新疆双河红星之门景观人行桥设计

曹 阳，钱 盈，曾向往

（湖北省城建设计院股份有限公司，湖北 武汉 430051）

0 引言

随着社会经济的发展、审美水平的提高与桥梁技术的不断进步，人们要求具有交通功能的桥梁建筑不仅只具有安全性和实用性，还要求其具有美观性和独特性。为适应这样的市场需求，桥梁设计者们通过创新手段设计出多样化的桥梁建筑形式，不仅满足了人们的审美需求，还美化了城市的形象，在城市的建设发展过程中起到了积极的作用。本文以新疆双河红星之门景观人行桥为例，阐述城市景观人行桥的设计[1-3]。

1 工程概况

红星之门景观人行桥位于新疆生产建设兵团第五师双河市，是双河城市中轴水系景观工程中跨越主干道光明路衔接两侧绿道的一座人行景观桥。该桥跨径布置为3×32 m+（32+32+26）m+3×30 m，桥梁总长282.08 m，桥梁全宽为5 m，桥梁的上部结构为钢箱梁加空间拱造型、桥墩为花瓶墩接承台桩基。

如图1所示，项目所在地位于双河市的星河水系，结合城市设计，以“丝路文化”为主题，打造一个丝路新驿站。红星之门景观人行桥位于星河景观主轴带的中部，是景观带的制高点。桥梁的美学设计既要满足慢行交通的功能要求，还要融合滨水艺术区的艺术文化特点，成为星河景区的艺术地标。俯视景区，红星之门景观人行桥像一条舞动的丝带，与潺潺的流水相得益彰，彰显了双河市丝路文化的地域特色。侧面看来，红星之门景观人行桥像一只展翅高飞的雄鹰，预示着双河市欣欣向荣，高速发展！

图1 红星之门景观人行桥效果图

2 设计要点

2.1 主要技术标准

该桥的主要技术标准：

（1）桥梁结构设计基准期：100 a；

（2）设计使用年限：100 a；，

（3）桥梁结构设计安全等级：一级；

（4）桥下机动车道净高不小于4.5 m，非机动车道净高不小于2.5 m，人行道净高不小于2.5 m；

（5）人群荷载：约4.2 kN/m2（根据《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ 69-95）计算）；

（6）设计基本风速：51 m/s；

（7）温度变化：-43℃～46℃；

（8）抗震设防标准：地震动峰值加速度0.15 g，对应基本烈度7度，抗震按丙类设防，抗震措施按8度设计；

（9）通航标准：无通航要求，但需考虑游船通行，预留2.5 m净空高度。

2.2 桥梁总体布置

根据星河水系平面规划图，红星之门景观人行桥依次跨越水系、主干道光明路、再次跨越水系。桥址处水系宽约80 m，水深1.5 m左右，无通航要求，水中可立墩。

光明路在水系范围内横断面布置为：3 m（人行道）+4 m（非机动车道）+1.5 m（绿化带）+27 m（机动车道，双向八车道）+1.5 m（绿化带）+4 m（非机动车道）+3 m（人行道）=44 m，其中光明路在桥头将两侧1.5 m绿化带拓宽到4 m，为人行桥立墩创造了条件。

本桥分为三联，第一联跨越西侧水系，跨径布置为3×32m；第二联跨越光明路，跨径布置为（32+32+26）m；第三联跨越东侧水系，跨径布置为3×30 m。

2.3 桥梁线形

本桥的造型的独特与美观主要通过整体线形来表现（见图 2、图 3），其中：

（1）桥梁的主梁平面分别由半径为148.6 m、42.05 m、80.6 m的圆曲线及之间的缓和曲线组成。

（2）空间拱立面由距离桥面高度最大为15m、12m、15m三个大半径圆弧组成，空间拱的平面沿着主梁轴线由分离式拱肋在每联中间合并再分开，构成一条空间的“舞动的丝带”。

图2 红星之门景观人行桥平面图

图3 光明路视角的透视图

2.4 桥梁结构设计

桥梁标准断面见图4。

图4 桥梁标准断面（单位：cm）

2.4.1 主梁

主梁结构均采用全焊钢箱梁，为等高度单箱双室倒梯形箱梁截面，主梁截面梁高1 400 mm，箱梁顶宽5 000 mm，底宽2 700 mm。钢箱梁顶面钢板厚14 mm，顺桥向布置纵肋，间距300 mm，纵肋高度120 mm，厚10 mm，组成正交异性钢桥面板。箱梁底板厚14 mm，纵肋间距300 mm，纵肋高度120 mm，厚10 mm。箱梁设两道外腹板及一道中腹板，外腹板厚16 mm，中腹板厚12 mm。横隔板间距2 000 mm，厚 12 mm。

2.4.2 空间拱设计

空间拱分为主拱及立柱两部分，分离式主拱采用800 mm×400 mm矩形钢管，壁厚16 mm，合并之后的主拱尺寸为800 mm×800 mm，竖向投影最大矢高为15 000 mm，空间拱在主梁伸缩缝处断开；立柱采用 ø350 mm×16 mm钢管，立柱与空间拱的连接采用焊接，立柱与主梁之间通过立柱底座焊接，立柱底座顺桥向的间距为8 m。

2.4.3 下部结构

桥墩采用花瓶墩接承台桩基，连续墩墩顶、墩底在顺桥向的宽度均为1.2 m，墩顶横桥向宽2.7 m，等高段厚0.5 m，采用半径为2.5 m高度为1.5 m的圆弧将横向宽度变至1.7 m直至墩底；过渡墩墩顶顺桥向宽2.0 m、横桥向宽2.7 m，墩底顺桥向宽1.2 m、横桥向宽1.7 m。墩身截面为矩形，采用半径为0.15 m圆弧倒角。桥墩承台尺寸为5.2 m×2.2 m×1.5 m，接两根直径为1.2 m钻孔灌注桩，桩中心距为3.0 m。

2.4.4 空间拱基础设计

空间拱的基础采用拱座+承台+桩基的形式，拱座高2 m，承台尺寸为4.5 m×2 m×1.5 m，接两根直径为1 m钻孔灌注桩，桩中心距为2.5 m。

桥梁桩基础均为摩擦桩。

2.5 施工方案

桥梁采用“先梁后空间拱”的施工方法，即先进行主梁的节段吊装与焊接，搭设支架完成空间拱吊装与立柱的焊接，再将立柱与主梁焊接，最后施工桥面及附属结构，完成桥梁主体结构施工。

3 主桥结构受力分析

3.1 计算模型

本桥的结构体系实质为连续钢箱梁，空间拱仅承受自身重力、温度作用与风荷载，桥梁整体计算采用MIDAS/Civil 2019有限元分析软件，主梁、空间拱、立柱均采用梁单元，有限元模型见图5。

图5 计算模型

3.2 静力计算

3.2.1 桥梁应力计算

桥梁的静力计算考虑结构自重、人群荷载、风荷载、整体升降温、空间拱局部升降温、主梁梯度温度（按英标BS5400计算）、基础不均匀沉降。桥梁的主梁、空间拱、立柱在基本组合下应力计算结果见图6。

图6 基本组合应力包络图(单位：MPa)

根据应力计算结果，主梁最大应力为99.8 MPa、空间拱最大应力131.2 MPa、立柱最大拉应力为137.3 MPa，应力均小于275 MPa，满足规范要求。

3.2.2 桥梁刚度计算

在人群荷载的作用下，主梁的最大挠度发生在第二联第一跨跨中，为55.6 mm，满足《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015） 中不大于L/500=64 mm的要求，结构刚度满足规范要求，见图7。

图7 活载作用下最大位移(单位：mm)

3.3 动力计算

将桥梁自重与二期恒载转化为质量，进行特征值分析，其中第一联首阶竖向自振频率最低，为3.06 Hz，大于3，满足规范要求，见图8。

图8 桥梁首阶竖向自振振型

3.4 桥梁稳定性计算

3.4.1 屈曲分析

对桥梁成桥运营阶段的每一联钢箱梁稳定性进行分析，其中第一联的第一阶的临界荷载系数最小，屈曲模态为空间拱横向弯曲，稳定系数为33.47，大于4，满足规范要求，见图9。

图9 第一联第一阶屈曲模态

3.4.2 抗倾覆计算

桥梁平面位于S曲线上，支座间距为1.8m，按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）4.1.8条件进行抗倾覆验算，见表1。

表1 桥梁抗倾覆计算

本桥共三联，在基本组合下未出现负反力，在标准组合下最小抗倾覆系数为2.8，不小于2.5，满足规范要求。

3.5 桥梁抗震计算

该工程桥址处地震基本烈度为7度，地震动峰值加速度为0.15 g，跨越主干道光明路，抗震按丙类设防，抗震措施按8度设计。

对桥梁结构空间计算模型按E1和E2设防水准进行反应谱分析，验算结构的抗震性能。根据验算结果，在E1、E2地震作用下，主梁、空间拱等钢结构主要构件均在弹性范围内工作，下部结构及桩基强度、位移均能满足要求。

4 结 语

红星之门人行桥造型独特、大气、线形优美。该桥采用三维空间拱造型装饰，具有独特的景观效果，其结构形式以连续梁主体，通过立柱支撑空间拱，不同于常规的装饰景观桥，其施工简单、造价低，正越来越多地得到工程界的应用。本文以新疆红星之门人行桥为背景，简单阐述了该桥的造型构思、结构设计思路及计算方法，为同类工程提供参考。