交通性景观桥梁设计——以张家界跨某河大桥为例

马磊

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200433）

0 引言

该方案灵感来源于张家界民居建筑中的干栏楼阁，采用民居风格连续梁。受山区地形和气候影响，张家界地区少数民族多采用“吊脚楼”的民居形式，属于干栏式建筑体系，具有鲜明的名族特色。桥型设计在桥墩处设置观景平台和廊亭，既美观实用，又有深沉的民俗风情及文化渊源，激起缕缕思古之幽。桥墩的设计结合楚式建筑高台基的特点和张家界民居的建筑风格，桥墩底座形状采用梯形，底座上可装饰龙虎纹或鸟兽仙人纹图案，体现地域的图腾文化[3]。

1 工程概况

张家界市跨某河大桥新建工程，桥梁里程范围为K0+025.745～K0+323.030。桥梁总长297.285 m，桥宽32.0 m。跨河主桥跨径为（46.5+62+46.5）m、4×32.5 m。在Pm01、Pm04墩台两侧各设一处景观平台和廊亭。

该桥上部结构采用耐久性好、外形美观的预应力混凝土连续梁结构形式，主桥（46.5+62+46.5）m采用变高连续梁跨中（边支点）梁高2.3 m，中支点梁高3.8 m。引桥4×32.5 m采用等高连续梁，梁高2 m。主桥桥墩采用实体墩、引桥桥墩采用花瓶墩立柱，基础形式采用钻孔灌注桩基础。桥台采用重力式桥台。廊亭下部结构与主桥结构间设20 mm沉降缝。

主桥主梁采用预应力混凝土连续箱梁结构，主桥跨径布置为（46.5+62+46.5）m（见图1）。引桥主梁采用预应力混凝土连续箱梁结构，跨径布置为4×32.5 m（见图 2）。

图1 桥梁总体布置立面示意图（主桥）

图2 桥梁总体布置立面示意图（引桥）

2 桥梁造型布置

桥梁鸟瞰图如图3所示。

在桥两侧及对岸共设4个桥头堡，整体风格与大桥统一。建筑设计灵感来自张家界湘西少数民族的干栏式民居建筑，与当地传统建筑特点与文脉相融合。

图3 桥梁效果鸟瞰图

桥头堡设计为观景平台的亭台式建筑，每个桥头堡占地约36 m2，基底建筑约7.8 m高，亭台高约6.5 m。设计为重檐四角凉亭，采用当地传统的青瓦屋面，桥面以下的基底建筑采用花岗岩石材饰面，既清丽秀美，又古朴稳重。亭中良好的视野方便居民与游客在亭中休憩观景，欣赏两岸美景，念幽幽思古之情怀。

桥体栏杆总长315 m，采用花岗岩石雕栏板，色彩淡雅，与整体风格统一[4]。

3 桥梁景观设计

根据公共空间对照明的需求，可分为功能性、情景性和重点性照明：

（1）功能性照明系统以确保夜间安全为目的，主要设于道路两旁或侧分带和人行区域；有高杆灯、护栏灯和泛光灯。

（2）情景性照明系统目的是营造独特的气氛，需考虑与整个环境融合并营造层次感；有护栏灯、户外壁灯、草坪灯、水下灯、安装于树上的上照灯和情景灯等。

（3）重点性照明系统以突出重点景观为目的，营造具有灯光效果的节点；应慎重选择光色，局部重点性照明可多色变化，如桥墩、桥下雕塑，利用多变的灯光；主要有投射灯和水下灯等。

节能装置以LED为主，在主要节点区域可引入使用太阳能灯；整体布置原则以安全为前提，并应整体统一协调、舒适和谐、便于维修。

材料上主要以复合环保材料或不锈钢和铝合金为主。

水景结合景观照明，可以将水景的各种美妙波纹投射到梁体侧表面上，同时桥梁在水中形成倒影，两者形成空间关系的互动。

该桥梁上部结构充分利用先进材料与古风文化相结合，使茅溪河大桥兼具现代科技感与历史建筑的厚重感，打造张家界旅游城市的又一地标性建筑。

4 桥梁上部结构相关计算

在整座桥梁结构中，上部结构是其中的关键部分，科学合理的上部结构设计可以保证桥梁结构的稳固性，并为后期施工奠定良好的基础。现对上部结构进行验算。

4.1 计算模型

结构计算采用桥梁博士（V3.5.0）有限元分析软件，计算模型如图4所示。

图4 计算模型图

4.2 支座反力

支座反力汇总见表1。

表1 恒载及活载竖向支反力汇总 kN

4.3 结构验算

4.3.1 承载能力极限状态强度验算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）第 5.1.5条规定，构件承载能力极限阶段强度应符合下式要求：

γ0S≤R （1）

4.3.2 正常运营阶段结构抗裂验算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）第6.1.2条和第6.3.1条规定进行A类预应力抗裂验算。

正截面抗裂：频遇组合如图5所示。

图5 频遇组合主梁上、下缘最小正应力图（单位：MPa）

准永久组合如图6所示。

图6 准永久组合主梁上、下缘最小正应力图（单位：MPa）

斜截面抗裂：

从图7可见，正常使用阶段箱梁正截面全截面受压，满足抗裂要求；正常使用阶段箱梁最大主拉应力为0.80 MPa，满足斜截面抗裂规范要求。

4.3.3 预应力钢束应力验算

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）第 7.1.5条，使用阶段预应力混凝土受弯构件中预应力钢筋的拉应力符合下列规定：

图7 频遇组合混凝土主拉应力图（外边梁）（单位：MPa）

预应力钢筋标准值效应组合应力验算见表2。

表2 预应力钢筋标准值效应组合应力验算

4.4 结构应力验算

在使用荷载作用下，持久状态下预应力混凝土构件的法向压应力容许值（扣除全部预应力损失）应符合下列规定：

在使用荷载作用下，持久状态下预应力混凝土构件的主压应力容许值为

从图8、图9可见，正常使用阶段的小箱梁正截面最大压应力为12.88 MPa，最大主压应力为12.91 MPa，满足规范要求。

5 结 语

随着现代城市化进程的发展，越来越多的人开始关注桥梁不仅是交通工具，不应只满足功能性适用，还应该有一定的美学和文化成分。本文从设计建筑与周围环境相融合的角度出发，以打造张家界旅游城市的又一标志性地标为目的，浅谈该跨河大桥整体造型与上部结构验算，得到以下结论：

图8 标准组合主梁上、下缘最大正应力图（单位：MPa）

图9 标准组合主梁最大主压应力图（单位：MPa）

（1）当代桥梁的设计不仅要考虑交通性功能，还应把当地历史文化背景纳入考虑范围，使桥梁更具生命力与历史使命感[5]。

（2）由于上部结构构造相比于普通桥梁更复杂，交通性景观桥应多考虑上部结构的受力验算（借助有限元分析软件）。

（3）主桥混凝土连续梁采用少支架施工，桥墩台及主梁现浇后，拆除临时施工设施，进行引桥、桥面系、景观施工等[6]。

（4）由于施工地点是景区，施工期间会对周围环境带来一定的不利影响。施工期的主要环保措施是做好施工组织管理工作，制定相应的规章制度并认真执行。