淺談什邡雍湖公園異形人行景觀橋總體設(shè)計(jì)

【摘要】什邡雍湖公園異形人行景觀橋作為接雍湖公園和城東公園的紐帶，是城市慢行道路系統(tǒng)的延伸，設(shè)計(jì)采用景觀設(shè)計(jì)手法，橋上以綠化為主，站在橋上猶如置身公園當(dāng)中，并且融合了交通、休閑、運(yùn)動(dòng)、城市地標(biāo)、商業(yè)等多元化的功能，實(shí)現(xiàn)了一座“綠色”“多元”“浪漫”的景觀橋。橋梁以“綠色的飄帶”為主題，以運(yùn)用書法中連續(xù)轉(zhuǎn)筆技巧，將“S”型線條進(jìn)行提煉，形成橋體平面造型構(gòu)圖，通過大變寬非對(duì)稱異形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)景觀平面造型，以圓形觀景平臺(tái)實(shí)現(xiàn)開孔，并結(jié)合建筑設(shè)計(jì)，打造半敞開和多元化的休閑空間。橋梁全長302 m，橋?qū)?～18.1 m，主梁采用整體式直腹板單箱多室鋼箱梁。設(shè)計(jì)時(shí)，通過設(shè)置TMD阻尼器、橋側(cè)裝飾、燈光裝飾、梯道及坡道等人性化設(shè)施提升人行景觀橋的通行體驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】異形結(jié)構(gòu)； 景觀橋； 綠化； 鋼箱梁； 多元化

【中圖分類號(hào)】U448.11A

1 工程概況

雍湖公園共占地面積約39 hm2，規(guī)劃依托現(xiàn)有場地條件和什邡市的歷史文化，以“生態(tài)環(huán)保、和諧健康”為主題，以什邡市花——山茶花為主體，遵循平和、開敞、宜人、休憩等原則，采用清水型生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)，展現(xiàn)和諧優(yōu)美的城市面貌，打造川西北最具影響力的，集自然生態(tài)、水源涵養(yǎng)、休閑、娛樂、養(yǎng)生、運(yùn)動(dòng)、科普教育、防災(zāi)避險(xiǎn)為一體的大型綜合性城市休閑生態(tài)公園。

雍湖公園異形人行景觀橋作為接雍湖公園和城東公園的紐帶，是城市慢行道路系統(tǒng)的延伸，主橋分三聯(lián)，共長302 m，橋?qū)?～18 m，第一聯(lián)跨越京什東路，第三聯(lián)為圓形觀景平臺(tái)，主梁采用整體式直腹板單箱多室鋼箱梁，以大變寬非對(duì)稱異形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)景觀平面造型（圖1）。本次設(shè)計(jì)采用景觀設(shè)計(jì)手法，橋上設(shè)置多處綠化，將橋體作為公園的延續(xù)，并綜合考慮了橋梁的外部形式、內(nèi)部功能，以及對(duì)自然生態(tài)和社會(huì)生態(tài)的影響［1］，將技術(shù)思維和藝術(shù)思維結(jié)合，突出橋梁時(shí)代感和標(biāo)志性［2-3］。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期： 100年。

（2）設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.1。

（3）橋梁設(shè)計(jì)使用年限：主體結(jié)構(gòu)50年；欄桿、伸縮縫、支座等15年。

（4）設(shè)計(jì)荷載：

①人群荷載：按照《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》取值；

②裝飾荷載：不大于4 kN/m2；

③基本風(fēng)速：37.5 m/s （100年一遇）。

（5）環(huán)境類別：Ⅰ類。

（6）抗震標(biāo)準(zhǔn)：擬建橋位處于地震基本烈度7度區(qū)，橋梁提高1度設(shè)防；設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g，建筑場地類別為Ⅱ類，設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)特征周期為0.4 s。

（7）橋面寬度組成：0.15 m桿+（7.7～18.0） m人行道+0.15 m欄桿=8.0～18.3 m（主橋）。

（8）橋下通行凈高：車行道通行凈高不小于5 m。

3 橋梁景觀設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)思路

什邡素有“書法之鄉(xiāng)”的美譽(yù)，運(yùn)用書法中連續(xù)轉(zhuǎn)筆技巧，將“S”型線條進(jìn)行提煉，形成橋體平面造型構(gòu)圖，行云流水，靈動(dòng)飄逸，賦予該橋“邡墨”寓意，即什邡的墨寶（圖2）。

橋上景觀設(shè)計(jì)以綠化為主，將雍湖公園的綠化延伸至城市慢行道路系統(tǒng)，站在橋上猶如置身公園當(dāng)中，打造一座坐落于道路上的公園。橋上圓形平臺(tái)設(shè)計(jì)為環(huán)形構(gòu)造，形成半開敞式休憩空間，可作為書吧、咖啡廳、觀景平臺(tái)等多功能活動(dòng)空間（圖3）。

3.2 橋側(cè)景觀裝飾

本橋位于什邡市回瀾鎮(zhèn)小地名為桂圓橋，它早于三星堆一期文化的遺存，是目前成都平原發(fā)現(xiàn)的最早的新石器時(shí)代文化遺存。該遺址出土了多件珍貴文物，其中最具代表性的文物為侈口深腹陶罐，本次設(shè)計(jì)提取侈口深腹陶罐的繩紋紋理作為雍湖公園人行景觀橋的橋側(cè)裝飾造型，建筑形態(tài)參考罐口形狀。裝飾造型提取什邡出土文物銅龍形飾飛龍態(tài)，整座橋猶如飛龍?jiān)谔欤A(yù)示著什邡的發(fā)展蒸蒸日上（圖4）。

3.3 橋梁燈光裝飾

橋梁燈光裝飾應(yīng)注重綠色照明，強(qiáng)調(diào)照明的綜合環(huán)境效果，營造燈光環(huán)境下的獨(dú)特意境。本橋通過燈光引導(dǎo)來延展什邡地域魅力，以更多元的方式展示多彩的文化景觀。根據(jù)橋型及橋面景觀特征，用燈光主次表現(xiàn)方式，通過沉浸互動(dòng)的燈光氛圍，形成什邡地標(biāo)景觀橋。

由圖5所示，橋面燈光①通過沿橋面鋪裝分格線設(shè)置LED條形動(dòng)態(tài)發(fā)光地磚燈，配合地面星光呼吸燈，達(dá)到繁星點(diǎn)點(diǎn)，螢星曼舞的效果。橋面燈光②在橋欄桿內(nèi)側(cè)以地面線性燈，形成互動(dòng)燈光；外側(cè)則設(shè)置媒體立面。橋面燈光③為鏤空處，設(shè)置動(dòng)態(tài)水簾，達(dá)到燈光與人互動(dòng)的效果。橋面燈光④為圓形觀景平臺(tái)處，設(shè)置感應(yīng)地面燈，互動(dòng)跟隨，沉浸式體驗(yàn)。

橋體燈光通過在橋側(cè)、人行梯步側(cè)洗墻、橋柱投光照明以及橋面欄桿照明，并設(shè)置橋面基本功能照明，突出橋體特征，以達(dá)到連接橋常規(guī)亮化照明的功能。

市政工程高建峰， 吳正攀： 淺談什邡雍湖公園異形人行景觀橋總體設(shè)計(jì)

4 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 橋梁總體布置

雍湖公園人行景觀橋在結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)為大變寬、非對(duì)稱，多曲率、橋面開孔等異形特征。橋梁兩側(cè)邊線曲率不同，且橋?qū)捵兓容^大，如果按常規(guī)單主梁鋼箱梁橋設(shè)計(jì)，箱室內(nèi)側(cè)隔板布置較為困難。因此，本次設(shè)計(jì)采用雙主梁實(shí)現(xiàn)橋梁的非對(duì)稱及多曲率，雙主梁間通過設(shè)置橫隔板來調(diào)節(jié)橋梁寬度的變化，從而使工程技術(shù)保證了藝術(shù)造型的可行可靠［4］。

主橋橋跨布置為：（2×20+43+2×27）m+（26+19.055）+4×23.77 mm=302.135m，為十一跨連續(xù)鋼箱梁橋。主橋分三聯(lián)，橋?qū)?～18.1 m，第一聯(lián)主跨43 m越京什東路，兩端接雍湖公園及奧維商業(yè)廣場，凈空按照不小于5 m控制天橋的標(biāo)高。

4.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主梁采用直腹板式單箱多室鋼箱梁，平面上為非對(duì)稱多曲率大變寬構(gòu)造（圖6），采用雙主梁實(shí)現(xiàn)第一聯(lián)與第二聯(lián)橋梁的非對(duì)稱曲率，雙主梁間通過設(shè)置橫隔板來調(diào)節(jié)橋梁寬度的變化，分叉開孔處為弧形次主梁構(gòu)造。第三聯(lián)圓環(huán)形構(gòu)造則通過單主梁實(shí)現(xiàn)。

單主梁段主梁梁高為1.4 m，雙主梁及弧形次主梁梁高為1.7 m。1.4 m梁高主梁頂?shù)装搴窈穸葹?4 mm，腹板厚度為14 mm；1.7 m梁高主梁頂?shù)装搴窈穸葹?6 mm，腹板厚度為16 mm。主梁均采用Q355C鋼。

4.3 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主橋主墩結(jié)構(gòu)為鋼管混凝土橋墩，Φ0.8 m、Φ1.0 m，下接承臺(tái)樁基礎(chǔ)，承臺(tái)高均為1.8 m，樁基均為Φ1.2 m，采用鉆孔灌注樁。為滿足結(jié)構(gòu)抗傾覆要求，本次設(shè)計(jì)在第一聯(lián)雙主梁區(qū)域設(shè)置一處固結(jié)墩。

4.4 梯道及坡道設(shè)計(jì)

北側(cè)設(shè)置一處坡道，坡道全長56 m，跨度為4×14 m，坡道上部結(jié)構(gòu)采用600 mm高鋼箱梁，斷面組成為0.15 m（欄桿）+3.7 m+0.15 m（欄桿）=4.0 m，坡道縱坡為10.6%。坡道下部結(jié)構(gòu)采用采用樁柱式墩，圓柱墩Φ0.5 m，為鋼墩，鉆孔灌注樁樁徑Φ1.0 m；橋臺(tái)采用蓋梁下接Φ1.0 m鉆孔灌注樁。

南側(cè)設(shè)置一處坡道，主橋坡道全長25 m，跨度為（10+15） m，坡道上部結(jié)構(gòu)采用600 mm高的鋼箱梁，斷面組成為0.15 m（欄桿）+4.7 m+0.15 m（欄桿）=5.0 m，坡道縱坡為8%。坡道下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式墩，圓柱墩Φ0.8 m，為鋼墩，鉆孔灌注樁樁徑Φ1.2 m；橋臺(tái)采用蓋梁下接Φ1.0 m鉆孔灌注樁。

全橋共設(shè)3座梯道，梯道編號(hào)為梯道T1、梯道T2、梯道T3。梯道T1、梯道T2上部結(jié)構(gòu)采用300 mm高鋼箱梁，斷面組成為0.15 m（欄桿）+2.7 m（踏步）+0.15 m（欄桿）=3.0 m。梯道T3上部結(jié)構(gòu)采用600 mm高的鋼箱梁，斷面組成為0.15 m（欄桿）+2.7 m（踏步）+0.15 m（欄桿）=3.0 m。梯道下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式墩，圓柱墩Φ0.5 m。

4.5 附屬設(shè)計(jì)

4.5.1 鋪裝

主橋橋面：采用6～16 cm厚C40細(xì)石混凝土，表面涂刷CSS彩色防滑路面材料，并設(shè)置彩繪。

梯道及坡道橋面：采用6 cm厚C40細(xì)石混凝土，表面涂刷CSS彩色防滑路面材料，并設(shè)置彩繪。

4.5.2 橋面防水及排水

主橋采用鋼纖維防水混凝土兼顧防水層；梯道防水材料宜采用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，防水涂料應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18445-2012《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料》的相關(guān)規(guī)定。

主橋橋面設(shè)置縱、橫坡，橋梁兩側(cè)設(shè)置D100排水口以匯集橋面雨水并通過D100排水縱管將雨水收集起來，端部設(shè)置收水口，于橋墩處接入市政排水管道。

4.5.3 伸縮縫

在主橋兩段及梯道與主橋之間均需設(shè)置伸縮縫，采用蓋板型鋼伸縮縫。

4.5.4 支座

主橋兩端橋墩采用GJZF4四氟滑板支座，中間橋墩采用GJZ板式橡膠支座；梯道支座均采用GJZ板式橡膠支座。

5 橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算

5.1 模型建立

計(jì)算采用MIDAS CIVIL軟件，建立全橋整體空間模型［5］（圖7），鋼梁采用梁單元單梁模擬，并將下部墩柱及樁基（用土彈簧模擬支承條件）按實(shí)際設(shè)計(jì)尺寸一同模擬以較準(zhǔn)確地模擬支承的剛度。在建立鋼梁截面時(shí)，僅考慮頂、底板縱橫向加勁肋的幾何特性，橫隔板、腹板豎向加勁肋、頂?shù)装鍣M向加勁肋、翼緣板等考慮到自重提高系數(shù)。

圖7 全橋有限元分析模型

5.2 鋼構(gòu)件抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

依據(jù)JTG/T 064-01-2015《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)鋼箱連續(xù)梁按受彎構(gòu)件進(jìn)行基本組合下強(qiáng)度驗(yàn)算，受拉翼緣采用考慮剪力滯影響后有效截面，受壓翼緣采用同時(shí)考慮剪力滯和局部穩(wěn)定影響后有效截面。

經(jīng)計(jì)算，基本組合包絡(luò)下，主橋第一聯(lián)鋼箱梁正截面最大拉應(yīng)力為正應(yīng)力為119.2 MPa（位于Z3支點(diǎn)上緣），最大壓應(yīng)力為148 MPa（位于Z3支點(diǎn)下緣）；第二聯(lián)及平臺(tái)正截面最大拉應(yīng)力為正應(yīng)力為85.5 MPa，最大壓應(yīng)力為105.4 MPa，均遠(yuǎn)小于容許值270 MPa，主橋鋼箱梁在承載能力極限狀態(tài)下的抗彎強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

5.3 鋼構(gòu)件抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算，基本組合包絡(luò)下，第一聯(lián)主橋鋼箱梁剪應(yīng)力最大值為67 MPa（出現(xiàn)在Z3支點(diǎn)處），第二聯(lián)及平臺(tái)主橋鋼箱梁剪應(yīng)力最大值為74.2 MPa，均遠(yuǎn)小于容許值160 MPa，抗剪強(qiáng)度滿足要求。

5.4 鋼構(gòu)件豎向撓度驗(yàn)算

依據(jù)CJJ 69-95《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》2.5.2條規(guī)定：天橋上部結(jié)構(gòu)，由人群荷載計(jì)算的最大豎向撓度，梁板式主梁跨中不應(yīng)超過L/600。當(dāng)結(jié)構(gòu)重力和人群荷載產(chǎn)生的向下?lián)隙炔怀^跨徑的1/1600時(shí)，可不設(shè)預(yù)拱度。

經(jīng)計(jì)算，第一聯(lián)豎向最大撓度為25.7 mm，第二聯(lián)及平臺(tái)8.9 mm，梁體豎向撓度均滿足規(guī)范要求，且僅主橋43 m主跨考慮設(shè)置預(yù)拱度。

5.5 主橋舒適度計(jì)算分析

根據(jù)現(xiàn)行CJJ69-95《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》，人行天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率不應(yīng)低于3 Hz，參考《德國人行橋設(shè)計(jì)指南EN03，2007》，在人致振動(dòng)結(jié)構(gòu)分析中，重點(diǎn)應(yīng)考慮的模態(tài)頻率范圍為：豎向1.2～4.5 Hz，橫向小于1.2 Hz。當(dāng)天橋上部結(jié)構(gòu)豎向自振頻率小于3 Hz時(shí)，應(yīng)進(jìn)行人致振動(dòng)響應(yīng)驗(yàn)算。

本次將第一聯(lián)主橋、第二聯(lián)主橋及平臺(tái)橋、坡道橋分開建模，并分別建立10個(gè)振型模態(tài)來驗(yàn)算鋼結(jié)構(gòu)天橋上部豎向自振頻率，最小豎向自振頻率均出現(xiàn)在1階模態(tài)，見表1。

由表1可知，第一聯(lián)主橋上部結(jié)構(gòu)一階豎向自振頻率為3.05 Hz，滿足規(guī)范要求，但位于豎向頻率1.25～3 Hz敏感范圍附近，故本次設(shè)計(jì)對(duì)第一聯(lián)進(jìn)行人致振動(dòng)舒適度分析［6］。人行密度參照《德國人行橋設(shè)計(jì)指南EN03》TC5交通級(jí)別取值，人群密度d=1.5人/m2。

單位面積行人流荷載函數(shù)如下式：

p_v（t）=pcos（2πf_st）×ψ×γ

定義人行荷載時(shí)程函數(shù)，如圖8所示。

按模態(tài)形狀輸入節(jié)點(diǎn)動(dòng)力荷載，得到結(jié)構(gòu)豎向加速度時(shí)程曲線得最大加速度為1.71 m/s2，行人舒適度較差，需要設(shè)置TMD阻尼器。第一聯(lián)主橋共設(shè)置2個(gè)TMD阻尼器，單個(gè)TMD的質(zhì)量為1 t，頻率為2.9 Hz，阻尼比為0.1。

TMD與墊高塊沿天橋縱向，布置于43 m主跨跨中位置，橫向箱室內(nèi)對(duì)稱居中布置。設(shè)置TMD阻尼器后，得到結(jié)構(gòu)豎向加速度時(shí)程曲線的最大加速度為0.21 （m/s2）lt;0.5 m/s2，參照《德國人行橋設(shè)計(jì)指南EN03》評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，滿足CL1級(jí)舒適等級(jí)，行人舒適度較好，滿足要求。

6 結(jié)束語

雍湖公園異形人行景觀橋以雍湖公園和城東公園為依

托，以獨(dú)特的造型與結(jié)構(gòu)拓展了區(qū)域的景觀，不僅滿足了橋梁的使用功能，也提升周邊環(huán)境，同時(shí)與地域文化統(tǒng)一，反映了新時(shí)代什邡市的精神風(fēng)貌。雍湖公園異形人行景觀橋于2023年10月開工建設(shè)，建成后本橋的設(shè)計(jì)方法和思路可為同類多曲率大變寬景觀橋的建設(shè)提供借鑒。

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