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        柏果樹河景觀橋梁方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2021-06-13 06:35:32高海亮劉海萍
        城市道橋與防洪 2021年5期
        關(guān)鍵詞:索塔牛腿墩柱

        劉 軍,高海亮,劉海萍

        [1.青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,山東 青島266000;2.青島西海岸發(fā)展(集團(tuán))有限公司,山東 青島266000]

        1 工程概況

        柏果樹河景觀橋位于青島市東方影都影視制作區(qū)內(nèi),橋址沿線擁有優(yōu)質(zhì)的旅游文化資源,且靠近青島西海岸新區(qū)商業(yè)、文化中心。柏果樹河景觀橋?yàn)閰^(qū)域天際線重點(diǎn)打造的景觀節(jié)點(diǎn)。

        2 橋梁方案

        該橋梁方案以影視文化為契機(jī),通過橋梁造型“如夢(mèng)如幻,時(shí)空之門”的優(yōu)美姿態(tài),展現(xiàn)出影視基地“屹立東方、走向世界”的影視浪漫思緒。該橋梁在方案創(chuàng)作階段將建筑外形與周邊文化結(jié)合,形成片區(qū)“美”與“雅”的載體[1]。

        柏果樹河景觀橋全長(zhǎng)85m。主橋采用鋼箱梁,跨徑布置為25m+60m=85m(見圖1)。主橋橫斷面布置為2.0m(吊桿區(qū))+2.5m(人行道)+11m(車行道)+2.5m(人行道)+2.0m(吊桿區(qū))=20m。橋梁上部結(jié)構(gòu)采用鋼箱梁,橋梁靠近濱河西路一側(cè)設(shè)環(huán)形索塔。索塔為側(cè)傾拱肋,傾斜角度為25°(見圖2)。拱肋由內(nèi)拱肋及外拱肋組成,拱軸線采用橢圓線擬合;內(nèi)、外拱肋斷面采用梯形斷面,外拱肋平面內(nèi)橢圓短半徑為16m,長(zhǎng)半徑為17.654m;橋面以上拱肋凈高21m[2]。

        圖1 橋梁方案縱斷面布置圖

        圖2 橋梁方案圖

        3 建筑設(shè)計(jì)

        3.1 片區(qū)定位

        橋梁位于青島東方影都產(chǎn)業(yè)園內(nèi),橫跨柏果樹河道連接濱河?xùn)|西路。影視產(chǎn)業(yè)園占地200hm2,外景區(qū)有歐陸風(fēng)情、明清古都、阿拉伯世界等多個(gè)外景區(qū)。

        3.2 建筑理念

        (1)隨著上世紀(jì)無數(shù)經(jīng)典影視作品贏得市場(chǎng)好評(píng),銀鹽感光膠片與電影文化早已深度融合,傳統(tǒng)膠片已成為電影行業(yè)代名詞。20世紀(jì)80年代,數(shù)字電影誕生使傳統(tǒng)工法逐步退出歷史舞臺(tái)。但膠片的文化概念已深入人心,該景觀橋?qū)⒛z片與圓形拱肋的造型結(jié)合,形成獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路。

        (2)電影與歷史的記錄在時(shí)間軸上總是交融在一起,以影視作品為載體可以突破時(shí)空的限制,放飛人類思緒,在歷史的長(zhǎng)河中漫步。該景觀橋第二個(gè)設(shè)計(jì)靈感為時(shí)空之門,凸顯產(chǎn)業(yè)園區(qū)文化底蘊(yùn)。

        (3)舞臺(tái)光效的發(fā)展為影視藝術(shù)表現(xiàn)力提升,以及戲劇理念發(fā)展提供廣闊的前景。長(zhǎng)期以來,設(shè)計(jì)者與導(dǎo)演意圖的溝通,通常在平面二維表述、口頭闡述與探討中進(jìn)行。上世紀(jì)50年代以后,逐漸由紙型向立體的較為準(zhǔn)確的模型過渡,使導(dǎo)演與設(shè)計(jì)者之間的思維交往有了明確的演劇空間概念。該景觀橋第三個(gè)設(shè)計(jì)思路通過設(shè)置拉索的布置,體現(xiàn)舞臺(tái)光效的設(shè)計(jì)理念;配合夜景亮化設(shè)計(jì),提高整體設(shè)計(jì)效果。

        結(jié)合片區(qū)定位提取文化元素,將膠片、時(shí)空、舞臺(tái)光效三個(gè)元素進(jìn)行整合,并在方案設(shè)計(jì)階段進(jìn)行提煉[3](見圖3)。

        圖3 建筑理念:膠片、時(shí)光之門、舞臺(tái)光效之圖示

        4 橋梁優(yōu)化

        4.1 支座布置

        為實(shí)現(xiàn)橋梁上部結(jié)構(gòu)三跨布置,應(yīng)對(duì)索塔、橋梁下部結(jié)構(gòu)的布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。方案優(yōu)化階段對(duì)增設(shè)立柱、增設(shè)拱肋牛腿兩種方式進(jìn)行比選(見圖4)。

        圖4 增設(shè)立柱或拱助牛腿方案圖

        (1)在索塔內(nèi)側(cè)增加墩柱,預(yù)應(yīng)力箱梁至橋梁墩柱傳力路徑簡(jiǎn)潔,但增加墩柱對(duì)景觀效果影響較大?;A(chǔ)頂為索塔拱腳及墩柱共同作用區(qū)域,傳力路徑繁瑣。

        (2)將預(yù)應(yīng)力箱梁以下索塔斷面沿橋梁橫向加寬,增設(shè)索塔牛腿。將上部結(jié)構(gòu)支座反力通過牛腿與索塔軸力合并后傳至基礎(chǔ)頂,路徑簡(jiǎn)潔明確。在索塔內(nèi)側(cè)增設(shè)牛腿,對(duì)景觀效果的影響降至最低;缺點(diǎn)為牛腿節(jié)段構(gòu)造復(fù)雜,需采用BIM進(jìn)行正向設(shè)計(jì)[4]。

        經(jīng)比選后采用拱肋內(nèi)側(cè)增設(shè)牛腿的處理方式。

        4.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

        該橋梁結(jié)構(gòu)采用三維有限元計(jì)算軟件MIDAS Civil2019進(jìn)行計(jì)算分析,拱肋及主梁采用梁?jiǎn)卧M結(jié)構(gòu)構(gòu)件,斜拉索采用桁架單元模擬。橋梁汽車荷載采用城-A級(jí),人群荷載按現(xiàn)行《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定取值。全橋共離散為753個(gè)單元和641個(gè)節(jié)點(diǎn),結(jié)構(gòu)模型及計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

        (1)主拱、主梁應(yīng)力均小于規(guī)范限值,強(qiáng)度滿足規(guī)范要求;(2)主梁活載位移小于規(guī)范限值,主梁剛度滿足規(guī)范要求;(3)吊桿安全系數(shù)大于規(guī)范限值,強(qiáng)度滿足規(guī)范要求;(4)結(jié)構(gòu)彈性穩(wěn)定分析滿足規(guī)范要求。

        圖5 主橋有限元模型及計(jì)算結(jié)果圖示

        4.3 BIM技術(shù)在復(fù)雜節(jié)點(diǎn)中的應(yīng)用

        (1)建立BIM整體模型,對(duì)空間結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行碰撞檢查。

        三維曲面構(gòu)件對(duì)構(gòu)件尺寸及空間相對(duì)關(guān)系的準(zhǔn)確性要求較高,對(duì)不符合構(gòu)造要求的情況應(yīng)及時(shí)調(diào)整;通過對(duì)索塔截面尺寸多次調(diào)試確定最優(yōu)截面,以滿足景觀及力學(xué)要求。通過BIM正向設(shè)計(jì),提早發(fā)現(xiàn)隱患點(diǎn),輔助設(shè)計(jì)人員對(duì)項(xiàng)目提前進(jìn)行決策。

        (2)內(nèi)拱柱腳位于橋梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)施帶內(nèi),由于內(nèi)拱軸線為橢圓線、內(nèi)拱面位于傾斜面內(nèi),同時(shí)考慮橋面縱坡等因素影響,對(duì)內(nèi)拱拱腳進(jìn)行BIM三維建模,在橋面內(nèi)精確放樣定位,確?,F(xiàn)場(chǎng)安裝準(zhǔn)確無誤,避免返工。

        圖6 為支座布置方式圖。

        圖6 支座布置方式圖

        5 結(jié) 語(yǔ)

        人們?cè)谖镔|(zhì)生活水平提高的同時(shí),也需要更完美、更完善的建筑橋梁結(jié)構(gòu),以滿足精神上的需要。因而,力學(xué)與審美必須完美地結(jié)合成為建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)。這就促使橋梁結(jié)構(gòu)工程師在建筑師進(jìn)行方案創(chuàng)作階段予以介入,協(xié)同設(shè)計(jì)從而確保后續(xù)方案的落地。

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