側，分別與2 片拱肋對齊，系梁與拱肋在連接處固結。

荷載由橋面傳到橫梁，由橫梁傳給縱向鋼系梁，再經由吊桿傳到拱肋，最終由拱和梁固結部傳到橋墩、基礎[4-5]。

4.2 拱肋及風撐

拱肋采用六邊箱型截面，拱底（拱腳與拱肋結合段）高度5 000 mm，拱頂高度3 500 mm。拱肋寬度3 000 mm。主拱按照中心線對稱布置，由于兩拱腳標高不同，故拱肋立面傾斜布置。拱肋隔板分為實腹式和空腹式，兩類隔板間隔布置，隔板間距2 295～2 880 mm。所有隔板均與拱軸線垂直。拱肋與風撐腹板相交處設置隔板[6]。

風撐設置對稱設置兩組，每組設三個風撐，1#、2# 風撐間距約10 m，2#3# 風撐間距約10 m。風撐截面為箱形截面，截面四個壁板焊在拱肋壁板上，拱肋內部對應位置分別設置四個與風撐壁板相同方向的傳力隔板[7]，見圖5。

圖5 風撐布置

風撐的四個壁板焊在拱肋壁板上，對應的位置分別設置四個與風撐壁板相同方向的隔板傳力，與隔板有沖突的加勁肋在這里直接斷掉，其中拱肋的縱向T 肋的翼緣也直接與隔板對上并斷掉，為了方便焊接，四個隔板上都設置人孔，見圖6。

圖6 風撐構造

4.3 主梁

橋面橫梁中心處高2.34 m，考慮橫坡之后系梁高度約為2 m，鋼系梁布置于橋面兩側，分別與2 片拱肋對齊，采用單箱單室斷面，寬度跨中2.5 m，拱腳附近寬4.5 m。橋面鋼梁設置3 道小縱梁。橋面系由橫梁、小縱梁和鋼橋面板構成，橫梁焊接在兩條系梁間，小縱梁焊接在橫梁上形成梁格。在拱腳處采用箱形端橫梁。跨中橫梁高度2.34 m，支點端橫梁處橫梁高度3.34 m，橫梁間距為3 m，小縱梁間距8.1 m，見圖7、圖8。

圖7 標準斷面（單位：mm）

圖8 橫梁處斷面（單位：mm）

4.4 拱梁結合段

拱肋在拱腳位置焊于系梁頂面，對應壁板位置設置豎向隔板傳力，同時為保證傳力的可靠性，在拱梁結合段增設1 道內置腹板進行傳力[8]。支座范圍內設置3 道實腹隔板及2 道支撐加勁，厚度均為44 mm，見圖9。

圖9 拱腳構造

4.5 懸挑慢行系統

新典橋主橋懸挑慢行系統布置在主梁兩側，主要包括三個部分：副拱（裝飾拱）、挑臂系統、挑臂人行道系統，三個系統的結構設計均采用了BIM 正向設計[9]，見圖10。

圖10 懸挑慢行系統橫斷系統圖

4.5.1 挑臂構造

挑臂作為連接副拱和主梁的構件，隨著副拱軸線變化上下起伏，再加上挑臂頂底緣也為圓弧曲線，因此造型較為復雜多樣。挑臂設計不僅需要滿足景觀要求，還要滿足各項凈空要求。采用BIM 設計可以大大提高設計效率，并實現景觀效果的最優化設計。對于景觀上，要保證挑臂上下緣輪廓線從跨中向兩端過渡較為自然順暢，見圖11。

圖11 挑臂三維圖及馬道碰撞測試

4.5.2 副拱構造

副拱軸線為三維空間線型，且沿順橋向副拱斷面逐漸變化，傳統二維設計不僅對于橫斷面設計帶來很大的困難，而且也不便于對各項凈空的檢查。因此本次借助CATIA 設計軟件直接從三維入手，建立副拱三維模型，在建立模型的過程中通過將通航凈空導入到三維模型中，及時發現了副拱侵占通航凈空的問題并予以調整[10]，見圖12。

圖12 副拱通航凈空檢查

4.5.3 挑臂人行道構造

在確定挑臂的位置后，挑臂人行道的位置就可以基本確定，但在人行梯道接地部分由于進入到主梁和副拱拱腳的下方，需保證其人行凈空。若采用傳統二維設計難以檢查人行凈空高度是否滿足，如圖所示，本次對挑臂人行道也采用三維正向設計，見圖13。

圖13 懸挑人行道接地部分凈空

4.6 牛腿

考慮到行人通過橋底的凈空需求，對于小箱梁引橋與主橋銜接位置無法設置蓋梁擱置引橋，因此考慮在主梁端部設置牛腿支撐引橋。在引橋支座中心線位置設置1 道通長的橫向隔板，縱向按照小箱梁間距（2 820 mm）設置縱向縱向隔板，（需要注意避開頂板U 肋等），縱向隔板與牛腿上翼緣均為整板，并伸入端橫梁第一個箱室內部，上翼緣在進入箱室內部后可做開口處理，見圖14。

圖14 牛腿構造（單位：mm）

4.7 吊桿及錨固系統

拱上梁上錨固均采用吊耳構造[11]。拱上吊點水平間距為4.5 m，保證拱上吊點水平間距4.5 m 不變，通過設置一道較強的內置T 形縱梁來傳力，在非吊耳區域T 形縱梁腹板700 mm×24 mm，翼緣400 mm×24 mm，在吊耳附近腹板局部加厚至40～48 mm。

梁上錨固構造與拱上錨固類似，吊點水平間距為6 m，對應橫梁位置，耳板插入橫隔板，在耳板對應位置一道T 肋加強，該T 肋與相鄰隔板相連接，見圖15。

圖15 拱上錨固構造

為了保證防腐可靠，吊桿采用填充型環氧涂層鋼絞線（厚環氧涂層型，且中心絲與邊絲之間的間隙也須填充環氧樹脂），公稱抗拉強度1 860 MPa，公稱直徑φ15.2 mm。

本項目吊索上錨點為固定端，下錨點為張拉端。利用高空作業車為操作平臺，采用汽車吊進行吊索安裝。采用張拉工裝進行張拉。分兩次進行張拉，第一次是支架拆除后，張拉相應的吊索，索力張拉到支架全部拆除后的理想索力的70%；第二次是附屬結構施工完，對全橋索力進行調整，索力調整到成橋索力的100%。

4.8 下部結構

主墩下采用直徑1.5 m 的鉆孔灌注樁（摩擦樁），樁長78 m。固定支座的承臺下布置9 根樁基，承臺尺寸為10 m×10 m×3.5 m，其余每個承臺下設置8 根樁基10 m×9.1 m×3.5 m，墩柱為圓形截面，直徑為3.5 m。

本橋位于城市主干路上，橋位地區抗震設防烈度為7 度，地震動峰值加速度為0.10g。根據《城市橋梁抗震設計規范》（CJJ 166—2011），大跨度拱橋抗震設防分類為甲類，“甲類橋梁所在地區遭受的E1和E2 地震影響，應按地震安全性評價確定”。根據《新典橋及接線（鄞奉路—廣德湖路）工程場地地震安全性評價報告》中的參數進行抗震設計。阻尼比取3%，E1 采用50 a 10%超越概率，E2 采用50 a 2%超越概率。

抗震設防目標為：遭受E1 地震作用時，主橋上部結構、橋墩以及各橋墩樁基礎結構、連接結構總體反應在彈性范圍，一般不受損壞或不需修復可繼續使用；遭受E2 地震作用時，可發生局部輕微損傷，不需修復或經簡單修復可繼續使用。

主橋西側橋墩高2.6 m，東側橋墩高4.8 m，墩高較低。根據驗算結果可知，在E2 地震作用下，橋墩和樁基依靠結構本身能滿足受力要求，不需額外增加樁基或者增大橋墩尺寸，故主橋采用的抗震體系為地震作用下，直接依靠結構本身承擔地震作用力。根據E2 地震下支座所受地震力大小，支座水平承載力需提高至30%[12]。

5 結 語

寧波新典橋創造性地采用帶有懸挑慢行系統的下承式系桿拱橋，拱軸線采用1.7 次拋物線，拱肋采用六邊箱型截面，由于是異型拱，為了保證拱肋受力的合理性，拱肋上設置兩組共六道風撐。系梁采用單箱單室斷面，與正交異性橋面系采用焊接連接。懸挑慢行系統布置在主梁兩側，主要包括三個部分：副拱（裝飾拱）、挑臂系統、挑臂人行道系統。考慮到行人通過橋底的凈空需求，對于小箱梁引橋與主橋銜接位置無法設置蓋梁擱置引橋，因此考慮在主梁端部設置牛腿支撐引橋，即節約造價又提升景觀效果。