施小明，王娟玲

河南鄭州萬(wàn)邦休閑魚莊假拱景觀橋設(shè)計(jì)

施小明，王娟玲

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南開封475004）

為實(shí)現(xiàn)施工簡(jiǎn)便、造型美觀及節(jié)約造價(jià)等目的，河南鄭州萬(wàn)邦休閑魚莊景觀橋設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)支梁橋?yàn)槭芰χ黧w，拱形裝飾板裝飾外觀的假拱景觀橋的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)對(duì)拱式裝飾板和梁式裝飾板兩種設(shè)計(jì)方案的受力情況，優(yōu)缺點(diǎn)的分析，選出了梁式裝飾板設(shè)計(jì)方案。

河南鄭州；萬(wàn)邦休閑魚莊；假拱景觀橋；拱式裝飾板；梁式裝飾板

0　引言

鄭州萬(wàn)邦休閑魚莊是中牟雁鳴湖景區(qū)的高級(jí)療養(yǎng)院，院內(nèi)規(guī)劃的人工湖內(nèi)有多處人工島。為了使人工島與外部交通連接，需架設(shè)多座橋梁。在綜合考慮景區(qū)環(huán)境、色調(diào)要求，功能服務(wù)要求的基礎(chǔ)上，提出了架設(shè)拱橋景觀橋的方案。同時(shí)，業(yè)主要求設(shè)計(jì)的景觀橋方案應(yīng)具有施工簡(jiǎn)便和造型美觀的雙重特點(diǎn)。

由于萬(wàn)邦休閑魚莊的人員、重載車輛都較少，最常用的簡(jiǎn)支梁橋完全能滿足受力要求。如果采用簡(jiǎn)支梁為受力結(jié)構(gòu)，外形用拱形裝飾板裝飾成拱橋的外觀效果，將是一個(gè)非常有競(jìng)爭(zhēng)力的設(shè)計(jì)方案。假拱景觀橋與拱橋相比，降低了施工和設(shè)計(jì)難度；與梁橋相比，滿足了人們對(duì)橋梁景觀設(shè)計(jì)的需求［1～2］。鑒于此，萬(wàn)邦休閑魚莊采用了假拱景觀橋設(shè)計(jì)方案。

1　鄭州萬(wàn)邦休閑魚莊假拱景觀橋構(gòu)造及設(shè)計(jì)方案

1.1假拱景觀橋的構(gòu)造

鄭州萬(wàn)邦休閑魚莊假拱景觀橋（如圖1所示）的跨徑為40m左右，受力結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑為13m的3跨簡(jiǎn)支梁橋。簡(jiǎn)支梁橋建成后，采用拱形裝飾板對(duì)其進(jìn)行修飾。裝飾板只承受本身的重力作用，故其配筋只需考慮構(gòu)造要求。整體上，假拱結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)等多方面都體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)。

1.2假拱景觀橋的設(shè)計(jì)方案［3～7］

拱形裝飾板上部搭接在蓋梁上，下部搭接在系梁上，從而與梁橋結(jié)構(gòu)完美結(jié)合。假拱景觀橋中的裝飾板雖然僅承受本身的重力作用，但由于截面尺寸不規(guī)則且尺寸較小，其約束位置的確定、小截面尺寸的配筋、小截面構(gòu)件的吊裝、對(duì)其他結(jié)構(gòu)的影響等都是新的課題。

圖1　鄭州萬(wàn)邦休閑魚莊假拱景觀橋設(shè)計(jì)模型Fig.1 Landscape b ridge design model of“blind arch”in Zhengzhou W anbang leisure fish village

2　鄭州萬(wàn)邦休閑魚莊假拱景觀橋設(shè)計(jì)方案比選

根據(jù)裝飾板約束位置的不同，假拱景觀橋中的裝飾板有梁式裝飾板和拱式裝飾板兩種類型。拱式裝飾板假拱景觀橋和梁式裝飾板假拱景觀橋的主體受力結(jié)構(gòu)均為3跨簡(jiǎn)支梁橋。不同的是，拱形裝飾板約束位置的不同，帶來(lái)的自身受力特征及對(duì)簡(jiǎn)支梁橋的影響不同。

2.1拱式裝飾板設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)

拱式裝飾板是拱形裝飾板支撐在下部的系梁上，約束設(shè)置如圖2所示，受力簡(jiǎn)圖如圖3所示。

在荷載作用下，拱式裝飾板的受力特征與拱的受力特征一致，截面主要受壓應(yīng)力，在約束位置處會(huì)產(chǎn)生較大的水平力。由于拱腳處截面尺寸較小，且水平力較大，故為受力最不利位置。

圖2　拱式裝飾板約束位置Fig.2 Arch type decorative sheet constraint location

圖3　拱式裝飾板受力分析Fig.3 Arch type decorative sheet force analysis

2.1.1拱式裝飾板設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)

拱式裝飾板具有拱的受力特點(diǎn)，截面主要以受壓為主，所受彎矩較小。拱的這種受力特點(diǎn)有利于發(fā)揮混凝土受壓能力強(qiáng)而抗拉能力較弱的特點(diǎn)。

2.1.2拱式裝飾板設(shè)計(jì)方案的缺點(diǎn)

（1）由于裝飾板截面尺寸較為復(fù)雜且不圓順，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。在發(fā)生應(yīng)力集中區(qū)域（如拱腳等區(qū)域），容易產(chǎn)生拉應(yīng)力局部較大的情況。而在拱腳處，由于截面尺寸受到明顯的限制，進(jìn)行加強(qiáng)配筋十分困難。所以，拱腳處形成一個(gè)明顯的受力薄弱區(qū)。

（2）拱式裝飾板的持久受力狀態(tài)為拱的受力狀態(tài)，截面以受壓為主。在吊裝時(shí)，針對(duì)裝飾板的截面尺寸較小，自重較小的特點(diǎn)，為保證吊裝時(shí)的穩(wěn)定可靠，應(yīng)采用兩點(diǎn)吊，吊點(diǎn)應(yīng)在裝飾板約束位置處（如圖4所示）。這時(shí)，拱式裝飾板的受力狀態(tài)為梁的受力狀態(tài)，與持久受力狀態(tài)相差較大。因此，吊裝對(duì)拱式裝飾板構(gòu)件影響很大，使其容易開裂和破壞。

（3）雖然裝飾板的截面尺寸較小，但由于跨度及混凝土的容重較大，對(duì)其他結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生影響。對(duì)拱式裝飾板而言，因?yàn)楸３止暗氖芰μ攸c(diǎn)，在豎向荷載下，要產(chǎn)生水平推力。水平力會(huì)在橋墩底部產(chǎn)生較大的彎矩，使橋墩由軸壓構(gòu)件轉(zhuǎn)變?yōu)閴簭潣?gòu)件，彎矩效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。而橋墩由于配筋較少，一旦出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，將難以約束裂縫的發(fā)展。這對(duì)橋墩，尤其是高橋墩，會(huì)產(chǎn)生不利的影響。橋梁跨度越大，橋墩高度越高，在橋墩底部產(chǎn)生的彎矩效應(yīng)也越大。

圖4　裝飾板吊裝圖Fig.4 Decorative sheet lifting

2.2梁式裝飾板設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)

梁式裝飾板是拱形裝飾板支撐在帽石或蓋梁上，約束設(shè)置如圖5所示，其受力簡(jiǎn)圖如圖6所示。

圖5　梁式裝飾板約束位置Fig.5 Beam type decorative sheet constraint location

在荷載作用下，梁式裝飾板的受力特征與簡(jiǎn)支梁的受力特征一致，約束位置處受自身重力產(chǎn)生的剪力最大。由于裝飾板自重很小，產(chǎn)生的剪力較小。因?yàn)檠b飾的跨徑較大，跨中彎矩最大處為受力最不利的位置。

圖6　梁式裝飾板受力簡(jiǎn)圖Fig.6 Beam type decorative sheet force diagram

2.2.1梁式裝飾板設(shè)計(jì)方案的缺點(diǎn)

因?yàn)榭鐝捷^大，梁式裝飾板跨中正彎矩較大，相應(yīng)的拉應(yīng)力較大，混凝土容易開裂。

2.2.2梁式裝飾板設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)

（1）混凝土開裂問(wèn)題可以通過(guò)在底部配筋解決。支座拐角處拉應(yīng)力較大的問(wèn)題可以通過(guò)增設(shè)加強(qiáng)筋來(lái)解決。梁式裝飾板按照簡(jiǎn)支梁的配筋要求，取跨中最不利截面，按矩形雙筋截面梁進(jìn)行抗彎配筋，取支座處最不利截面進(jìn)行抗剪配筋，配筋簡(jiǎn)單，技術(shù)比較成熟。

（2）裝飾板因?yàn)榻孛娉叽缧。孛嫘螤钶^為復(fù)雜，因而應(yīng)采用預(yù)制場(chǎng)預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)吊裝的施工方法來(lái)進(jìn)行施工。從吊裝的角度看，較好的吊裝狀態(tài)要求吊裝時(shí)的受力狀態(tài)與裝飾板的持久受力狀態(tài)保持一致。就梁式裝飾板而言，因?yàn)榈觞c(diǎn)的位置與梁式裝飾板的約束位置一致，梁式裝飾板可以保證吊裝時(shí)的狀態(tài)與裝飾板的持久受力狀態(tài)保持一致，均為梁的受力狀態(tài)。故吊裝對(duì)梁式裝飾板影響很小，在吊裝中不會(huì)對(duì)構(gòu)件造成破壞。

（3）因?yàn)榱菏窖b飾板支撐在蓋梁上，并且截面尺寸小，結(jié)構(gòu)自重較小，所以僅會(huì)增大蓋梁懸臂端的剪力，增加幅度不大，且可以減小跨中的正彎矩，在整體上對(duì)假拱結(jié)構(gòu)影響很小。

2.3兩種假拱景觀橋設(shè)計(jì)方案比選結(jié)果

拱式裝飾板假拱景觀橋設(shè)計(jì)方案雖然可以發(fā)揮拱式裝飾板截面彎矩較小、混凝土基本處于受壓狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)，但是拱腳處容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，且補(bǔ)強(qiáng)困難。另外，由于吊裝狀態(tài)與持久受力狀態(tài)不一致，對(duì)橋墩等結(jié)構(gòu)的影響較大。

梁式裝飾板假拱景觀橋設(shè)計(jì)方案雖然存在著跨中彎矩較大，混凝土容易開裂的缺點(diǎn)，但也存在著配筋簡(jiǎn)單，吊裝狀態(tài)與持久受力狀態(tài)一致，對(duì)其他結(jié)構(gòu)影響較小的突出優(yōu)點(diǎn)。該工程最終選擇梁式裝飾板假拱景觀橋設(shè)計(jì)方案。

3　結(jié)語(yǔ)

假拱景觀橋綜合了簡(jiǎn)支梁橋設(shè)計(jì)、施工簡(jiǎn)單及拱橋優(yōu)美外觀的優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)景觀橋梁發(fā)展的方向之一，應(yīng)大力推廣。

在實(shí)際應(yīng)用中，梁式裝飾板假拱景觀橋方案中的拱形裝飾板憑借其在配筋、吊裝、對(duì)橋墩等結(jié)構(gòu)的影響小等方面的優(yōu)勢(shì)，被優(yōu)先采用。

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[責(zé)任編輯胡修池]

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1008-486X（2016）01-0039-03

2015－06－19

黃河水院青年基金項(xiàng)目：假拱在景觀橋梁中的應(yīng)用（2014Q N KY022）

施小明（1983－），男，河南新鄉(xiāng)人，助教，碩士，主要從事道路與橋梁專業(yè)的教學(xué)與研究工作。