天津蚌埠橋縱橫拱網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、天津蚌埠橋縱橫拱網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)    中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 摘要蚌埠橋?yàn)樘厥獾钠矫娣磳ΨQ空間梁拱組合結(jié)構(gòu)，兩側(cè)造型如飄帶的輔橋引導(dǎo)游人通向彼岸帶狀沿河公園，主橋與輔橋之間設(shè)置三維空間的縱橫拱網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)以將其分離開來并提供相關(guān)支撐，其構(gòu)思精細(xì)巧妙、造型獨(dú)特新穎、結(jié)構(gòu)受力及構(gòu)造處理復(fù)雜。 關(guān)鍵詞縱橫拱網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)主橋鋼箱與網(wǎng)格狀縱橫拱剛度匹配性能空間梁拱組合體系 中圖分類號：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1 工程概況 蚌埠橋位于天津市區(qū)中心地段的海河上。它東接河?xùn)|區(qū)十三經(jīng)路，西連河西區(qū)蚌埠道，成為河?xùn)|、河西兩區(qū)之間又一重要跨河通道

2、。按天津城市總體發(fā)展布局，蚌埠橋所處小白樓中央金融商務(wù)區(qū)，為城市CBD核心部分。規(guī)劃在這一地區(qū)重點(diǎn)建設(shè)金融、辦公、商務(wù)、信息等現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)中心城市之功能設(shè)施，為天津市創(chuàng)造吸引國際化企業(yè)的良好商務(wù)環(huán)境，該地區(qū)將成為現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)中心之突出標(biāo)志。 蚌埠橋起點(diǎn)為蚌埠道與解放南路交口，上跨海河西路、海河以及海河?xùn)|路后與六緯路平交，為城市次干路。主橋長192米且與河道正交?？缭降暮：訛榧壓降?，水位1.5米，主航道凈寬30米、凈高4.5米；海河西路、海河?xùn)|路凈寬分別為16、24米，凈空均為3.5米。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為汽車城A級；人群荷載，整體分析2.4kN/m²。 蚌埠橋規(guī)劃為機(jī)非混行橋，機(jī)動車雙向4車道。橋

3、梁考慮人行過河，在主橋兩側(cè)設(shè)輔橋作為觀光人行道，并通過梯道連接至河道兩側(cè)的帶狀公園。橋梁的平面設(shè)計(jì)成反對稱結(jié)構(gòu)，主橋結(jié)構(gòu)和兩側(cè)行人輔橋結(jié)構(gòu)由空間縱、橫拱網(wǎng)狀構(gòu)造支撐并提供連接。整體上橋梁橫向可依次劃分為：人行輔橋、縱橫拱構(gòu)造、主橋、縱橫拱構(gòu)造、人行輔橋。其主橋?qū)?3.5，具體布置為0.50米（欄桿帶）+1.75米（人行道）+2米（非機(jī)動車道）+ 7米（機(jī)動車道）+0.25米（路緣帶）+0.5米（中央分隔帶）+0.25米（路緣帶）+ 7米（機(jī)動車道） +2米（非機(jī)動車道）+ 1.75米（人行道）+0.50米（欄桿帶）； 輔橋凈寬各3米。 圖1 橋梁橫斷效果圖 圖2 橋梁效果圖 主橋與輔橋中間的兩

4、部分為空間縱橫拱網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。這里凹形的縱橫拱區(qū)域得到了最大程度的利用，一個連接主橋人行道的平臺、經(jīng)數(shù)階后又一個連接輔橋的平臺，該梯道呈喇叭孔狀延伸至此岸的親水平臺與帶狀公園，從而解決了主橋和輔橋游人達(dá)到不同河岸公園的需求。 2. 橋型設(shè)計(jì)特點(diǎn) 主橋?yàn)閱蜗涠嗍忆撓淞航Y(jié)構(gòu)，輔橋?yàn)閼冶厶袅航Y(jié)構(gòu)。橋梁的主要承重由設(shè)置在主橋和輔橋之間的兩組（主橋兩側(cè)各有一組）三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。每組三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)均包括：連接主橋和輔橋的挑梁及3道縱拱、17道橫拱。 縱拱不是簡單的平面內(nèi)拱形構(gòu)造，而是扭曲的空間構(gòu)造，以適應(yīng)橋梁不同部位的受力及構(gòu)造連接要求。橫拱既是重要的承重結(jié)構(gòu)，又起到了連接主橋和輔橋使它們能共同受力的

5、作用?？v、橫拱的受力又不是簡單孤立的，與連接主橋和輔橋的6米一道的挑梁共同組成了三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，來共同承擔(dān)結(jié)構(gòu)負(fù)荷。本橋?yàn)樘厥獾牧汗敖M合結(jié)構(gòu)體系，主體結(jié)構(gòu)全部采用Q370qD鋼材，橋型布置如下圖： 圖3橋型布置（平面、立面、斷面） 3.縱橫拱網(wǎng)格設(shè)計(jì) 3. 1主橋鋼箱與網(wǎng)格狀縱橫拱剛度匹配性能 蚌埠橋結(jié)構(gòu)造型新穎、受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)總體上由正交異性板主橋鋼箱梁體、縱橫拱及挑梁構(gòu)成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和輔橋梁格構(gòu)成。輔橋梁格可視為主橋和網(wǎng)狀格構(gòu)的懸臂結(jié)構(gòu)，其受力比較簡單；而主橋梁體和網(wǎng)狀格構(gòu)則為全橋的主要承載和傳力結(jié)構(gòu)。為了使結(jié)構(gòu)更加輕盈通透、增強(qiáng)景觀視覺效果，網(wǎng)狀格構(gòu)構(gòu)件做得比較纖小，縱拱和橫拱截面都盡量

6、利用材料本身的承載能力，挑梁也是根據(jù)受力的特點(diǎn)采用高度變化的截面，以獲得縱橫拱與挑梁采用較佳的剛度匹配。 圖4 空間計(jì)算模型 主橋鋼箱梁體、縱橫拱網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)主要承重。為了使結(jié)構(gòu)更加輕盈，網(wǎng)狀格構(gòu)構(gòu)件做得比較纖小，縱拱和橫拱都盡量利用材料本身的承載能力。從全局上講，主橋梁體與由縱橫拱及挑梁共同組成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的剛度匹配對于結(jié)構(gòu)整體受力來說顯得格外重要。分別對不同梁高主橋鋼箱的情況進(jìn)行計(jì)算分析和對比，以了解主橋鋼箱與網(wǎng)格狀縱橫拱剛度匹配特性。結(jié)果表明，較低梁高情況下，縱橫拱提供剛度約40%（主橋鋼箱約60%），而適當(dāng)增加梁高，縱橫拱提供剛度可減小至30%以下（主橋鋼箱約70%以上）。加大梁高后，整體結(jié)

7、構(gòu)尤其是縱橫拱網(wǎng)格的應(yīng)力水平明顯降低，鋼材性能要求也相應(yīng)降低，基頻亦有所提高（約20%）從而一定程度上改善動力性能，且適當(dāng)加高梁高后，橋梁整體的美觀效果受影響較小。 因此，從全局上講，主橋梁體與由縱橫拱及挑梁共同組成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的剛度匹配對于結(jié)構(gòu)整體受力來說顯得格外重要。改變梁體的剛度對景觀影響較小且對改善整體受力影響較大。分析了幾種結(jié)構(gòu)后,通過計(jì)算分析結(jié)果對比表明，增強(qiáng)主橋梁體的剛度，結(jié)構(gòu)整體剛度顯著增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)基頻較提高較大，相應(yīng)模態(tài)的振型質(zhì)量參與系數(shù)也有所提高。結(jié)構(gòu)的某些較不利的振動模態(tài)也推遲或減少出現(xiàn)，這對改善結(jié)構(gòu)的動力性能也是具有一定好處的。 3.2縱橫的線性及截面的選擇 縱橫拱構(gòu)成的空

8、間網(wǎng)格為本橋最大特色和亮點(diǎn)，既要體現(xiàn)富于韻律的曲線線形的變化以及橋梁整體的通透之感，還要滿足必要的受力傳力性能。鑒于此，縱拱線形采用無規(guī)則的緩慢變化的空間三維曲線、其在立面和平面的投影亦由凹至凸緩慢平順變化，同時其截面沿拱軸方向扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)角度最大可達(dá)61度（豎直向上為0度）；橫拱線形亦為平面內(nèi)無規(guī)則曲線，且從此岸的曲率較大的凹形（A-5）漸漸過渡至曲率較小的凹形（A-1），經(jīng)由本側(cè)水中支撐部位無橫拱（此處為加強(qiáng)橫梁）后開始變化到曲率漸漸增加的凸形，至反對稱側(cè)水中支撐相應(yīng)部位較大曲率凸形（A7、A8）后，漸變至彼岸曲率較小的凸形橫拱（A10、A11）?？v橫拱尤其是縱拱和凸形橫拱截面外形尺寸不宜過

9、大，其中：縱拱寬約0.3米、高約0.4米，在必要的位置進(jìn)行板厚向內(nèi)腔側(cè)加強(qiáng)或設(shè)置內(nèi)腔鋼板以滿足局部或節(jié)點(diǎn)的受力或構(gòu)造要求；橫拱依拱格局部受力和構(gòu)造連接之需求，分段考慮截面形式，分別采用了封閉箱型、U型及兩塊分離鋼板組合型等多種形式，并在局部位置尤其是與縱拱相交節(jié)點(diǎn)部位予以加強(qiáng)。凹形橫拱尤其是其與主橋連接側(cè)的根部，其受力較大且為橋間樓梯所遮擋，可適當(dāng)放寬截面外形尺寸限制。 縱拱斷面 橫拱斷面 圖5 三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及縱橫拱斷面形式 縱橫拱為空間扭曲宛若纖細(xì)飄帶的曲線線形，是本橋重要的傳力構(gòu)件。如何在滿足其纖巧的截面及優(yōu)美線形要求的前提下，保證結(jié)構(gòu)安全及可實(shí)施性，是本橋的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。 4 結(jié)語 隨著社會的發(fā)展和人們對環(huán)境與審美的不斷提升，橋梁建設(shè)突破了傳統(tǒng)理念的束縛，逐漸向新型、景觀等多方向發(fā)展。加之計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展和結(jié)構(gòu)計(jì)算分析理論的逐步完善，各種與環(huán)境、美學(xué)景觀融合的復(fù)雜橋型的建設(shè)已成為可能。蚌埠橋作為這一趨勢的嘗試與探索，取得了一定的經(jīng)濟(jì)和社會效益。蚌埠橋?yàn)槠矫?/p>