龙潭果树公园3号人行景观桥桥型方案构思与设计_侯杰

龙潭果树公园3号人行景观桥桥型方案构思与设计

侯 杰1,姚佳良2,何少锋1

(1.西南交大土木工程设计有限公司广州分公司,广东广州510095;

2.长沙理工大学公路工程学院,湖南长沙410076)

摘 要:龙潭果树公园3号人行景观桥采用70m 双塔单跨地锚式悬索桥形式,主缆垂跨比为1/9,主梁为钢-混凝土板叠合梁,结构形式新颖美观。介绍该桥的桥型构思、方案设计,供类似人行景观悬索桥设计参考。

关键词:悬索桥;人行桥;桥梁设计中图分类号:U 448.25;U 442.5

文献标识码:A

文章编号:1671-7767(2007)04-0011-03

收稿日期:2007-04-11

作者简介:侯 杰(1982-),男,2003年毕业于长沙理工大学交通土建工程专业。

1 工程概况

海珠区龙潭果树公园位于广州市新滘南路与新光大道、华南快速交汇处,为规划果园生态公园。龙潭涌现宽30~100m 不等,将整个公园分隔成三大片,两岸河堤尚未整治,果园地势平坦、植被茂盛。拟建3座人行桥跨越龙潭涌,将其分隔的三大片连接在一起,以解决公园内的人行交通问题。3号桥桥位处河涌宽度较宽,设计方案采用70m 跨悬索桥结构,一跨跨越龙潭涌。2 建设条件及主要技术标准2.1 气候状况

3号人行景观桥桥址区属南亚热带季风雨林气候,年平均降水量约1623m m,每年3~5月为梅雨季节,7~9月为台风季节,年平均气温为21.7e 。2.2 地质条件

地质钻探表明,桥位处从上至下地层依次为淤泥、粉质粘土、粉砂、全风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。2.3 主要技术标准

(1)设计荷载:人群荷载5.0kN/m 2。(2)人行桥宽度:净宽3m 。

(3)航道:通航净空40m @3m 。

(4)地震:抗震设防烈度为Ø度,设计基本地震加速度值为0.05g 。

(5)基本设计风速:V 10=31.3m /s 。3 桥型构思及方案选择3.1 桥型方案构思的基本原则

(1)在满足桥上使用功能和桥下通游船要求的

前提下,力求桥梁造型新颖,选用技术可靠、经济合理和施工可行的方案。

(2)满足结构受力安全的同时,还要充分重视桥梁美学与景观设计[1],与周围环境协调,将桥梁建设成为海珠区龙潭果树公园一道靓丽的景点。

(3)重视施工方案的研究,公园内现状植被茂盛,道路均为人行便道,施工运输条件较差,尽量采用小构件拼装结构,减少现浇混凝土和水下施工的难度,以加快施工进度,保证工程质量,降低施工风险。(4)根据桥位处地质情况,桥梁基础采用钻孔灌注桩,锚碇基础采用沉井基础。3.2 方案选择

人行桥作为城市重要的人造景观,力求造型美观、结构新颖、形式多样[2]。拟建3号人行桥桥位处,龙潭涌河面宽近70m ,根据公园规划及业主要求,桥型方案需一跨跨越龙潭涌,避免修建水中基础。桥位处地势平坦,70m 跨一跨跨越桥式中,斜拉结构和悬索结构是经常采用的结构形式,2种结构均可将桥塔布置在岸线边缘,但采用斜拉结构,需配较长边跨,采用较长路堤与引道相接,造价较高;而采用悬索结构,中跨主梁可采用简支体系直接与两侧路堤相连,景观效果更好。因此,选择由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成的柔性悬吊组合体系的悬索桥,作为3号桥设计方案,通过合理的结构布置、细节处理以期在美学和建筑方面获得较好的视觉效果,方案效果见图1。4 结构设计4.1 总体布置

主缆垂跨比是悬索桥设计的重要参数,垂跨比

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龙潭果树公园3号人行景观桥桥型方案构思与设计 侯 杰,姚佳良,何少锋

图1 悬索桥景观效果

变小,主缆的拉力会增大,主缆截面和锚碇尺寸也随之增大,但塔高较低,整体刚性好;反之,主缆的拉力减小,但塔高增加,整体刚度下降。大跨悬索桥垂跨比常用1/9~1/12[3],小跨悬索桥可采用较大的垂跨比。在该桥方案比选阶段,分别采用垂跨比1/9、1/10和1/12进行比较,结果见表1。

表1 不同垂跨比对设计的影响

垂跨比 水平拉力最大内力理论塔高

工程造价kN kN m 万元1/9324135477.783961/10360138767.004451/12

4321

4553

5.83

498

该桥主跨较小,垂跨比从1/12增加到1/9,塔高仅增加1.95m,桥塔受力很小,桥塔在整个结构造价中所占比例不到15%。另一方面,主缆的受力(最大内力)降低1006kN,下降幅度22%,锚碇受力(水平拉力)降低1080kN,下降幅度近25%,说明垂跨比对主缆和锚碇受力影响较大,而这两项在该桥的造价中占25%以上,所以最后设计采用1/9垂跨比。同时,布置了较小的边跨跨度。塔高增加、主缆垂度加大还可以改善本桥的视觉效应,获得较好的美学效果。桥式布置见图2。

图2 桥式布置

4.2 主梁设计

根据结构受力及景观需要,主梁采用造型新颖的钢-混凝土板叠合梁形式,钢梁采用边主梁,边主

梁之间用钢横梁连接,横梁顶铺设预制混凝土板,横断面布置见图3。主梁跨中适当加宽,设置观赏平台,以便游人赏景。此方案优点在于其自重较轻、整体性强、桥型简洁、线条美观,可在工厂预先分段加工制作再在现场吊装成型,施工快捷,且对周围环境不造成破坏。

图3 主梁横断面布置

钢箱梁高400mm,顶板宽750mm,底板宽825mm,顶、底板厚16m m,腹板厚12mm ,顶、底板各设2道厚12m m 的纵向加劲肋,外腹板采用斜率1B 3.2的斜腹板,增强了其抗风和美观效果。钢横梁每块长3000mm ,宽2000m m,壁厚12mm ,钢横梁三维模型见图4,梁底椭圆环联成一线,在清澈水面上的倒影似一串珍珠将两岸连接起来。桥面板采用分块预制、现场铺筑,材料采用C30混凝土,板厚16cm,适当地增大了恒载,同时桥梁的重力刚度相应提升,对整体稳定性有利。桥面板长宽尺寸与钢横梁一致,方便嵌入在横梁上。

图4 钢横梁三维模型

4.3 索塔设计

索塔为倒/V 0字形曲线造型,线形流畅,外观以红色为主色调

[1]

,塔柱断面采用古代钟鼎形式,具有

传统的韵味,寓意广州深厚的文化底蕴。索塔采用钢筋混凝土实心结构,采用C50混凝土,自承台顶以上塔高10.80m ,桥面以上塔高9.765m,整个索塔由塔柱及塔顶横梁组成,构造见图5。4.4 主缆及吊索设计

主缆及吊索材料主要有平行钢丝束、钢绞线和钢丝绳3种。目前,国内修建的大跨悬索桥主要采用平行钢丝束做主缆,预制平行钢丝索股(PPWS)逐根架设的施工方法[3]。小跨悬索桥主要采用钢丝

绳主缆,公路桥规中也有钢丝绳主缆的技术要求。

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世界桥梁

2007年第4期