威海经贸交流中心山体公园景观栈桥设计.pdf

福建材第7 期（总第2 6 7 期）路桥工程威海经贸交流中心山体公园景观栈桥设计王芳鹏（福建省建筑设计研究院有限公司，福建福州35 0 0 0 5）摘要以威海经贸交流中心山体公园景观栈桥设计工程为例，结合项目定位及周边环境条件，从栈桥桥型方案比选、跨径布置、铺装及桥梁景观设计等方面进行了系统分析，并采用Midas/Civil软件建立了有限元计算模型，对桥梁各阶段进行了受力、变形及稳定性分析。经比选分析及结构验算，较为完整地呈现了景观栈桥的设计过程，以期对同类型景观栈桥设计具有一定借鉴意义。关键词景观栈桥；展翅钢箱梁；改性彩色沥青铺装；Midas/Civil;防落梁0引言随着人们对人居环境的认识和要求越来越高，城市公园的景观性倍受关注。在公园的景观组成中,栈桥起到了不可或缺的作用，栈桥不仅是步道衔接、亲近自然的交通媒介，同时其自身也是景观的一部分。以威海经贸交流中心山体公园景观栈桥设计为例，探讨景观栈桥的设计过程。1二工程概况1.1项目简介威海经贸交流中心山体公园位于威海市城市副中心东部滨海新城，占地约1 8 万m，公园功能空间由主人口广场、阳光大草坪、空中栈道、山林客厅、艺术亭、雕塑空间及次路口广场组成，是兼会议会展与市民亲子休闲于一体的城市中心公园。山体公园鸟瞰效果如图1所示。图1 山体公园鸟瞰图作者简介：王芳鹏（1 9 9 2 一）,男，本科，学士，工程师，从事桥梁设计工作。景观栈桥作为空中栈道功能主要载体，全长约0.9km，标准桥宽3.0 m，最大桥宽5.6 m，串连公园各节点功能空间，打通景观步行系统，形成承上启下的生态山体景观。1.2地质情况栈桥位于胶东半岛低山剥蚀丘陵区剥蚀残丘坡麓斜坡地段，自然地势起伏较大，后经人工开挖回填平整，局部相对较平坦。栈桥处地貌单元较为简单，由上而下主要由素填土、粉质黏土、强风化片麻状花岗岩组成；据中国地震动参数区划图（GB183062015），场区地震动峰值加速度为0.1 0 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s,相应的地震基本烈度为VII度。2桥型比选2.1设计原则在栈桥设计中，桥梁设计坚持遵循适用、经济、安全、美观和环保的原则及可持续发展的设计理念，采用科学的设计手段，精心设计，将桥梁建设成外观形象美、内在质量优、科技含量高、环保功能好的精品工程。2.2桥型方案桥梁设计阶段，结合桥梁定位、景观效果、公园地形地貌等相关因素，提出1 0 m跨工字钢梁结构、2 0 m跨钢桁架梁结构和2 0 m跨展翅钢箱梁结构3种桥型方案。（1）方案一：1 0 m跨工字钢梁结构。上部采用1 0 m长HM488mm300mm11mm18mm型钢作为主梁，横向布置3片，间距0.7 m，主梁之间每间隔2 m设置1 道横系梁，外侧设挑臂。于桥墩处设置主横梁，上部主梁69福建材2023年路桥工程与主横梁采用螺栓连接。桥墩采用0.7 m0.3m矩形焊接箱形柱，与上部固结，下接1 根1.0m钻孔灌注桩，下部桩底进人强风化花岗岩层内，按摩擦桩设计。下部结构采用常规陆地法施工，主梁采用工厂预制，现场吊装施工。横断面如图2 所示。4cm厚改性彩色沥青铺面防水层主梁顶板心4cm沥青铺装防水层4cm11cmC40防水混凝土铺装1cm厚钢板NgHN200 x100 x5.5x8横系梁图2 1 0 m工字钢梁横断面（单位：mm）（2）方案二：2 0 m跨钢桁架梁结构。桁架结构的梁高为1.8 m，主体结构由空心钢管桁架组成。桥段桁架节段由不同的模块组成，总体分为直线支撑模块、曲线模块、跨间模块，模块下部设置单墩。跨间模块与支撑模块间连接采用类似卯结构，中间采用高强螺栓连接，类似辊轴铰接。桥墩采用Y形墩，下接1 根1.2m钻孔灌注桩，下部桩底进人强风化花岗岩层内，按摩擦桩设计。下部结构采用常规陆地法施工，主梁采用工厂预制，现场吊装施工。横断面如图3所示。钢格栅桥面板钢桁架桥图4 2 0 m展翅钢箱梁横断面（单位：mm）2.3方案比选方案一造型简约朴素，工期短，造价低，但较其他方案而言，1 0 m跨径偏小，下部桥墩布置过于密集，影HM 488x300 x11x18响公园整体景观效果。方案二采用镂空设计，结构新主梁颖，2 0 m跨径适中，但该方案梁高过大，阻挡公园临空视线，略显压抑，且对桥宽变化适应性弱。方案三展翅造型轻盈大气，同为2 0 m跨径，梁高较方案二小，桥下视野通透，对桥宽变化适应性强，犹如巨龙生出翅膀，婉蜓穿梭于公园树梢之间。经比较，选取方案三展翅钢箱梁作为山体公园景观栈桥实施方案。3村桥梁设计3.1总体布置根据上述分析，桥型采用2 0 m跨展翅连续钢箱梁结构，栈桥平面线形蛇蜓曲折,形如飘扬的彩带，曲线最小半径1 2 m，桥梁纵坡随地形起伏，最大纵坡5.8%。栈桥平面线形如图5 所示。国区通路衔接滨水公园主入口设计标高主入口山体慢通中步道山体步道消防通通0081次路口图32 0 m钢桁架梁横断面（单位：mm）（3）方案三：2 0 m跨展翅钢箱梁结构。主梁采用单箱连续钢箱梁，梁高为0.9 m，箱宽0.8 m，依靠悬臂调整桥梁宽度，最窄处悬臂宽1.1 m，因断面形似鸟儿的翅膀，故名展翅钢箱梁。桥墩采用600mm钢管独柱墩，下接1 根1.2m钻孔灌注桩，下部桩底进人强风化花岗岩层内，按摩擦桩设计。下部结构采用常规陆地法施工，主梁采用工厂预制，现场吊装施工。横断面如图4所示。70街接商务文化绿轴次路口图5栈桥平面线形图3.2上部钢箱梁设计（1）栈桥上部构造采用单箱连续钢箱梁，梁高为0.9m，标准段桥宽3m，最大桥宽5.6 m，依靠悬臂调整宽度。（2）顶板、底板及腹板均采用1 2 mm板厚,顶、底板纵向加劲采用板肋加劲，沿线路中心线平行设置，基本间距30 0 mm，底板加劲肋在支点横隔板处断开，其余均福建材路桥工程M24螺栓预留孔第7 期（总第2 6 7 期）连续通过一般横隔板。（3）横隔板分为中支点横隔板、边支点横隔板、一般横隔板3种，均沿线路中心线径向设置，标准间距为1.8 m。（4）一般横隔板板厚1 2 mm，板肋加劲；中墩支座处设置1 道中支点横隔板，板厚1 6 mm，设置2 0 mm厚支撑加劲板；边墩支座处设置1 道支点横隔板，板厚16mm，设置1 6 mm厚支撑加劲板，支点横隔板处设置支座垫板。箱梁外侧与横隔板对应位置设置挑臂，挑臂腹板厚度为1 2 mm。（5）每孔跨中腹板均设置进人孔，作为施工过程及后期管养通道。3.3下部结构设计下部构造根据不同地质情况分别采用扩大基础和桩基础。对于持力层较浅处，栈桥桥墩采用600mm钢管独柱墩配1.0m混凝土墩柱，下接3m3m1.5m扩大基础；桥台采用U型桥台。对于持力层较深位置，栈桥桥墩采用600mm钢管独柱墩，下接1 根1.2m钻孔灌注桩基础；桥台采用桩接盖梁式桥台。钢墩与基础均采用预埋高强螺杆连接。3.4抗震防落梁构造设计受限于展翅钢箱梁梁底宽度较窄，并出于桥梁景观效果考虑，栈桥下部采用钢管独柱墩，设单支座。场地属于VII度地震区，依据城市桥梁抗震设计规范CJJ166一2 0 1 1 有关规定，应采用有效防落梁措施。考虑栈桥均位于小半径圆曲线上，受到外部荷载及温度效应的影响，曲线梁桥易出现缓慢爬移现象，为有效减轻震害，限制曲线梁爬移位移量，防止出现落梁破坏，主梁在支点位置与桥墩设置防落梁构造，采用M24高强螺栓连接主梁与桥墩，保证主梁径向活动空间，限制横向位移。防落梁构造细节如图6 所示。240顺桥向0ot0ot81图6 防落梁构造大样图（单位：mm）3.5材料选用钢材：主梁、钢墩采用Q355D，符合碳素结构钢GB/T7002006规定；钢墩预埋高强螺杆组件规格为M36高强螺杆，机械性能等级为8.8 S级，抗拉强度达7 5 0 MPa，螺栓上紧力为1 2 0 kN，螺杆材料建议使用4 0 Cr。钢筋：HPB300、H R B4 0 0 分别满足钢筋混凝土用钢第1 部分：热轧光圆钢筋GB/T1499.1一2017、钢筋混凝土用钢第2 部分：热轧带肋钢筋GB/T1499.2一2 0 1 8 标准要求。混凝土：桥台、墩柱、承台、桩基采用C30混凝土。3.6桥梁景观设计空中栈道作为整个山体公园各景观节点的沟通纽带，不仅是作为市民亲近自然、感受自然的通道，其本身也是一道亮丽的风景线，因此栈桥景观设计需要重点考虑，以打造成整个工程的亮点。（1）总体造型设计。栈桥平面线形灵感来源于“飘扬的彩带”,线条顺滑柔美，好似一幅山水画；栈桥断面采用展翅钢箱梁，造型轻盈大气，犹如一条游龙盘旋于园林之中。栈桥上下部涂装颜色采用淡蓝色，安静闲适，更能与周围环境融为一体。栈桥总体效果如图7 所示。240墩顶400120./130.130./1201300(b）墩顶平面400底板1908O腹板桥墩中心线(a）主梁平面190图7 展翅钢箱梁效果图（2）桥上铺装设计。设计阶段提出栈桥铺装采用M24螺栓预留孔改性彩色沥青混凝土铺面和改性环氧树脂聚合物铺装2个方案。相比较，改性彩色沥青混凝土铺面有如下优.71福建材路桥工程2023年点：色泽鲜艳，持久，不褪色，养护方便，与普通黑色沥青路面相比，颜色多样，可以与周围景观协调搭配；具有良好的高温稳定性,耐久性好，不易变形脱落，有害物挥发少，对环境污染减少；具有较强的吸声功能，降低周围环境噪音；具有良好的弹性和柔性，脚步感觉柔软,增加人们行走舒适性，且防滑性能优异。考虑到舒适性、耐久性等因素,最终桥面铺装采用改性彩色沥青混凝土,颜色选用灰蓝色，与栈桥涂装颜色相协调。（3）栈桥栏杆设计。栏杆作为表达桥梁景观理念比较直观的部分，能起到锦上添花的作用。前期方案阶段，提出仿木纹栏杆和弧形栏杆2 种栏杆形式（如图8、图9 所示）。为与展翅钢箱梁飞翔、大气的设计理念一致，推荐采用仿木纹栏杆，栏杆呈1 5 角倾斜向外，形成一个开空间，人置身其中更能感受到大自然的包容，开自己的心，放松身心。同时，竖形构造与主梁悬臂隔板呼应,风格统一。载4.3kN/m；整体升降温35。采用计算程序MidasCivil建立有限元桥梁整体模型进行检算。模型如图1 0 所示。图1 0 有有限元计算模型4.3承承载能力验算钢箱结构在承载能力极限状态下的弯曲应力及剪切应力是结构检算的主要指标,结构的弯曲应力及剪力包络图如图1 1、图1 2 所示。根据计算结果可知，主梁最大弯曲应力1 7 7 MPa275MPa（容许弯曲应力）4,剪切应力30.5 MPa160MPa（容许剪切应力）4,可见，主梁承载能力满足规范要求。HPoacs图8 仿木纹栏杆效果图图1 1 基基本组合弯曲应力包络图力图9 弧形栏杆效果图（4）夜景设计。该项目夜景总体设计原则以打造照明性夜景为主，主要体现栈桥及构筑物景观照明。栈桥悬臂根部设置射灯，展现展翅造型；悬臂外侧设置连续LED线条灯，体现栈桥整体线条轮廓；栈桥栏杆扶手内侧设置护栏灯，供夜间照明。4桥梁结构验算4.1结构概述栈桥采用多跨连续钢箱梁，标准跨径2 0 m，主梁中心高0.9 m，栈桥标准宽度3.0 m，采用Q355D钢材。4.2荷载计算采用极限状态法设计，各荷载由程序自动组合，主要荷载工况包括：一期恒载由程序自动计入；横隔板自重3.4 kN/m；二期恒载3.9 kN/m；人群活72图1 2 基本组合剪力包络图4.4#度及预拱度人群荷载竖向挠度值如图1 3所示。在频遇组合下跨中最大挠度值为2 5 mm3Hz；栈桥屈曲稳定系数8.2,且各工况下支座均未出现负反力，各指标均满足规范城市人行天桥与人行地道技术规程CJJ6995)3的要求。5结语综上所述，项目空中栈桥通过对平面线形、桥型结5结语一一下游实测线形下游理论计算线形50100以某变曲率竖曲线超宽钢混组合梁斜拉桥为工程背景，主要介绍了该桥的钢梁顶推施工工艺和施工控制情况，并进行施工控制计算，主要结论如下：（1）顶推施工过程主要不利工况的钢梁内力、应力和位移计算结果均满足控制要求，所用顶施施工方150200里程距离/m-52.5,+52.3-77.3,+114.1102.7110.5250理论值300法安全可靠。（2）顶推过程中实测线形、轴线偏差、应力均在合理的范围内，主梁受力状况较好，为斜拉桥后续顺利施工奠定良好基础。（3）在钢梁顶推施工直至成桥过程中，主梁线形流畅，受力合理，表明该桥所应用的施工控制方法科学，效果理想，（4）该大桥的施工控制工作，为变曲率竖曲线超宽钢混组合梁顶推施工控制积累了宝贵经验，可为同类工程提供借鉴。参考文献1晏顺元.浅谈桥梁顶推施工方法.科技信息，2 0 0 8（2：144.2雷新斌.大跨度变曲率竖曲线钢箱梁顶推施工控制技术研究.工程建设与设计,2 0 1 8（2 3）：2 0 5-2 0 8.3熊正强.变曲率竖曲线连续钢梁桥顶推施工线形控制研究).中外公路,2 0 1 5（4）：1 8 7-1 9 1.+构、景观附属等方面细致的分析设计，在结构安全可靠,满足其功能需求的前提下,较好地保证了成桥后的景观效果，为把项目打造成亮点提供了保障。参考文献1许贤亮.长乐西关桥新桥总体设计.福建建材,2 0 2 1(2):5153,77.2公路钢结构桥梁设计规范：JTGD642015S.北京：人民交通出版社股份有限公司，2 0 1 5.3城市人行天桥与人行地道技术规程:CJ6995S.北京：中国建筑工业出版社,1 9 9 6.84