交通性景觀橋梁設(shè)計(jì)
——以張家界跨某河大橋?yàn)槔?/h1>
2019-09-18 06:50:50馬磊
城市道橋與防洪 2019年9期
馬磊
（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200433）
0 引言
該方案靈感來(lái)源于張家界民居建筑中的干欄樓閣，采用民居風(fēng)格連續(xù)梁。受山區(qū)地形和氣候影響，張家界地區(qū)少數(shù)民族多采用“吊腳樓”的民居形式，屬于干欄式建筑體系，具有鮮明的名族特色。橋型設(shè)計(jì)在橋墩處設(shè)置觀景平臺(tái)和廊亭，既美觀實(shí)用，又有深沉的民俗風(fēng)情及文化淵源，激起縷縷思古之幽。橋墩的設(shè)計(jì)結(jié)合楚式建筑高臺(tái)基的特點(diǎn)和張家界民居的建筑風(fēng)格，橋墩底座形狀采用梯形，底座上可裝飾龍虎紋或鳥(niǎo)獸仙人紋圖案，體現(xiàn)地域的圖騰文化[3]。
1 工程概況
張家界市跨某河大橋新建工程，橋梁里程范圍為K0+025.745～K0+323.030。橋梁總長(zhǎng)297.285 m，橋?qū)?2.0 m?？绾又鳂蚩鐝綖椋?6.5+62+46.5）m、4×32.5 m。在Pm01、Pm04墩臺(tái)兩側(cè)各設(shè)一處景觀平臺(tái)和廊亭。
該橋上部結(jié)構(gòu)采用耐久性好、外形美觀的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式，主橋（46.5+62+46.5）m采用變高連續(xù)梁跨中（邊支點(diǎn)）梁高2.3 m，中支點(diǎn)梁高3.8 m。引橋4×32.5 m采用等高連續(xù)梁，梁高2 m。主橋橋墩采用實(shí)體墩、引橋橋墩采用花瓶墩立柱，基礎(chǔ)形式采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋臺(tái)采用重力式橋臺(tái)。廊亭下部結(jié)構(gòu)與主橋結(jié)構(gòu)間設(shè)20 mm沉降縫。
主橋主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，主橋跨徑布置為（46.5+62+46.5）m（見(jiàn)圖1）。引橋主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，跨徑布置為4×32.5 m（見(jiàn)圖 2）。
圖1 橋梁總體布置立面示意圖（主橋）
圖2 橋梁總體布置立面示意圖（引橋）
2 橋梁造型布置
橋梁鳥(niǎo)瞰圖如圖3所示。
在橋兩側(cè)及對(duì)岸共設(shè)4個(gè)橋頭堡，整體風(fēng)格與大橋統(tǒng)一。建筑設(shè)計(jì)靈感來(lái)自張家界湘西少數(shù)民族的干欄式民居建筑，與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑特點(diǎn)與文脈相融合。
圖3 橋梁效果鳥(niǎo)瞰圖
橋頭堡設(shè)計(jì)為觀景平臺(tái)的亭臺(tái)式建筑，每個(gè)橋頭堡占地約36 m2，基底建筑約7.8 m高，亭臺(tái)高約6.5 m。設(shè)計(jì)為重檐四角涼亭，采用當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的青瓦屋面，橋面以下的基底建筑采用花崗巖石材飾面，既清麗秀美，又古樸穩(wěn)重。亭中良好的視野方便居民與游客在亭中休憩觀景，欣賞兩岸美景，念幽幽思古之情懷。
橋體欄桿總長(zhǎng)315 m，采用花崗巖石雕欄板，色彩淡雅，與整體風(fēng)格統(tǒng)一[4]。
3 橋梁景觀設(shè)計(jì)
根據(jù)公共空間對(duì)照明的需求，可分為功能性、情景性和重點(diǎn)性照明：
（1）功能性照明系統(tǒng)以確保夜間安全為目的，主要設(shè)于道路兩旁或側(cè)分帶和人行區(qū)域；有高桿燈、護(hù)欄燈和泛光燈。
（2）情景性照明系統(tǒng)目的是營(yíng)造獨(dú)特的氣氛，需考慮與整個(gè)環(huán)境融合并營(yíng)造層次感；有護(hù)欄燈、戶外壁燈、草坪燈、水下燈、安裝于樹(shù)上的上照燈和情景燈等。
（3）重點(diǎn)性照明系統(tǒng)以突出重點(diǎn)景觀為目的，營(yíng)造具有燈光效果的節(jié)點(diǎn)；應(yīng)慎重選擇光色，局部重點(diǎn)性照明可多色變化，如橋墩、橋下雕塑，利用多變的燈光；主要有投射燈和水下燈等。
節(jié)能裝置以LED為主，在主要節(jié)點(diǎn)區(qū)域可引入使用太陽(yáng)能燈；整體布置原則以安全為前提，并應(yīng)整體統(tǒng)一協(xié)調(diào)、舒適和諧、便于維修。
材料上主要以復(fù)合環(huán)保材料或不銹鋼和鋁合金為主。
水景結(jié)合景觀照明，可以將水景的各種美妙波紋投射到梁體側(cè)表面上，同時(shí)橋梁在水中形成倒影，兩者形成空間關(guān)系的互動(dòng)。
該橋梁上部結(jié)構(gòu)充分利用先進(jìn)材料與古風(fēng)文化相結(jié)合，使茅溪河大橋兼具現(xiàn)代科技感與歷史建筑的厚重感，打造張家界旅游城市的又一地標(biāo)性建筑。
4 橋梁上部結(jié)構(gòu)相關(guān)計(jì)算
在整座橋梁結(jié)構(gòu)中，上部結(jié)構(gòu)是其中的關(guān)鍵部分，科學(xué)合理的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，并為后期施工奠定良好的基礎(chǔ)?，F(xiàn)對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。
4.1 計(jì)算模型
結(jié)構(gòu)計(jì)算采用橋梁博士（V3.5.0）有限元分析軟件，計(jì)算模型如圖4所示。
圖4 計(jì)算模型圖
4.2 支座反力
支座反力匯總見(jiàn)表1。
表1 恒載及活載豎向支反力匯總 kN
4.3 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算
4.3.1 承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗(yàn)算
根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）第 5.1.5條規(guī)定，構(gòu)件承載能力極限階段強(qiáng)度應(yīng)符合下式要求：
γ0S≤R （1）
4.3.2 正常運(yùn)營(yíng)階段結(jié)構(gòu)抗裂驗(yàn)算
根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）第6.1.2條和第6.3.1條規(guī)定進(jìn)行A類(lèi)預(yù)應(yīng)力抗裂驗(yàn)算。
正截面抗裂：頻遇組合如圖5所示。
圖5 頻遇組合主梁上、下緣最小正應(yīng)力圖（單位：MPa）
準(zhǔn)永久組合如圖6所示。
圖6 準(zhǔn)永久組合主梁上、下緣最小正應(yīng)力圖（單位：MPa）
斜截面抗裂：
從圖7可見(jiàn)，正常使用階段箱梁正截面全截面受壓，滿足抗裂要求；正常使用階段箱梁最大主拉應(yīng)力為0.80 MPa，滿足斜截面抗裂規(guī)范要求。
4.3.3 預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)力驗(yàn)算
按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）第 7.1.5條，使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力符合下列規(guī)定：
圖7 頻遇組合混凝土主拉應(yīng)力圖（外邊梁）（單位：MPa）
預(yù)應(yīng)力鋼筋標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合應(yīng)力驗(yàn)算見(jiàn)表2。
表2 預(yù)應(yīng)力鋼筋標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合應(yīng)力驗(yàn)算
4.4 結(jié)構(gòu)應(yīng)力驗(yàn)算
在使用荷載作用下，持久狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的法向壓應(yīng)力容許值（扣除全部預(yù)應(yīng)力損失）應(yīng)符合下列規(guī)定：
在使用荷載作用下，持久狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的主壓應(yīng)力容許值為
從圖8、圖9可見(jiàn)，正常使用階段的小箱梁正截面最大壓應(yīng)力為12.88 MPa，最大主壓應(yīng)力為12.91 MPa，滿足規(guī)范要求。
5 結(jié) 語(yǔ)
隨著現(xiàn)代城市化進(jìn)程的發(fā)展，越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注橋梁不僅是交通工具，不應(yīng)只滿足功能性適用，還應(yīng)該有一定的美學(xué)和文化成分。本文從設(shè)計(jì)建筑與周?chē)h(huán)境相融合的角度出發(fā)，以打造張家界旅游城市的又一標(biāo)志性地標(biāo)為目的，淺談該跨河大橋整體造型與上部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，得到以下結(jié)論：
圖8 標(biāo)準(zhǔn)組合主梁上、下緣最大正應(yīng)力圖（單位：MPa）
圖9 標(biāo)準(zhǔn)組合主梁最大主壓應(yīng)力圖（單位：MPa）
（1）當(dāng)代橋梁的設(shè)計(jì)不僅要考慮交通性功能，還應(yīng)把當(dāng)?shù)貧v史文化背景納入考慮范圍，使橋梁更具生命力與歷史使命感[5]。
（2）由于上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造相比于普通橋梁更復(fù)雜，交通性景觀橋應(yīng)多考慮上部結(jié)構(gòu)的受力驗(yàn)算（借助有限元分析軟件）。
（3）主橋混凝土連續(xù)梁采用少支架施工，橋墩臺(tái)及主梁現(xiàn)澆后，拆除臨時(shí)施工設(shè)施，進(jìn)行引橋、橋面系、景觀施工等[6]。
（4）由于施工地點(diǎn)是景區(qū)，施工期間會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境帶來(lái)一定的不利影響。施工期的主要環(huán)保措施是做好施工組織管理工作，制定相應(yīng)的規(guī)章制度并認(rèn)真執(zhí)行。
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馬磊
（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200433）
0 引言
該方案靈感來(lái)源于張家界民居建筑中的干欄樓閣，采用民居風(fēng)格連續(xù)梁。受山區(qū)地形和氣候影響，張家界地區(qū)少數(shù)民族多采用“吊腳樓”的民居形式，屬于干欄式建筑體系，具有鮮明的名族特色。橋型設(shè)計(jì)在橋墩處設(shè)置觀景平臺(tái)和廊亭，既美觀實(shí)用，又有深沉的民俗風(fēng)情及文化淵源，激起縷縷思古之幽。橋墩的設(shè)計(jì)結(jié)合楚式建筑高臺(tái)基的特點(diǎn)和張家界民居的建筑風(fēng)格，橋墩底座形狀采用梯形，底座上可裝飾龍虎紋或鳥(niǎo)獸仙人紋圖案，體現(xiàn)地域的圖騰文化[3]。
1 工程概況
張家界市跨某河大橋新建工程，橋梁里程范圍為K0+025.745～K0+323.030。橋梁總長(zhǎng)297.285 m，橋?qū)?2.0 m?？绾又鳂蚩鐝綖椋?6.5+62+46.5）m、4×32.5 m。在Pm01、Pm04墩臺(tái)兩側(cè)各設(shè)一處景觀平臺(tái)和廊亭。
該橋上部結(jié)構(gòu)采用耐久性好、外形美觀的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式，主橋（46.5+62+46.5）m采用變高連續(xù)梁跨中（邊支點(diǎn)）梁高2.3 m，中支點(diǎn)梁高3.8 m。引橋4×32.5 m采用等高連續(xù)梁，梁高2 m。主橋橋墩采用實(shí)體墩、引橋橋墩采用花瓶墩立柱，基礎(chǔ)形式采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋臺(tái)采用重力式橋臺(tái)。廊亭下部結(jié)構(gòu)與主橋結(jié)構(gòu)間設(shè)20 mm沉降縫。
主橋主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，主橋跨徑布置為（46.5+62+46.5）m（見(jiàn)圖1）。引橋主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，跨徑布置為4×32.5 m（見(jiàn)圖 2）。
圖1 橋梁總體布置立面示意圖（主橋）
圖2 橋梁總體布置立面示意圖（引橋）
2 橋梁造型布置
橋梁鳥(niǎo)瞰圖如圖3所示。
在橋兩側(cè)及對(duì)岸共設(shè)4個(gè)橋頭堡，整體風(fēng)格與大橋統(tǒng)一。建筑設(shè)計(jì)靈感來(lái)自張家界湘西少數(shù)民族的干欄式民居建筑，與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑特點(diǎn)與文脈相融合。
圖3 橋梁效果鳥(niǎo)瞰圖
橋頭堡設(shè)計(jì)為觀景平臺(tái)的亭臺(tái)式建筑，每個(gè)橋頭堡占地約36 m2，基底建筑約7.8 m高，亭臺(tái)高約6.5 m。設(shè)計(jì)為重檐四角涼亭，采用當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的青瓦屋面，橋面以下的基底建筑采用花崗巖石材飾面，既清麗秀美，又古樸穩(wěn)重。亭中良好的視野方便居民與游客在亭中休憩觀景，欣賞兩岸美景，念幽幽思古之情懷。
橋體欄桿總長(zhǎng)315 m，采用花崗巖石雕欄板，色彩淡雅，與整體風(fēng)格統(tǒng)一[4]。
3 橋梁景觀設(shè)計(jì)
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（1）功能性照明系統(tǒng)以確保夜間安全為目的，主要設(shè)于道路兩旁或側(cè)分帶和人行區(qū)域；有高桿燈、護(hù)欄燈和泛光燈。
（2）情景性照明系統(tǒng)目的是營(yíng)造獨(dú)特的氣氛，需考慮與整個(gè)環(huán)境融合并營(yíng)造層次感；有護(hù)欄燈、戶外壁燈、草坪燈、水下燈、安裝于樹(shù)上的上照燈和情景燈等。
（3）重點(diǎn)性照明系統(tǒng)以突出重點(diǎn)景觀為目的，營(yíng)造具有燈光效果的節(jié)點(diǎn)；應(yīng)慎重選擇光色，局部重點(diǎn)性照明可多色變化，如橋墩、橋下雕塑，利用多變的燈光；主要有投射燈和水下燈等。
節(jié)能裝置以LED為主，在主要節(jié)點(diǎn)區(qū)域可引入使用太陽(yáng)能燈；整體布置原則以安全為前提，并應(yīng)整體統(tǒng)一協(xié)調(diào)、舒適和諧、便于維修。
材料上主要以復(fù)合環(huán)保材料或不銹鋼和鋁合金為主。
水景結(jié)合景觀照明，可以將水景的各種美妙波紋投射到梁體側(cè)表面上，同時(shí)橋梁在水中形成倒影，兩者形成空間關(guān)系的互動(dòng)。
該橋梁上部結(jié)構(gòu)充分利用先進(jìn)材料與古風(fēng)文化相結(jié)合，使茅溪河大橋兼具現(xiàn)代科技感與歷史建筑的厚重感，打造張家界旅游城市的又一地標(biāo)性建筑。
4 橋梁上部結(jié)構(gòu)相關(guān)計(jì)算
在整座橋梁結(jié)構(gòu)中，上部結(jié)構(gòu)是其中的關(guān)鍵部分，科學(xué)合理的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，并為后期施工奠定良好的基礎(chǔ)?，F(xiàn)對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。
4.1 計(jì)算模型
結(jié)構(gòu)計(jì)算采用橋梁博士（V3.5.0）有限元分析軟件，計(jì)算模型如圖4所示。
圖4 計(jì)算模型圖
4.2 支座反力
支座反力匯總見(jiàn)表1。
表1 恒載及活載豎向支反力匯總 kN
4.3 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算
4.3.1 承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗(yàn)算
根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）第 5.1.5條規(guī)定，構(gòu)件承載能力極限階段強(qiáng)度應(yīng)符合下式要求：
γ0S≤R （1）
4.3.2 正常運(yùn)營(yíng)階段結(jié)構(gòu)抗裂驗(yàn)算
根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）第6.1.2條和第6.3.1條規(guī)定進(jìn)行A類(lèi)預(yù)應(yīng)力抗裂驗(yàn)算。
正截面抗裂：頻遇組合如圖5所示。
圖5 頻遇組合主梁上、下緣最小正應(yīng)力圖（單位：MPa）
準(zhǔn)永久組合如圖6所示。
圖6 準(zhǔn)永久組合主梁上、下緣最小正應(yīng)力圖（單位：MPa）
斜截面抗裂：
從圖7可見(jiàn)，正常使用階段箱梁正截面全截面受壓，滿足抗裂要求；正常使用階段箱梁最大主拉應(yīng)力為0.80 MPa，滿足斜截面抗裂規(guī)范要求。
4.3.3 預(yù)應(yīng)力鋼束應(yīng)力驗(yàn)算
按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62—2004）第 7.1.5條，使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力符合下列規(guī)定：
圖7 頻遇組合混凝土主拉應(yīng)力圖（外邊梁）（單位：MPa）
預(yù)應(yīng)力鋼筋標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合應(yīng)力驗(yàn)算見(jiàn)表2。
表2 預(yù)應(yīng)力鋼筋標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)組合應(yīng)力驗(yàn)算
4.4 結(jié)構(gòu)應(yīng)力驗(yàn)算
在使用荷載作用下，持久狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的法向壓應(yīng)力容許值（扣除全部預(yù)應(yīng)力損失）應(yīng)符合下列規(guī)定：
在使用荷載作用下，持久狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的主壓應(yīng)力容許值為
從圖8、圖9可見(jiàn)，正常使用階段的小箱梁正截面最大壓應(yīng)力為12.88 MPa，最大主壓應(yīng)力為12.91 MPa，滿足規(guī)范要求。
5 結(jié) 語(yǔ)
隨著現(xiàn)代城市化進(jìn)程的發(fā)展，越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注橋梁不僅是交通工具，不應(yīng)只滿足功能性適用，還應(yīng)該有一定的美學(xué)和文化成分。本文從設(shè)計(jì)建筑與周?chē)h(huán)境相融合的角度出發(fā)，以打造張家界旅游城市的又一標(biāo)志性地標(biāo)為目的，淺談該跨河大橋整體造型與上部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，得到以下結(jié)論：
圖8 標(biāo)準(zhǔn)組合主梁上、下緣最大正應(yīng)力圖（單位：MPa）
圖9 標(biāo)準(zhǔn)組合主梁最大主壓應(yīng)力圖（單位：MPa）
（1）當(dāng)代橋梁的設(shè)計(jì)不僅要考慮交通性功能，還應(yīng)把當(dāng)?shù)貧v史文化背景納入考慮范圍，使橋梁更具生命力與歷史使命感[5]。
（2）由于上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造相比于普通橋梁更復(fù)雜，交通性景觀橋應(yīng)多考慮上部結(jié)構(gòu)的受力驗(yàn)算（借助有限元分析軟件）。
（3）主橋混凝土連續(xù)梁采用少支架施工，橋墩臺(tái)及主梁現(xiàn)澆后，拆除臨時(shí)施工設(shè)施，進(jìn)行引橋、橋面系、景觀施工等[6]。
（4）由于施工地點(diǎn)是景區(qū)，施工期間會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境帶來(lái)一定的不利影響。施工期的主要環(huán)保措施是做好施工組織管理工作，制定相應(yīng)的規(guī)章制度并認(rèn)真執(zhí)行。
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