景观桥桥型方案比选及设计

景观桥桥型方案比选及设计

摘要：景观桥设计，在符合桥梁功能、技术、经济要求外，对其结构外观的轻盈美观及与周围环境的协调性提出了更高的要求，本文即针对某小区一景观桥的两种方案进行了比选设计，最终选定有铰坦拱为合理方案。

关键词：景观桥；桥型方案比选；连续刚构；有铰坦拱

1.1桥位简介

此桥位于某小区内用于跨越一条较大的天然河流，河谷呈“U”型，两岸为河漫滩，右岸河漫滩较为开阔，左岸较为陡峭，河面开阔，宽度约为30m，水流平缓，地貌单元属山前冲洪积扇，其下游100m处有一座3×20m的公路空心板桥。

1.2方案介绍

方案一：连续刚构方案，跨径组成为14+35+14m，中间跨梁高1.3m，墩顶处梁高则变化至1.8m，其方案简图如下：

方案一：连续刚构方案布置图

方案二：拱桥方案，上部结构为1-45m上承式钢筋混凝土双铰肋拱桥，拱轴线采用悬链线形，拱轴系数1.5，由于受到桥下净空排洪要求及纵面路线衔接的限制，跨中矢高仅为2.5m，矢跨比1/18，主桥桥面采用6cm厚带肋钢筋网铺装，两侧设不锈钢栏杆。为了使全桥结构轻盈美观，主拱圈采用两根肋拱，在跨中用一宽度为40cm的横梁连接，拱肋断面为等截面矩形和“工”字形，拱肋高度为60厘米，宽度为70cm。每片拱肋顺桥向两侧各设六道立柱，立柱横桥向宽40cm，纵桥向20cm。在拱顶及其两侧各12m范围内桥面板与主拱圈为一整体。拱座桥台采用重力式台配扩大基础，全桥长66米。全桥的布置图与横断面图如下三图所示。

方案二：拱桥方案布置图

拱桥方案横断面图

1.3桥型比选

方案一：刚构方案为预应力钢筋混凝土桥，通过两侧的纵坡形成中间弧线，由于中间桥跨为35m，其梁高在跨中为1.3m，墩处变化为1.8m，在梁柱相交处采用圆弧倒角形成弧线，该方案梁高较大，本质上同普通连续梁桥，与其下游100m处普通梁桥相比，并没有鲜明特色，同时上部结构需现浇施工，工艺相对麻烦，且需施工两个桥墩、两个桥台，造价略高。

方案二：拱桥方案为钢筋混凝土桥，采用自然的悬链线形形成两侧的纵坡，线形优美，同时拱桥两侧采用斜置的立柱更显结构的轻盈，两侧拱圈采用“工”字形使拱圈看起来更加鲜活灵动，在满足使用功能的前提下，拱桥方案在景观效果与周围环境协调方面略胜一筹，且两侧桥台为圬工结构，施工简便，无预应力，施工质量更容易保证，整个结构采用两根拱肋支撑，大大减少了混凝土用量，造价偏低。拱桥方案成桥后其效果图如下：

拱桥方案效果图

基于以上因素，此景观桥选定钢筋混凝土拱桥方案，其结构设计的难点在于，拱桥的矢高较小，而跨度较大，导致水平推力较大，通过不断优化调整，结构设计成果如下：

1.4拱桥方案结构设计

本设计采用midas civil2010进行结构受力分析。设计时所采用的荷载为：自重；考虑二期恒载及栏杆共计11kN/m；考虑此桥用于小汽车通行，活载按满布人群荷载15kN/m考虑。

有限元模型消隐图

（1）应力验算：按弹性阶段验算主拱圈及桥面板截面上、下缘应力如下两图所示，单位为MPa，主拱圈全截面受压，表明此矢高可满足要求。

上缘应力图

下缘应力图

（2）拱脚验算：最不利荷载组合作用下，单侧拱脚处最大水平反力及竖向反力如下两图所示：（单位：kN）

拱脚反力

根据所提供的地质资料，持力层岩性如下：

卵石：杂色～灰白色，卵石成分以片麻花岗岩为主，微风化，多呈来圆形～圆形，一般粒径7～14cm。混30%～40%的漂石，漂石一般粒径30～45cm，最大粒径大于90cm。充填物以砂类土为主，少量粘性土。密实，饱和。

承载力容许值500kPa，极限侧阻力140kPa。

对拱脚处的基底应力及水平抗滑稳定性验算如下：

扩大基础自重计算：（8.2×6×10.65+7×11.65+8×12.65）×25=17669kN。

1.基底应力验算（地基规范第4.

2.2条）：

a.按轴心受压验算

(17669+1031.3×2)/96=205kPa，小于承载力容许值500kPa。

b.按偏心受压验算

(17669+1031.3×2)/96+（3958.3×2×8-1031.3×2×5）/144=573kPa，小于承载力容许值600kPa。

2.水平抗滑稳定性验算：

由反力图可知，水平最大推力为7916.6kN，上部结构竖向力为2062.6kN，根据地质资料，，基底摩擦系数取0.4（地基规范表4.2.2），根据地基规范第4.4.2条：拱脚基础的抗滑稳定系数= = =1.25>1.2（地基规范表4.4.3），抗滑稳定性满足要求。

稳定性验算：此桥稳定系数经计算为4.8，大于4，稳定性是足够的。

根据所提供资料，此桥矢高较小，矢跨比最小达到1/18，若采用无铰拱，矢跨比较小时，拱脚处上翼缘出现较大的拉应力，所以此拱按有铰拱设计，在施工时采用铅垫铰，以利于拱脚处有微小的转动。

1.5小结

景观桥在功能得以满足、技术也可行的情况下，对优美景观的追求往往成为第一考虑因素，本桥通过比较两个方案的优缺点，经过精心设计比选，降低了工程造价，使整个桥梁结构与周围环境有机融合，给人以轻盈自然的感受。因此，在景观桥设计中，要将美融入到结构本身中，追求结构内在的美，同时对其外部附属结构如栏杆灯柱等通过装饰，可以起到相得益彰的效果。

参考文献：

[1]陈宝春.钢筋混凝土拱桥，北京：人民交通出版社，2007.

[2]张先勇.道路与桥梁工程美学，武汉：华中科技大学出版社，2008

[3]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004

作者：冯彦青学历：本科

工作单位：中铁工程设计咨询集团有限公司郑州院

作者：白延芳学历：硕士研究生

简历：2002～2006年：就读于石家庄铁道学院土木工程系；2006～2009年：就读于西南交通大学土木工程学院桥梁工程系；2009~现在：西安凯特路桥设计有限公司从事桥梁设计咨询工作。

作者：吴锋学历：本科

工作单位：中铁工程设计咨询集团有限公司郑州院

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。