一座多跨 V形连续刚构景观桥结构设计

徐冬伟

上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司 200120

摘要：城市人行桥景观要求高，造型奇特，结构特殊，是城市景观的重要构成之一。多跨V形连续刚构桥结构轻盈流畅，富有现代艺术气息，与城市景观契合度较高。结合桥梁的工程特点，介绍桥梁整体设计思路及结构布置。对重点部位进行局部精细化分析设计，并给出了附属设计及桥梁施工的要点。

关键词：景观桥梁；V形刚构；墩梁固结；销轴；局部分析

概述

长风公共绿地新建工程项目坐落于普陀区长风街道，项目范围东至木渎港、西至真北路、北至同普路、南至云岭东路，城市公共绿地。该项目南北分为5A及6A两个地块，中间为现状云岭东路。项目包含一座景观桥梁工程，跨越现状云岭东路，串联起两个地块，该桥梁定位为景观人行桥梁。

图1：桥梁平面图

桥梁总体方案设计

在现代城市环境里，作为公共服务设施的人行桥梁，应符合公众审美的景观要求^[1]。桥梁造型应现代简洁，具备时代特征。装饰和材料应与周边建筑风格特征呼应；桥梁色彩与周边建筑群落环境色和谐。人行天桥在满足交通功能的前提下，更应该注重景观功能和休闲服务功能，结合周边建筑增强和完善综合服务能力和水平，片区化的地上步行空间，更是人们休闲游憩，给人愉悦空间体验与回忆的场所。步行空间是城市建筑空间在功能上的扩展和补充，是开放性、公共性更强的城市灰空间，是人工环境与自然环境的交融与渗透，是人类生活区域的延伸空间。

桥梁设计方案应符合现代景观特色，更应并恰到好处的融入周边环境，为周边地区的建筑景观增加亮点。在该项目前期阶段，结合经济指标和景观效果的反复比较，在征询各方意见之后，经过多轮方案比选，最终确定多跨V形钢构连续梁桥为桥梁工程的推荐方案。该方案主体为梁式桥梁，上部结构为异形钢箱梁外加修饰的方案，整体效果简洁明快。整体式箱梁分为两个箱室，桥下底面线条锐利而丰富，结构配以灯光修饰空间，富有现代艺术气息，给人结构轻盈剔透的感觉。桥梁下部采用V字形桥墩结构，受力合理，结构力量感强。无论是桥上行人或者桥下通行，均能得到良好的视觉感受。

该工程人行天桥上跨现状城市次干路云岭东路，根据景观绿地的总体平面线形设计，人行天桥位于直线段和圆曲线上。根据公园及周边居民及商务出行人流预测分析，并结合园林专业总体道路设计，桥梁总宽拟采用6.0m。现状云岭东路道路红线总宽32m，桥下梁底净空不小于5.0m。

图2：桥梁整体效果图

桥梁结构设计

根据方案总体设计理念，兼顾本人行天桥的功能要求和景观要求，本人行天桥采用结构线形简洁、轻盈，连续、明快的梁式结构。桥梁结构设计才用的主要技术标准如下：

（1）桥梁结构设计基准期100年.

（2）设计安全等级为一级；桥梁结构重要性系数1.1。

（3）人群荷载根据（CJJ69-1995）《城市人行天桥与人行地道技术规范》取用，桥面人群荷载按5kPa计。

（4）本工程场地属IV类建筑场地，地震基本烈度7度，设计基本地震加速度为0.10g。

（5）为避免共振，第一阶结构竖向自振频率不小于3Hz。

根据场地现状环境以及地下拟建的建筑平面布置，人行天桥上跨云岭东路主跨跨径采用42m，引桥标准跨径采用41m及35m渐变过渡。全桥跨径布置：35+2x41+42+3x35=264m。两侧采用轻型桥台布置，台后填土控制高度2.5m左右，接顺园林道路，桥接坡采用放坡设计，两侧设置植草护坡，与公园景观融为一体。桥墩采用V形钢结构桥墩，与主梁刚接形成刚架结构。其中P1及P6墩由于桥梁结构高度限制，墩高过低V形桥墩造型不佳，采用混凝土花瓶墩立柱，墩顶设置支座，释放因温胀作用产生的水平推力优化结构的整体受力。基础形式为φ800钻孔灌注桩，每个桥墩4根桩，每个桥台设置2根。

图3：桥梁总体立面布置图

桥梁自身景观要求较高，断面考虑景观要求而特殊设计。上部钢梁采用工厂预制，现场拼装的方法施工，施工周期短，有利于加快施工进度，经济节约。桥梁主梁采用钢结构，梁高全桥统一的采用1.9m，为连续钢箱梁结构^[2]。主梁全宽6.0m，采用整体式钢箱梁断面，顶底板厚16mm，箱室为斜腹板箱梁设计，箱室间设横隔板，板厚12mm，间距3.0m。

图4：钢箱梁断面图

下部结构桥墩采用V字形钢结构桥墩，墩梁之间节点为固接节点设计，结构刚度能得到加强，整体结构合理，设计及施工难度均较为可控。梁柱节点需重点细化设计，横隔板板厚适当加厚至16mm。柱脚采用整体式节点设计，两侧立柱交汇于同一节点，节点外形为钻石型，与桥梁整体现代简洁的设计造型一致，美观简洁。

桥梁柱脚通过销轴^[3]节点铰接于桩顶承台。斜腿钢构桥梁在运营过程中，由于温度升降温的影响，柱脚如采用固接体系将会产生显著的温度伸缩内力。销轴节点上耳板板厚50mm，双下耳板板厚35mm，销轴直径200mm。施工过程中采用临时固接锁定及临时支架支撑以确保施工安全准确进行，施工完毕拆除临时固接，安装永久锁定装置，形成铰接节点。

柱脚节点采用M45地脚螺栓群锚固于桩基承台基础之上。桥梁基础采用φ800钻孔灌注桩，每个桥墩布置四根桩基，设计单桩反力130t。桩基抵抗上部结构的部分不平衡的水平推力，桩基设计适当了加强配筋。

总体受力上，多跨V形墩连续梁下部实际受力近似看做多个单跨形成斜腿刚构的受力体系，恒载在相邻两跨产生的水平推力在立柱底部大部分可以相互抵消，立柱受力在墩底可基本形成自平衡体系。柱脚设置销轴节点，承台及桩基均不承担上部结构传递的弯矩，仅承受销轴所带来的竖向压力及剪力，底部锚栓群的设计也可大为简化。

图5：结构细部图

4. 局部精细化分析

节点局部分析运用有限元软件ANSYS17.0/Multiphysics模块。梁柱节点分析采用钢箱梁常见的壳单元Shell181，以实常数的方式赋予单元板厚，整体建模分析梁柱节点区域的应力分布。销轴节点采用接触分析方法，采用Solid185实体单元模拟，上耳板、两侧下耳板与销轴的两个上下面之间分别建立接触对连接，分析接触面上各构件的应力情况。

梁柱节点局部分析计算结果表明，最大应力在墩顶位置顶板与横隔板交汇处，为300MPa左右，应力未超过钢材的屈服应力，设计较为合理。销轴节点分析结果显示，桥梁销轴支座局部承压最大Mises应力310MPa，孔壁局部承压应力取钢材轴向容许应力1.5倍^[4]。局部承压验算轴向容许应力为[ ]= 1.5 260=390 MPa，局部承压计算满足要求。

图6：结构局部分析模型示意

5.桥梁附属工程

（1）涂装设计

依据JT/T 722《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》和ISO 12944-5-2017标准，该项目的钢结构防腐涂装体系设计保护年限≥15年：底漆为环氧富锌漆1道，干漆膜厚度60μm，中间层为环氧云铁漆，干漆膜厚度140μm，聚氨酯面漆2道，干漆膜厚度80μm。漆面总厚度280μm。

（2）桥面铺装

在钢箱梁顶板上方浇筑5-7.5cm细石混凝土及铺设4cm桥面彩色沥青铺装。钢结构顶面设置200x200mm间距的钢筋焊接接头，高度3cm，加强桥面铺装与钢桥面板的整体性。

（3）桥面排水

根据CJJ 11 – 2011《城市桥梁设计规范》相关规定，采用DN159的泄水管，在P0、P7桥台处及P1、P6桥墩处两侧各设置一幅泄水管。桥面两侧设置隐藏式排水沟槽以收水，在梁端则设置集水井式地漏导入泄水管进行排水，桥面排水最终汇入地面雨水系统。排水沟槽采购成品构件，适用于公路市政多种道路情况，施工快速简单，质量可靠，后期维护成本低。

（4）防雷接地

防雷接地设施在每墩内各设一套，将承台内的钢筋与桩内的接地引下钢筋连接，防雷接地电阻应不大于10欧姆。

（5）景观照明

桥梁可在主梁底部及外侧及栏杆处设置led灯带照明装置，提供夜间装饰照明，提升夜间景观效果。桥下两侧公园绿地内同样设置射灯装饰照明，提升整体区域景观效果。

施工方案设计

整体施工流程：下部基础承台立柱均现场施工，上部钢梁可工厂分段预制，运输至现场吊装并焊接成整体。铺筑桥面铺装，焊接钢栏杆构件。具体步骤如下：

第一阶段：现场施工桩基及承台，安装支座节点。

第二阶段：搭设临时支架，定位安装桥墩节点。

第三阶段：搭设临时支架，定位安装主梁。

第四阶段：安装桥梁栏杆,施工桥面系。

第五阶段：按顺序拆除临时支架，桥梁完成。

施工要点：主梁施工缝的分段位置布置在每孔跨径的1/4处。节段长度在15-22m之间，桥梁合理分段以满足运输路线上市政道路的限制条件。

7.小结

城市景观桥梁不仅要满足桥梁结构自身安全可靠的基本原则，更要融入景观要素，符合城市的人文气息。工程以长风绿地公园为契机，以苏州河景观廊道-长风生态公园为景观核心为背景，新建了景观桥梁，成为城市景观的关注点。桥梁结构设计工作中在满足景观要求的前提下，合理优化，进行了节点部位的精细化设计，挖掘结构潜力，取得了良好效果。

参考文献

[1] 陈艾荣，盛勇，钱锋. 桥梁造型[M].北京：人民交通出版社，2005

[2] 吴冲. 现代钢桥[M].北京：人民交通出版社，2015

[3] 许强，朱俞江. 钢结构销轴节点的设计[J].浙江建筑，2014(5):15-19

[4] 应天益. 国内、外桥梁销接节点设计方法[J].世界桥梁，2011(2):22-25