浅析城市无背索斜拉景观桥的结构选型及设计

杨　扬，唐宗富，王　亮

(1.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安　710000；2.中冶京诚工程技术有限公司，北京　100073)



浅析城市无背索斜拉景观桥的结构选型及设计

杨扬1，唐宗富1，王亮2

(1.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安710000；2.中冶京诚工程技术有限公司，北京100073)

摘要：随着社会经济飞速发展，城市化进程持续推动，城市跨河桥梁兼具联接交通及景观建筑的功能，已经成为了城市风景线越来越重要的组成部分，对景观桥梁的设计要求也不断提高。结合设计实例提出无背索斜拉类景观桥设计方案，并就该类景观桥的结构选型及构造设计进行了详细的分析，同时简要介绍桥梁景观设计的重要性及未来趋势，对同类景观桥梁设计具有重要参考意义。

关键词：城市桥梁；无背索斜拉；景观设计

1工程概况

本项目位于某市经济技术开发区内，是未来该市城南的核心区域，周边规划有大量高档社区，同时本项目跨越的河道也是该市内主要景观河流，河流两岸绿化茂盛，因此对新建桥梁有较高的景观要求。

本项目所在道路为城市主干路，横断面宽60 m。本桥位于跨越景观河流处，连接该河东西两岸，是贯通该项目的重要节点。跨河桥梁主体结构采用3～20 m预应力混凝土空心板梁，横向四幅布置，桥梁与河道正交；桥梁景观结构设置于侧分带处，为无背索斜拉钢塔结构型式，钢塔、拉索及锚梁自成一体，受力上与桥梁主体上部结构完全分离。

2桥梁总体方案

2.1桥梁造型设计

结合本项目的水域环境以及周围建筑的风格，桥梁采用一座3跨20 m的梁式桥。梁式桥的形态具有很强的沿水平向伸展的力动感和穿越感，并且它与河流及城市直线条的建筑相一致，给人们一种与环境协调的美感。采用等跨布置，会增强桥梁整体匀称、稳定的效果。根据现场实际观测，该河河岸坡度较缓，桥下空间不大，故上部结构采用空心板结构方案，提高桥梁的泄洪能力。在梁式桥的基础上，我们通过对景观结构的设计，使桥梁达到景观效果。

本项目的景观造型为斜拉桥，桥梁造型高贵、典雅，宛如两把竖琴矗立在景观河上，蜿蜒流淌的河水，不停的拨动着琴弦，奏响了城市发展的华彩乐章。

2.2桥梁总体布置

桥梁上部分为四幅，桥宽分别为6 m(左人行桥)+2 m(分隔带)+17 m(左幅桥)+1 m(中央分隔带)+17 m(右幅桥)+2 m(分隔带)+6 m(右人行桥)，其中左、右幅桥为机动车道及非机动车道，两侧各设置一座人行桥，之间预留2 m分隔带，在分隔带处设置景观结构。

景观结构采用索塔结构，锚固体系采用钢筋混凝土锚梁。桥塔塔座以上高27 m，两塔脚处分别倾斜60°和73°。桥塔塔座以上7 m段采用钢箱混凝土结构，线形采用直线型，其余部分为钢箱结构，线形采用圆曲线。桥塔顺桥向宽度为变截面，横桥向宽度为1.8 m。拉索采用GJ15-4整束挤压钢绞线，桥塔上索距为竖向2 m，锚固形式为耳板，锚梁上索距为5 m，锚固形式为锚块。锚梁采用钢筋混凝土Π型锚梁，宽1.9 m，高0.95 m，腹板宽0.3 m。

桥塔下部结构采用3 m高塔座+2.5 m高承台，基础采用直径1.2m的钻孔灌注桩，桩长25 m，共8根。

3结构设计

3.1桥塔设计

桥塔计算采用Midas空间有限元程序进行计算，采用Ansys进行校核；计算采用空间杆系模型，上部空心段为钢箱截面，下部为钢箱混凝土组合截面。计算模型单元长度约1 m，全塔共 44 个节点、40 个单元，塔底固结。由于该桥塔为装饰性桥塔，斜拉索索力很小，计算不考虑斜拉索和锚梁的共同作用，仅将斜拉索索力施加在桥塔相应节点上。

桥塔塔身按照《建筑结构荷载规范》和《钢结构设计规范》进行计算。计算采用以下荷载组合：

组合 1:1.35x 恒荷载+1.4x 顺桥向风荷载+1.4 顺桥向正温差

组合 2:1.35x 恒荷载+1.4x 顺桥向风荷载+1.4 顺桥向负温差

组合 3:1.0x 恒荷载+1.0x 顺桥向风荷载。

较不利组合下塔壁内外侧应力见图1-图4。

图1　组合1塔壁外侧应力图(MPa)

图3　组合2塔壁外侧应力图(MPa)

图4　组合2塔壁内侧应力图(MPa)

从以上图中可以看出，桥塔承载能力组合应力最大为 26 MPa，最小为-29 MPa,远小于规范容许值的要求；根据组合3计算桥塔的整体弹性稳定性，其稳定系数完全满足相关规范要求的稳定安全系数。

3.2锚梁设计

简支锚梁采用Dr.Bridge平面杆系有限元程序进行计算，普通钢筋土截面，梁体共划分24个单元，25个节点；经计算其抗弯承载力和正常使用阶段裂缝见图5-图6所示。

图5　锚梁抗弯承载能力示意图(kN·m)

图6　锚梁正常使用阶段裂缝示意图(mm)

从以上图中可以看出，锚梁强度及裂缝均满足规范要求。

4结论

4.1无背索斜拉景观桥设计总结

(1)景观上，选型与周边环境协调一致，充分体现了现代美感。

(2)总体布置上，主体结构与景观结构受力分离，互不影响，兼顾了交通功能与景观效果。

(3)城市规划上，优化城市布局结构，优化功能配置，是建设优良人居环境的需要。

(4)环境上，改善城市生态环境,赋予城市独特的气质和魅力。

(5)社会经济效益上：本实例项目完成后为当地开发区的经济发展发挥了纽带作用，同时景观桥造型也达到了地标性建筑的效果，社会经济效益明显；对同类景观桥型具有重要参考意义。

4.2景观桥梁设计的重要性

目前，我国很多城市都是依水而建，随着城市的快速发展，城市河流的功能发生变化，从传统的提供水源、运输交通转向成为塑造国际化大都市环境重要的一部分。

桥梁与水相依共存，随着水环境的改善，人们对桥梁这类公共建筑物的景观设计也越来越重视。城市河流上的桥梁不仅为连接两岸陆路交通提供了方便，更是塑造城市特色的需要。桥梁与河流、城市的历史文化环境、社会人文环境一起处在人们的生活空间之中，构成整体景观。它既可以展示当地文化特色，又赋予城市独特的气质和魅力，还吸引着旅游者的目光。

优秀的景观桥梁将成为城市的标志性建筑物，成为永久性的人文景观，它不仅可以大大改善城市面貌，还可以带来环境、经济等效益，给人们的生活带来变化。

4.3景观桥梁的未来发展趋势

(1)合理的总体布置，主体结构与景观结构要主次分明、受力明确，结构之外的装饰物不宜过多，总体上须协调一致。

(2)良好的功能体现，桥梁最主要的是跨越功能，主体结构的安全性应进一步得到强化。

(3)较好的经济性能，不可一味求新、求大、求高，要实事求是，有的放矢，为经济型社会做出表率。

(4)和环境协调一致，要与周围的环境相融合，既能够体现桥的美，又不能显得太突兀。

参考文献：

[1]杨士金，唐虎翔.景观桥梁设计[M].上海：同济大学出版社，2003.

[2]陈正斌.浅谈桥梁与城市景观[J].重庆交通大学学报自然科学版，2008，(2)：213-216.

[3]张涛.浅析城市桥梁景观中的结构造型设计[J].工程与建设，2006，(4)：334-335.

[4]贺立新，宋雷，龙柏全.市政道路的景观桥梁设计[J].四川建筑，2014，(3)：68-71.

[5]彭旺虎，邵旭东，李立峰，张阳.无背索斜拉桥的概念、设计与施工[J].土木工程学报，2007，(5)：26-33.

收稿日期：2016-03-11

作者简介：杨扬(1982-)，女，北京东城人，工程师，研究方向：桥梁工程。

中图分类号：U415.1

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)05-0095-02