故道河碗凹式网壳钢拱桥设计

第2期（总第191期）中阖彳威*孜No.2 (Serial No.191) 2017 年 4 月CHINA MUNICIPAL ENGINEERING Apr. 2017
DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2017.02.010
故道河碗凹式网壳钢拱桥设计
周国华1,马莎莎2,李忠锋1,张勇1
(1.天津生态城市政景观有限公司，天津300468; 2.天津大学仁爱学院，天津301636 )
摘要：故道河三桥位于中新天津生态城，跨径200 m。

为实现与周边环境协调统一，通过结构创新，设计为碗凹式网壳钢拱桥。

该桥分幅设计，单幅桥面为单室钢箱梁，支撑结构由形成曲拱面的纵向钢构件与横向钢构件焊接形成网壳体。

对全桥进行静力分析，结果表明桥梁结构受力均满足规范要求。

为今后类似景观要求较高的桥梁工程提供参考。

关键词：碗凹式；网壳体；钢拱桥；设计；景观
中图分类号：U448.22 文献标志码：A文章编号：1004-4655 (2017 ) 02-0031-03
1工程概况
根据我国战略部署、发展规划，在天津滨海新 区建设天津生态城。

中新天津生态城的规划建设指 标体系体现复合生态原则—
—经济蓬勃发展、环境 友好、资源节约、产业注重生态环保，并以服务业 为主体[1]。

故道河三桥位于中新天津生态城中部，是沟通 故道河南北两侧的2条重要通道之一。

桥梁道路等 级为城市主干路，设计速度40 km/h，双向6车道，主桥长200 m，桥跨布置为：25 m+50 m+50 m+ 50 m+25m,荷载标准为城一 A级汽车荷载，故道 河常水位1.0 m，高水位1.5 m，考虑故道河通航要 求，桥下净空4.5 m。

该桥采用碗凹式网壳体钢结构，主桥造价约6 600万元，结构创新，简洁美观，经济可行（见图1)。

图1全桥效果图
收稿曰期：2017-02—16
第一作者简介：周国华（1984—），男，工程师，硕士，主要从事市政工程技术研究和设计工作。

2设计理念
现代的桥梁已不纯粹以满足功能为目的，桥梁 巨大的跨度、强烈的形体表现力、超凡的尺度均对 城市或大地景观产生影响[2]。

中新生态城致力于建设成为“资源节约、环境 友好、经济蓬勃、社会和谐”的新型城市[3]。

桥梁 作为城区风貌的重要组成部分，不仅要考虑解决交 通问题，而且要兼顾与周边景观和城市的和谐统一。

设计中试图将桥面和水面连接成一个整体，构 思出在河面上长出玉碗，连在一起的玉碗托起整个 桥面，将桥面与水面巧妙地连接成一个整体，而玉 碗的曲线又仿佛水面的涟漪，更将桥梁与水面融为 一体。

为使结构更加轻盈明快，简洁通透，符合力学 原理，设计时采用网格化处理，即构造出碗凹式网 状壳体结构，桥梁行人视角效果图见图2。

图2桥梁行人视角效果图
3桥梁工程结构设计
3.1几何外形
全桥横桥向以中轴对称方式分幅设计，桥梁总
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宽度33 m，单幅桥宽15.5 m，两幅桥间距2 m，单幅 横断面布置为0.5 m (人行护栏）+3 m (慢行系统）+ 0.5 m(隨护栏）+11 m(车浦）+0.5 m(隨护栏) (见图U主梁为单室钢箱梁，梁高2.5 m〇主梁及钢构件均采用Q345低合金钢，桥面采用8 cm厚的混凝 土进行面层施工，在人行道采用4 cm厚的混凝土。

在两幅桥面分别设向内侧倾斜1.5%的横陂，收集 雨水并在桥内侧下排。

图3跨中横断面图（m)
沿纵桥向，钢构件形成柔和曲面，竭力避免变 化过于剧烈的外形，也避免采用非常规、有风险的 施工方法，取而代之的是外形简明、符合力学原理 的、传力清晰的曲面结构。

桥梁两端，引桥尽可能 短，把桥梁对环境的影响减至最小。

桥的设计在考 虑美观的同时，为尽可能控制造价，采取如下措施: 主桥结构每50 m长划分为一个单元，所有单元的 形式一致。

3.2结构概念要点
为达到最佳视觉效果，设计采用三维作图技术 (见图4 )，用于结构计算。

利用模型进行静力计算，支撑条件为：中央墩柱位置支座固定，其他考虑为 滑动，保证桥梁随温度等因素变化时伸缩变化。

而 在横桥向是完全独立的，在局部设置横向杆件以增 强横向稳定。

本桥结构类似于多拱倒置拱桥，支座和拱中心 之间的惯性矩是变化的。

设计目的是与故道河上建 设的其他桥梁（鱼腹式梁桥和飘带式梁桥）建立形象上的关联。

此桥的支撑结构是由若干纵向钢构件 形成曲拱面加上与之垂直的横向连接杆件组成，形 成具有整体感的网状壳体，增加倒置拱的刚度，使 受压杆件不至于失稳。

结构本身由钢构件“编织”而成，看上去通透轻盈，同时具有承载性。

在桥面 中央的支座之间增加构件以保证足够惯性矩，也便 于结构养护。

在结构设计和计算过程中，遵循结构 与形式协调一致的原则，以控制建设成本。

主桥结 构采用跨中设置临时支撑的半跨架设施工方案。

3.3主体结构计算
结构分析借助 Autodesk Robot S tru ctu ral Analysis 2014软件，该软件用大量杆件和节点进行建模，组 成实际模型。

结构性能通过应力和变形分析进行研 究，对于拱杆件还需验算其稳定性。

3.3.1应力分析
从静力视图角度出发，将桥梁分解成两部分。

上部结构，受到拉伸力，下部结构，受到压缩力。

上部结构是由桥面组成，下部结构是由一系列相互 连接的拱组成。

桥面的首要作用在桥上建立一个可 供车辆通行的平面，因为该桥面承受纵向张拉力以 平衡由拱产生的压力，使本桥桥面也发挥着重要的 静力作用。

横向构件作用是将桥梁的下部结构与上部结构 连接起来，确保下部构件的整体性。

这些横向构件
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在跨中受拉，在支座处受压。

正常使用状况下自重 应力总体结果见图5。

图5自重下的正常应力
总体上，应力<26〇]\/^3，满足(^345等级的钢材应力极限值。

3.3.2挠度变形计算
在建筑过程中将桥梁的构件建成弧形，以抵销 因建筑物自重造成的变形。

挠度计算结果见图6、图7〇
图6在平均分布的交通荷载下的挠度（cm )
图7在中央桥跨上分布的交通荷载下的挠度（cm )
在上述2种情况下，挠度的极限值是"500= 50/500=10cm，结构最大烧度6.4cm，满足极限值要求。

3.3.3稳定性计算
一般性挠曲计算需在最不利的计算组合下进行。

临界系数是产生挠曲压缩应力的现存值与现存 压缩应力值的比例。

所得比例值显示结构具有良好的稳定性。

临界
系数最小值等于15。

鉴于所得数值可知结构不存在挠曲风险。

对该
碗凹式网壳钢拱桥梁进行计算分析，可以确保施工
的可行性，建筑物所有应力都是允许应力，偏移在
允许范围内。

4结语
本文对中新天津生态城内一座独具特色的桥梁——故道河碗凹式网壳钢拱桥进行详细描述，介
绍该桥的主体结构，同时对结构的计算也作出说
明。

该桥型在结构体系上有一定创新，结构简洁明 快，视觉通透，又与城市景观密切结合，为今后类
似的城市景观桥梁提供一些有价值的技术资料和设
计思路。

目前，该桥已经完成方案设计，预计2017年
6月动工，2019年建成通车。

参考文献：
[1]仇保兴.从绿色建筑到低碳生态城[J].城市发展研究，2009 (7 ):
1-11.
[2]万敏.我国桥梁景观设计的现状与发展[J].桥梁建设，2002 (6 ):
66-68.
[3]中新天津生态城指标体系课题组.导航生态城市——中新天津生
态城指标体系实施模式[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.
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是唯一一条穿越城市核心区域且正式通车运营的超 级电容制式有轨电车项目。

本项目的设计管理借助 动态化管理手段，采用构建全方位管理信息平台措 施，使项目参与方形成以设计项目管理为核心的及 时、多向、长效的沟通模式，实现现场信息及时反 馈和建设过程动态管理，建立设计、施工及造价全 周期无缝衔接式互动的管理体系，推动建设过程的 全面开展，保证工程建设提前完成，工程投资得到 有效控制。

本项目自2015年12月28日开通运营至今未发生重大交通事故，运营速度和运输能力满足设计要 求，安全可靠。

在2017年春节期间累计运送乘客约
24万人次，单日客流最高峰运送乘客4.33万人次Q
参考文献：
[1]格里夫•波伊尔.设计项目管理[M].邱松，邱红，译.北京：清
华大学出版社，2009.
[2]王伟杰，杨琉，建筑设计项目管里运用的探讨[J].建筑设计管理，
2007 (5 ) : 26-28.
[3]陈守贵，赵亭怀，赵杰.基于国际先进项目管理理念的设计项
目管理系统应用[J]•中国勘察设计，2009 (3 ) : 40-43.
33。