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        烏昌大道頭屯河大橋總體設(shè)計(jì)

        2019-05-18 07:11:50任宏業(yè)蔚志鵬
        城市道橋與防洪 2019年3期
        關(guān)鍵詞:橋梁景觀

        任宏業(yè),蔚志鵬

        (上海林同炎李國豪土建工程咨詢有限公司,上海市 200437)

        1 概述

        烏昌大道是烏魯木齊與昌吉往來的交通要道,頭屯河段位于昌吉的門戶,由于頭屯河景觀提升工程的建設(shè),頭屯河形成寬近600 m的景觀水域,該工程是該項(xiàng)目的重要節(jié)點(diǎn)工程。頭屯河大橋除滿足交通功能外,同步對周邊地區(qū)的交通組織和路網(wǎng)銜接進(jìn)行梳理;同時(shí)橋梁需兼?zhèn)渚坝^功能,展示城市門戶景觀形象,為頭屯河兩岸地區(qū)的規(guī)劃開發(fā)創(chuàng)造便利條件[1](見圖1)。

        圖1 頭屯河景觀整治效果圖

        2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及建設(shè)規(guī)模

        2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

        (1)道路等級:主線道路等級為城市快速路;輔道為城市次干路。

        (2)設(shè)計(jì)速度:上層主線設(shè)計(jì)速度采用80 km/h;下層及輔道為40 km/h。

        (3)橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn):汽車荷載取城-A級。

        (4)人群荷載按《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 11—2011)取值。

        (5)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn):地震動峰值加速度0.2g,地震基本烈度為8度。

        (6)設(shè)計(jì)安全等級:一級。

        (7)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù):1.1。

        (8)環(huán)境類別:屬Ⅱ類地區(qū)。

        2.2 建設(shè)規(guī)模

        烏昌大道頭屯河大橋新建工程西起東外環(huán)路(K0+343.203),東至兵友路 /頭屯街(K1+940),全長1.597 km。橋梁總長901.42 m,其中主橋長586.42 m,引橋長 315 m。主橋?yàn)椋?1.07+80+71.07)m+(71.07+71.07)m+(71.07+80+71.07)m=586.42 m 三聯(lián)雙層鋼桁架橋,西側(cè)引橋?yàn)閮陕?lián)3×35 m現(xiàn)澆連續(xù)箱梁,東側(cè)引橋?yàn)橐宦?lián)3×35 m現(xiàn)澆連續(xù)箱梁。該工程包括橋梁工程、道路接線工程以及相應(yīng)的附屬工程。

        3 總體布置

        3.1 工程總體方案

        現(xiàn)狀烏昌大道兩側(cè)布置有輔道(省道112),主要服務(wù)于沿線的出行,因此新建的頭屯河大橋要兼顧主線及輔道的過河需求。若主輔分離過河,需新建四幅橋,橋面整體寬度大,景觀效果較差;若輔道并入主線過河,將在主橋段產(chǎn)生交織,對主線行車造成一定的影響。因此此次設(shè)計(jì)采用雙層橋結(jié)構(gòu)形式,主線位于上層,輔道位于下層,既不影響主線交通,又能減小整個(gè)橋面寬度,達(dá)到良好的景觀效果(見圖2)。

        圖2 烏昌大道總體路線走向示意圖

        3.2 方案構(gòu)思

        根據(jù)總體方案研究,采用上下雙層布置較為合理。桁架橋是以桁架作為主要承重構(gòu)件的橋型,是雙層橋面最為適宜的橋型。距橋梁西側(cè)200 m為當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑——有著“盛開雪蓮”美譽(yù)的新疆大劇院,橋梁造型需與大劇院融合,不搶景。該橋構(gòu)思來源于連綿起伏的天山山脈,通過“桁架結(jié)構(gòu)”與“環(huán)境”的對話,在傳統(tǒng)桁架的基礎(chǔ)上,在頂部呈現(xiàn)山脈效果,將橋藏在大自然之中,與環(huán)境相融合,橋梁結(jié)構(gòu)之美油然而生,與近處的新疆大劇院相得益彰(見圖3)。

        圖3 主橋方案效果圖

        3.3 橋跨布置

        根據(jù)規(guī)劃,頭屯河景觀水域?qū)挾葹?70 m,雙層桁架主橋長586.42 m,與東西兩側(cè)現(xiàn)狀烏昌大道接順,引橋長315 m,橋梁總長901.42 m。主橋?yàn)椋?1.07+80+71.07)m+(71.07+71.07)m+(71.07+80+71.07)m=586.42 m三聯(lián)雙層鋼桁架橋,西側(cè)引橋?yàn)閮陕?lián)3×35 m現(xiàn)澆連續(xù)箱梁,東側(cè)引橋?yàn)橐宦?lián)3×35 m現(xiàn)澆連續(xù)箱梁。

        4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        4.1 結(jié)構(gòu)體系

        主橋方案采用多跨連續(xù)桁架橋,常用的桁式結(jié)構(gòu)有三角形、N形、米字桁等多種形式[2]。該橋考慮景觀造型十分重要,采用無豎桿的三角形桁式體系,結(jié)構(gòu)造型簡潔、通透性好,通過桁架底部、頂部造型的變換實(shí)現(xiàn)了“山脈”的效果。主桁高度為8.7 m,節(jié)間距為10 m,其中一聯(lián)布置如圖4所示。

        圖4 三跨一聯(lián)桁架布置圖(單位:m)

        4.2 橫斷面設(shè)計(jì)

        該橋上層橋面為雙向八車道,橋梁功能寬度達(dá)到36 m。如采用兩片主桁布置,則橋面太寬,橋面系高度增加;如采用三片主桁,則受力不夠明確,也增加了施工難度。因此該橋采用兩片主桁,分幅對稱布置。根據(jù)景觀造型需要,邊桁需升出橋面,主桁采用平行桁架設(shè)計(jì),上下同寬。

        上層雙向八車道,一幅橋上層橫斷面布置為1.33 m(主桁)+0.5 m(防撞護(hù)欄)+16 m(車行道)+0.5 m(防撞護(hù)欄)+2 m(中央分隔帶)=20.33 m。

        下層布置雙向四車道,一幅橋下層橫斷面布置為 1.33 m(主桁)+3.5 m(人行道)+3.5 m(非機(jī)動車道)+0.5 m(防撞護(hù)欄)+7.5 m(車行道)+0.5 m(防撞護(hù)欄)+1.5 m(主桁區(qū))+2 m(中央分隔帶)=20.33 m。

        圖5 橫斷面布置圖(單位:m)

        該橋在桁架外側(cè)布置了3 m的人行觀景步道,人們可以站在橋上近距離欣賞頭屯河水景(見圖 5)。

        4.3 主桁設(shè)計(jì)

        4.3.1 主要桿件

        由于主桁較寬,主桁桿件受力較大,上、下弦桿均采用箱形截面,截面寬度為1 250 mm,高度均為1 400 mm,頂、底板最大板厚35 mm,加勁肋板厚20 mm。腹桿采用箱形截面,截面寬度為880 mm,高度均為1 250 mm,頂、底板最大板厚35 mm,加勁肋板厚20 mm。桁架用鋼均采用Q345qE。

        4.3.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

        該橋采用整體焊接節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)板也是弦桿和腹桿的一部分,腹桿的頂?shù)装迮c節(jié)點(diǎn)板焊接,腹板向節(jié)點(diǎn)板插入。采用整體節(jié)點(diǎn)可減少鋼結(jié)構(gòu)出廠散件,節(jié)點(diǎn)外拼接條件得到改善,工地安裝方便。

        4.4 橋面系

        該橋采用板桁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式,橋面系需參與桁架受力,加勁梁橋面與正交異性鋼橋面板類似,由橋面板、加勁肋、橫梁組成。橋面板為16 mm厚鋼橋面板,加勁肋采用U形肋,板厚8 mm,在兩節(jié)點(diǎn)之間共設(shè)置4道橫梁,采用工字形斷面。

        4.5 裝飾構(gòu)件

        該橋外立面造型考慮景觀需要,采用了棱角分明的異型造型,異型構(gòu)造通過外加鋼板實(shí)現(xiàn),主要為裝飾作用,不參與整體受力,采用沖壓成型的方式進(jìn)行加工。

        4.6 附屬工程

        橋位設(shè)防烈度為8度,為了減小下部結(jié)構(gòu)尺寸,滿足抗震要求,支座均采用矩形減隔震鉛芯橡膠支座。

        主橋兩端設(shè)置具有多向變位裝置的320梳齒板伸縮縫。

        主橋橋面鋪裝采用了70 mm ERS鋼橋面鋪裝,由防水抗滑黏結(jié)層、剛度過渡層、隔溫層、SMA-13面層組成。

        上層設(shè)置燈桿影響總體景觀效果,主橋上層照明采用低位照明,下層照明通過頂部吊頂燈提供照明,該橋也是新疆地區(qū)首次采用低位功能照明。

        4.7 鋼結(jié)構(gòu)防腐

        橋梁處于嚴(yán)寒地區(qū),用于橋梁鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂料需具備優(yōu)異的耐鹽霧、耐酸堿、耐寒等防腐性能,橋梁重涂周期按20年考慮,防腐涂裝選用了較為先進(jìn)的冷噴鋅涂裝體系(見表1)。

        表1 鋼結(jié)構(gòu)防腐方案

        5 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

        5.1 計(jì)算模型

        計(jì)算軟件采用正版midas Civil 2015(Ver.8.3.2 R1)進(jìn)行計(jì)算分析,建立兩聯(lián)三維有限元靜、動力計(jì)算模型。其中,上下弦桿、腹桿、橫梁采用梁單元模擬,橋面系及縱肋采用板單元模擬。

        約束體系:全橋采用鉛芯橡膠支座,采用一般連接模擬鉛芯橡膠支座,按等效剛度輸入支座剛度,并考慮橋墩、承臺。樁基的共同作用:樁土的相互作用按“m”法計(jì)算(見圖6)。

        圖6 計(jì)算模型

        5.2 分析結(jié)論

        由表2、表3可以看出,大橋自身剛度、強(qiáng)度滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求。橋位設(shè)防烈度為8度,采用了減隔震支座,有效減小了下部結(jié)構(gòu)地震作用下的受力,橋墩均處于彈性。

        表2 基本組合作用下的應(yīng)力情況

        表3 E1與E2地震作用下橋墩墩底截面內(nèi)力及抗力

        6 施工方案

        該橋的施工方案構(gòu)思原則盡可能地做到便捷、成熟,考慮到施工周期等影響,雙層鋼桁架橋采用節(jié)段拼裝的施工方案。總體施工工序如下:施工準(zhǔn)備,場地平整→下部結(jié)構(gòu)施工→工廠制作鋼結(jié)構(gòu)→搭設(shè)施工臨時(shí)支撐→現(xiàn)場拼裝鋼節(jié)段→循環(huán)進(jìn)行拼裝工序→桁架合龍→附屬工程施工→成橋(見圖 7)。

        圖7 施工中的頭屯河大橋

        7 結(jié)語

        頭屯河大橋是新疆第一座雙層鋼桁架景觀橋,也是西北地區(qū)用鋼量最大的市政景觀橋梁,橋梁總體方案結(jié)合交通功能、地域特色等多元素,在滿足安全、經(jīng)濟(jì)、適用的前提下,在設(shè)計(jì)理念、結(jié)構(gòu)造型上具有較大創(chuàng)新性及設(shè)計(jì)特色。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

        (1)因地制宜,結(jié)合實(shí)際交通組織采用雙層橋面。新建的頭屯河大橋要兼顧烏昌大道主線及兩側(cè)輔道的過河需求。因此此次設(shè)計(jì)采用雙層橋結(jié)構(gòu)形式,主線位于上層,輔道位于下層,達(dá)到良好的交通組織效果。

        (2)獨(dú)特的“天山山脈”景觀效果設(shè)計(jì)創(chuàng)意,既與橋型相符合,又反映新疆特色,選取新疆地理上最具代表性的“天山”為設(shè)計(jì)元素,在傳統(tǒng)桁架的基礎(chǔ)上,通過頂部、底部造型的變化,實(shí)現(xiàn)了山脈的效果,與新疆大劇院相得益彰,“天山、雪蓮”的組合深受好評。

        (3)為了實(shí)現(xiàn)橋梁的景觀效果,桁架外測裝飾采用異型結(jié)構(gòu)。異型節(jié)點(diǎn)為受力主桁架外掛結(jié)構(gòu),采用空間曲面形式,采用沖壓成型方式。突破了鋼桁架規(guī)整的外立面造型,是對景觀橋梁鋼結(jié)構(gòu)外裝飾的一次創(chuàng)新。

        該橋于2016年10月開工,2017年12月上層主線正式通車,2018年7月全橋正式竣工。

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