某斜腿刚构桥的设计与结构受力分析

邓平跃 陶纳川

1 项目概况

上海浦东锦康路张家浜桥位于浦东陆家嘴地区，北依上海科技馆和浦东新区区政府，南至逸飞创意产业街，东接世纪公园，西邻杨高南路。根据规划，张家浜创意街区段“应突出桥梁现代气息，且桥梁应加强张家浜滨水游憩景观意象力与可识性”。经过多次的方案比选，演化、深化，最终选定张家浜桥为带景观拱的V形斜腿刚构桥，如图1所示。

2 结构总体布置

张家浜河道河底宽度20m，两岸各6m防汛通道，河道常水位2.5 m，通航净宽18 m。桥梁上部结构采用14.01 m+27.18 m+14.01 m的带钢箱梁挂孔的无桥台钢筋混凝土V形刚架桥结构形式，横断面一幅式布置，桥梁全宽24.5 m。两边跨采用现浇混凝土V形刚架斜腿刚构，主跨采用钢结构箱梁挂孔。在挂孔上设置刚架拱作为装饰，形成的整体效果见图1。V形墩由主梁、中斜腿、边斜腿三部分组成。主梁采用横向4片肋板式，各片箱梁底宽3.7 m，横向净距2.4 m，边斜腿考虑结构受力及构造需要，全断面等宽布置，中斜腿与四片梁肋对应，分成四片，且上宽下窄。V形刚构两斜腿下设置承台，桥梁下部采用钻孔灌注桩基础。

3 结构受力特点

本桥造型新颖，结构受力独具特点。传统的斜腿刚构有文献[1]中第433页的V形桥墩连续刚构桥和将直腿改为斜腿的可称斜腿刚架桥。文献[2]中第390页提到的无桥台斜腿刚架桥，其主跨和边跨是连续的，亦不同于其第393页提到的设置铰的情况，使用铰实际上在构造上很难做到，因为要传递水平力。而本处采用挂孔，不传递水平力和弯矩，只传递竖向力。因此为了实现独特的建筑造型和结构处理，必须针对具体结构分析其受力特点。其总体结构受力特征为:边跨采用V形斜腿刚构，形成混凝土的三角刚架，三角刚架伸出牛腿，以支承主跨钢箱梁。因此主跨钢箱梁应该视为简支。该斜腿刚构的V形三角刚架由上部桥面板梁，边斜腿和中斜腿相互刚接组成，边斜腿兼作挡土墙用。

该斜腿刚构由于三角刚架采用牛腿搭接中孔钢箱梁，因此在结构计算时，挂孔应作为附属结构，可作为简支梁计算其受力，然后将其解除，计算主体结构时，可将附属结构的反力施加于主体结构。主要荷载分为两部分，一部分是刚架自身处荷载作用，一部分是挂孔传来的竖直集中力。自身部分荷载作用下该结构为刚架结构，受到挂孔力部分也应看作刚架受力，若看作桁架，则为机动体系。基于此，结构受力较为不利，弯矩很大。由于主跨挂孔对于刚架只有竖向力作用，水平方向主跨和边跨无约束，因此不传递水平力，故而三角刚架不受水平力作用，对于上海软土地基减小了不少压力。但挂孔传给刚架的竖向力会对刚架产生较大的弯矩，对下部结构亦产生弯矩，因此承台较大，桩基数量较多。本桥无桥台，边斜腿可以兼作挡土墙用，其土压力应该按主动土压力计算。

4 结构计算分析

根据上述对结构的认识和理解，利用Midas软件建立空间有限元模型进行计算(见图2)。首先计算挂孔受力，将钢箱梁横向分成四片，利用梁格法进行计算。而后根据计算结果得出单片钢箱梁结构反力，在三角刚架计算时，将其施加到相应牛腿部位。三角钢架在承台底视为固结。

由于三角刚架主要承受刚架自身处荷载作用和挂孔传来的竖直集中力，又根据规范要求，将永久荷载和可变荷载组合，得到短期效应组合作用下三角刚架各部分的上下缘最大、最小应力，如图3～图 6所示。

从结果可以看出，桥面板梁为拉弯构件，边斜腿和中斜腿均为压弯构件。组合荷载作用下，边斜腿由于自重弯矩和挂孔荷载的弯矩的叠加抵消效应，弯矩较小，其压应力在3 MPa内，拉应力在2 MPa以内。组合荷载中斜腿的弯矩则较大，尤其在脚趾处，存在较大的负弯矩，为4 448 kN。其应力图也可看出，脚趾处应力也较大。因此，该处设计应该引起重视，加强构造措施和配筋。桥面板由于为拉弯构件，可以设置预应力。

5 结语

本文介绍了位于逸飞创意街和上海科技馆之间的锦康路张家浜桥的设计，对其建筑造型进行了描述，然后重点分析了其独特的结构受力特点，从而为施工图绘制和工程建设阐明了概念。该桥在方案形成过程中，以结构受力来服从建筑造型的需要，但同时也在造型既定的情况下不断优化结构受力。采用挂孔，避免了中跨对三角刚架基础形成水平推力的问题，适应于上海的软土地基。采用钢箱梁，大大减轻了挂孔自重，从而对三角刚架形成尽可能小的外部弯矩作用。桥下三角刚架底部设有景观平台，形成独特的休闲水景。本桥沟通了科技馆和创意街，同时在设计上融科技和艺术于一体，是人类智慧的体现。

[1] 范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社，2001.

[2] 上海市政工程设计研究院.桥梁设计工程师手册[M].北京:人民交通出版社，2007.

[3] 陈燕飞.连续刚构景观小桥设计[J].山西建筑，2009，35(10):341-343.