黃石奧體中心中央人行景觀橋設(shè)計(jì)

曹 陽，錢 盈，曾向往，董 濤

（湖北省城建設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢430051）

0 引 言

人行橋在滿足通行功能的前提下應(yīng)具有良好的美觀性，不管是建設(shè)單位還是普通民眾都對(duì)人行橋的美感提出了更高的要求。一些著名景點(diǎn)少不了人行橋的影子，例如昆明湖上十七孔橋、倫敦泰晤士河千禧橋。人行橋已成為建筑景觀的重要組成部分，其作用已超過其本身的交通功能。本文以黃石奧體中心中央人行景觀橋?yàn)槔?，介紹城市人行橋景觀的打造與設(shè)計(jì)，供同行參考。

1 工程概況

黃石奧體中心中央人行景觀橋（以下簡(jiǎn)稱“中央人行景觀橋”）位于黃石奧體中心，起于奧林匹克運(yùn)動(dòng)館區(qū)，南連奧體公園，中間跨越大冶湖支流。中央人行景觀橋?yàn)榉蛛x式雙幅橋，左、右幅跨徑布置均為（4×40+3×40）m，且呈大半徑圓弧對(duì)稱布置，上部結(jié)構(gòu)為雙幅曲線鋼箱梁加空間拱造型，橋墩為花瓶墩接承臺(tái)樁基。該橋于2019年5月竣工通過驗(yàn)收。

如圖1所示，作為湖北省第十五屆運(yùn)動(dòng)會(huì)的比賽場(chǎng)地，黃石奧體中心人行景觀橋與主體育館、全民健身游泳館“三位一體”，共同構(gòu)成了黃石奧體中心的標(biāo)志性建筑。該橋?yàn)榉蛛x式曲線梁拱組合鋼橋，兩幅橋之間通過橫向連接系連接，橋梁外側(cè)空間鋼管拱與主梁構(gòu)成組合。其流暢大氣的造型與運(yùn)動(dòng)健兒的蓬勃朝氣相呼應(yīng)，在滿足行人通行功能的同時(shí)為其提供觀賞美景、休閑娛樂的平臺(tái)。

圖1 中央人行景觀橋?qū)嵕?/p>

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100 a。

（2）設(shè)計(jì)使用年限：100 a。

（3）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)。

（4）人群荷載：約3.75 kN/m2。

（5）設(shè)計(jì)基本風(fēng)速：20.2m/s。

（6）溫度變化：-9～46℃。

（7）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：地震動(dòng)峰值加速度0.05g，對(duì)應(yīng)基本烈度6度，抗震按丁類設(shè)防，抗震措施按6度設(shè)防。

（8）通航標(biāo)準(zhǔn)：無通航要求，但需考慮游船通行，預(yù)留2.5m凈空高度。

2.2 橋梁總體布置

根據(jù)奧體中心總體規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，中央人行景觀橋分為左、右雙幅實(shí)施，單幅橋軸線平面均為2 000m半徑的圓弧，雙幅橋關(guān)于奧體中心景觀軸對(duì)稱，雙幅橋在順橋向的中心處距離最近，為15m。

橋址處大冶湖支流寬約130m，水深2.5~3m，無通航要求，水中可立墩。

橋梁橫斷面布置為0.15m（人行欄桿）+3.35m（人行道）+3.35m（非機(jī)動(dòng)車道）+0.15m（人行欄桿）=7m。

該橋分為兩聯(lián)，第一聯(lián)為4×40 m，第二聯(lián)為3×40m。

2.3 橋梁線形

如圖2、圖3所示，該橋造型的獨(dú)特與美觀主要通過平面與立面的線形組合來表現(xiàn)：

（1）左、右幅橋梁主梁軸線的平面由半徑為2 000m的圓曲線沿景觀軸對(duì)稱布置，雙圓弧在圓弧中點(diǎn)處距離最近。

（2）空間拱設(shè)置于主梁外側(cè)，立面圓弧投影矢高為10m，立面圓弧起于橋梁起、終點(diǎn)，圓弧半徑為957.2m，空間拱與主梁之間采用漸變式圓形鋼管連接。

（3）雙幅橋之間采用橫向連接系交叉連接，橫撐與空間拱立柱一一對(duì)應(yīng)。

圖2 中央人行景觀橋側(cè)面實(shí)景

圖3 中央人行景觀橋橋下透視實(shí)景

2.4 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橋梁標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖4所示。

圖4 橋梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖（單位：cm）

2.4.1 主梁

主梁結(jié)構(gòu)均采用全焊鋼箱梁，為等高度單箱雙室倒梯形箱梁截面，主梁截面梁高1 800mm，箱梁頂寬7 000mm，底寬4 700mm。鋼箱梁頂面鋼板厚14mm，順橋向布置間距為300mm的縱肋，組成正交異性鋼橋面板。箱梁底板厚14mm，縱肋間距為300mm。箱梁設(shè)兩道外腹板及一道中腹板，外腹板厚16 mm，中腹板厚12 mm。橫隔板間距2 000mm，厚12mm。

2.4.2 橫向連接系設(shè)計(jì)

橫向連接系桿件采用H型鋼，高772mm，翼緣寬為440mm，腹板厚10mm，翼緣厚12mm。橫向連接采用三角撐，與主梁采用高強(qiáng)螺栓連接。

2.4.3 空間拱設(shè)計(jì)

2.4.4 下部結(jié)構(gòu)

主橋橋墩采用花瓶墩接承臺(tái)樁基，連續(xù)墩墩頂、墩底在順橋向的寬度均為1.2m，墩頂橫橋向?qū)?.7m，墩底為1.5m；過渡墩墩頂順橋向?qū)?.0m，橫橋向?qū)?.7m，墩底順橋向?qū)?.2m，橫橋向?qū)?.5m。墩身截面為矩形，采用半徑為0.15m圓弧倒角。橋墩承臺(tái)高1.5m，接兩根直徑為1.0m鉆孔灌注樁，樁中心距為2.5m。

2.4.5 坡道設(shè)計(jì)

主橋與地面之間采用坡道銜接，坡道上端與鋼箱梁槽口處采用支座連接，下端與坡臺(tái)臺(tái)帽亦采用支座連接，中間設(shè)置坡道橋墩支撐坡道，坡道的坡率為1∶5，坡道分為兩段，中間設(shè)置2m寬的休息平臺(tái)。

2.5 施工方案

橋梁采用“先梁后空間拱”的施工方法，即先進(jìn)行主梁和橫向連接系的節(jié)段吊裝與焊接，搭設(shè)支架完成空間拱吊裝與立柱的焊接，再將立柱與主梁焊接，最后施工橋面及附屬結(jié)構(gòu)，完成橋梁主體結(jié)構(gòu)施工。

3 主橋結(jié)構(gòu)受力分析

3.1 計(jì)算模型

該橋的結(jié)構(gòu)體系實(shí)質(zhì)為連續(xù)鋼箱梁，空間拱僅承受自身重力、溫度作用與風(fēng)荷載，橋梁整體計(jì)算采用midas Civil有限元分析軟件，主梁、橫向連接系、空間拱、立柱均采用梁?jiǎn)卧?/p>

3.2 靜力計(jì)算

3.2.1 橋梁應(yīng)力計(jì)算

橋梁的靜力計(jì)算考慮結(jié)構(gòu)自重、人群荷載、風(fēng)荷載、整體升降溫、空間拱局部升降溫、主梁梯度溫度（按英標(biāo)BS5400計(jì)算）、基礎(chǔ)不均勻沉降。橋梁的主梁、橫向連接系、空間拱、立柱在基本組合下應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 第一聯(lián)基本組合應(yīng)力包絡(luò)圖（單位：MPa）

圖6 第二聯(lián)基本組合應(yīng)力包絡(luò)圖（單位：MPa）

根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，主梁最大應(yīng)力為63.3MPa，橫向連接系最大應(yīng)力為63.8 MPa，空間拱最大應(yīng)力為42.3 MPa，立柱最大應(yīng)力為127.3 MPa，應(yīng)力均小于275MPa，滿足規(guī)范要求。

3.2.2 橋梁剛度計(jì)算

在人群荷載的作用下，主梁的最大撓度發(fā)生在第二聯(lián)第三跨跨中，為8.1mm，滿足《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D64—2015） 中不大于L/500=80mm的要求，結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求（見圖7、圖8）。

圖7 第一聯(lián)活載作用下最大位移（單位：mm）

圖8 第二聯(lián)活載作用下最大位移（單位：mm）

3.3 動(dòng)力計(jì)算

將橋梁自重與二期恒載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，進(jìn)行特征值分析，其中第一聯(lián)首階豎向自振頻率最低，為3.06 Hz，大于3 Hz，滿足規(guī)范要求（見圖9、圖10）。

3.4 細(xì)部分析

圖9 第一聯(lián)首階豎向自振振型

圖10 第一聯(lián)首階豎向自振振型

由橋梁應(yīng)力計(jì)算結(jié)果可知，立柱的柱腳應(yīng)力最大，為此對(duì)立柱與主梁連接部位進(jìn)行細(xì)部分析，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造如圖11所示。

圖11 立柱與主梁連接處構(gòu)造（單位：mm）

為了探明該節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的受力情況，采用空間有限元程序用板單元模擬，在最不利荷載組合的工況下，得到如下結(jié)果：

（1）在立柱與主梁交界面應(yīng)力集中，最大有效應(yīng)力為143.7MPa，箱內(nèi)隔板的應(yīng)力在65～90MPa（見圖12）。

圖12 細(xì)部標(biāo)準(zhǔn)組合有效應(yīng)力（單位：MPa）

（2）在立柱與主梁交界面最大剪應(yīng)力為60MPa左右，箱內(nèi)隔板的剪應(yīng)力在30～50MPa（見圖13）。

圖13 細(xì)部標(biāo)準(zhǔn)組合最大剪應(yīng)力（單位：MPa）

綜上，該節(jié)點(diǎn)正應(yīng)力、剪應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

3.5 橋梁抗震

該工程橋址處地震基本烈度為6度，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，抗震按丁類設(shè)防，抗震措施按6度設(shè)計(jì)。

具體的抗震措施為支座采用拉索抗震防落梁支座，支座墊石控制在10 cm之內(nèi)，梁端與蓋梁邊緣的長(zhǎng)度滿足《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 166—2011）相關(guān)要求。

4 結(jié) 語

中央人行景觀橋造型大氣、線形優(yōu)美。該橋采用“天際線”空間拱造型，有別具一格的景觀效果。其結(jié)構(gòu)形式以連續(xù)鋼箱梁為主體，橫向連接系連接左、右幅主梁，通過立柱支撐空間拱。不同于常規(guī)的景觀橋，其施工簡(jiǎn)便、造型別致、性價(jià)比高，具備在工程界得到越來越多推廣與應(yīng)用的潛質(zhì)。本文以黃石奧體中心中央人行景觀橋?yàn)楸尘埃?jiǎn)單闡述了該橋的景觀造型構(gòu)思、結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)思路及理論計(jì)算方法，為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。