西安市灞桥公园圆笼造型钢管桁架景观桥梁设计.pdf

公路交通技术2 0 1 5年 4月 第2期T e c h n o l o g y o f Hi g h w a y a n d T r a n s p o r t A p r ． 2 0 1 5 N o 。 2 D O I ： 1 0 ． 1 3 6 0 7 ／ j ． c n k i ． g l j t ． 2 0 1 5 ． 0 2 ． 0 3 1 西安市灞桥公园圆笼造型钢管桁架景观桥梁设计 冉嵬 ， 乔云强 ( 林 同棱 国际工程 咨询 ( 中国) 有 限公 司 ， 重庆4 0 1 1 2 1 ) 摘要 ： 西安 市灞桥 滨河公 园景观桥 梁设 计采 用新型钢 管桁 架结构 ， 其 与横 向圆环 片组合成优 美的圆笼造 型 ， 构思 独特 ， 设计新颖， 景观效果良好 ， 可满足行人与热力管道过桥及景观的需要。 关键词： 景观桥； 管道桥； 钢管桁架 文章编 号 ： 1 0 0 9— 6 4 7 7 ( 2 0 1 5 } o 2— 0 1 4 5 — 0 4 中图分类号 ： U 4 4 8 ． 2 1 1 文献标识 码 ： B De s ig n o f L a n d s c a p e Br id g e o f Ro u n d Ca g e Mo d e l i n g St e e l Pi p e Tr u s s i n Xi ’ a n Ba o q ia o P a r k R A N We i ， Q I A O Y u n q i a n g Ab s t r a c t ：I n d e s i g n o f l a n d s c a p e b rid g e i n Xi ’ a n B a o q i a o B i n h e p a r k n e w s t e e l p i p e t r u s s s t ruc t u r e i s a d o p t e d，wh i c h c o mb i ne s wi t h h o riz o nt a l c i r c u l a r r i n g p i e c e s i n t o b e a u t i f u l r o u n d c a g e mo d e l wi t h u n i q u e c o n c e p t i o n，n o v e l de s i g n a n d p e r f e c t l a n d s c a p e e f f e c t ，a n d c a n s a t i s f y t he n e e d s o f p e d e s t ria n s a n d he a t p i p e l i n e s a c F o s s t h e b rid g e a n d l a n d s c a p e． Ke y wor ds：l a nd s c a p e brid g e；pi pe l i ne br i d g e；s t e e l p i p e t r u s s 1 工 程概 况 西安市灞桥生态湿地公园位于西安市灞桥区东 部 ， 西南邻西安城 区， 规划面积约 4 ． 3 k m ， 将 建休 闲娱乐 区、 户外运动区 、 湿地体验区、 田园风情景观 区、 “ 桥” 文化 区、 原 生态 自然景 观 区等几 大 区域。 公园 2期规划将 建设一座人行管道桥 ， 以解决灞河 两岸的人流交通和热力管道过河 问题 ， 同时满足非 机动车交通需 求 ， 并为 园区增添重要 的景 观元素。 人行管道桥区位如图 1 所示。 2人行管道桥结构设计 2 ． 1 总体设计 根据规划要求 ， 人行管道桥方案设 计需满足如 下要求 ： 1 )需满足灞河两岸行人过河需求 ； 2 )需解 决热力管道过 河问题但 要保证行 人舒适性 和安全 性 ； 3 )桥梁外形符合滨河公 园整体景观需求 ； 4 )考 虑到造价经济性 ， 桥型以梁桥为宜 。根据上述要求 ， 设计者进行 了分析研究 。分析认为 ： 常规混凝土梁 桥只能将行人和热力管道置于同一层 ， 偏于不安全 ， 故被否决 ； 常规钢桁梁桥过于笨重且造价昂贵， 故也 收稿 日期 ： 2 0 1 4—1 O一1 7 作者简介 ： 冉嵬( 1 9 8 0一) ， 男 ， 重庆市人 ， 硕士 ， 高工 不予以考虑。因此 ， 提 出一种新颖 的钢管桁架结构 人行管道桥方案 ， 如图2所示 。该方案 中， 将钢管桁 架与横向圆环片组合成圆笼造型， 景观效果 良好； 行 人与热力管道分置上下 2 层， 互不干扰， 整体造型轻 盈通透 ， 别具一格 ； 每隔一段安装透明顶棚供行人躲 避风雨。由此可知 ， 该人行管道桥建成后必将成为 滨河公园一道靓丽风景 。 2 ． 2结构设计 人行管道桥全长 2 7 2 ． 6 4 m， 主桥为跨径 2 8 m+ 6 3 5 m十2 8 m 钢管桁架 结构 ， 节段 如 图 3所示。 主桥不设纵坡 ， 横桥向采用双 向 1 ． 5 ％横坡 ， 两端为 人行梯道 。平面上 ， 全桥采用直线形布置 ， 上层人行 桥面宽 4 ． 7 m； 下层两侧设置 2个供热管道 ， 中间设 置检修道 ， 检修道宽 2 ． 4 m。 全桥 采 用 钢 结 构 ， 其 中 节 间 圆 环 片 采 用 Q 3 4 5 q D ⋯钢板 ， “ z ” 向断面收缩率必须大于 2 5 ％ ， 其性能应满足 G B ／ T 5 3 1 3 --2 0 1 0 《 厚度方 向性能钢 板} Z 2 5 级别要求 ； 节点板采用 Q 3 4 5 D钢板； 钢管 采用 Q 3 4 5 D无缝钢 管 ； 桥 面系等 辅助结 构采用 Q 2 3 5 B方钢管及钢板 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 2期 冉嵬 ， 等 ： 西安市灞桥公 园圆笼造型钢 管桁架景观桥梁设计 1 4 7 刚度系数小于 6 6 2 9 N ／ mm； 5)钢管采用 曲面槽 滑 动支座 ， 支架摩擦 系数采用 0 ． 2 。 另外 ， 其 余 常 规 荷 载 均 按 照 相 应 规 范 均 取值 。 单位： ／ il l ／ ／ 图 4 跨 中及墩顶 圆环 片构 造 ( b )墩 顶 臣匡e 9 ( a )跨中 3 4 0 5 I Q l A — A I 箜 ! l B — B 定位轴线 ( b )墩顶 单位 ： m m 图 5跨中及墩 顶两侧节段钢管构造 单 位 ： mm 图 6 节点板构 造 l I ． 惑 方钢纵缝大样( 跨中) 方钢端部大样 单位 ： m m 图 7 桥面 系构造 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 8 公路交通技术 2 0 1 5丘 3 ． 2 整体计算 结合结构实际情况 ， 该人行管道桥整体计算 主 要采用 土木 工程 专 用结 构 分 析 与优 化设 计 软件 M i d a s C i v i l 建立空间计算模型。该桥上部结构为连 续钢管桁架结构 ， 下部结构为框架 门型墩接桩基础 ， 采用摩擦桩 ， 并考虑桩土相互作用_ 8 。该人行管 道桥整体计算模型如图 8所示。 该整体计算模型对各种荷载工况下的内力进行 了计算 ， 结果显示 ： 该 圆管 型连续桁 架结构 刚度较 大， 环片应力均较小 ； 应力最大 的环片为支座环片 ， 其最大应力为 1 2 4 MP a ； 应力最大 的桁架钢管 出现 在支 座 环 片 附 近 一 定 区 域 内， 其 最 大 应 力 为 9 4 MP a ； 桁架结构的最大挠度为 1 9 ． 8 m m， 出现在跨 中位置 ， 故无需设置预拱度。由此可知 ， 上部结构应 力和挠度均满足规范要求 。 3 ． 3 局部分析 本文根据整体计算结果 ， 截取受力较大的桁架 部分 ( 1 7 ． 5 1 3 1 +中支点 +1 7 ． 5 13 1 ) ， 采用大型通用有 限元软件按照实际结构构造建立人行管道桥局部有 限元模型， 如图 9所示。 管道桥上部结构各部分均采用 s h e l l 6 3单元模 拟( s h e l l 6 3既具有弯 曲能力又具有膜力 ， 可 以承受 平面 内荷载和法向荷载 。本单元每个节点具有 6个 自由度 ： 沿节点坐标系 、 ， ， 、 z方向的平动和沿节点 坐标系 、 y 、 z轴 的转动) ， 共 2 7 8 8 1 9个单元 ， 钢材 弹性模量取值为2 ． 1 1 0 M P a ， 密度取7 8 5 0 k g ／ m ， 泊 松 比取 0 ． 3 。 位移边界条件为对模型左端面和右端面施加定 向 滑动约束 ， 即对此两面上的所有节点施加约束 U X， U Z ， ROTX ， ROTY ， ROTZ。 力的边界条件为提取整体计算 中结构的最大支 反力 ， 并将支反力施加于有限元模型的支座处。此次 计算提取采用的最大支反力为 2 1 0 0 k N( 单个支座) 。 根据局部分析得到如下结果 ： 在给定荷 载作用 下 ， 应力最大的环片为支座处环片， 其最大 y o n ra i s e s 应力为 7 6 MP a ； 支座及支座加劲板最大 V O l l m i s e s 应 力为 1 7 7 MP a ； 节点板最大 v o n m i s e s 应力为 1 1 6 M P a ； 图 8 人行 管道桥整体计算模型 图9 人行管道桥局部有限元模型 小部分应力集 中区域钢管的最大 v o n ra i s e s应力约 为 1 8 0 MP a ； 支座环片横梁加劲肋最大 y o n r n i s e s 应 力为 8 3 MP a 。计算结果均满足规范允许应力要求 。 4结语 本文介绍了一种新颖的钢管桁架结构形式一人 行管道桥。该桥上部结构利用圆环片与钢管组合成 圆笼造型 ， 摒弃了常规较笨重的钢桁架结构， 且该桥 具有外形美观 ， 结构轻盈 ， 功能实用的特点 ， 可满足 通行 、 景观、 经济等多方面要求 ， 值得在人行桥领域 中推广应用。 参 考 文 献 [ 1 ] 中国钢铁工业协会． G B ／ T 7 1 4 —2 0 O 8 桥梁用钢结构 [ s ] ． 北京 ： 中国标准出版社， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 中国钢铁工业协会． G B ／ T 5 3 1 3 -2 0 1 0 厚度方向性 能钢板 [ S ] ． 北京 ： 中国标准出版社， 2 0 1 1 ． [ 3 ] 中国钢铁工业协会． G B ／ T 8 1 6 2 --2 0 0 8 结构用无缝 钢 管[ S ] ． 北京 ： 中 国标准出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 4 ] 杨长虹． 钢管桁架结构 的应用研究 [ J ] ． 山西建筑， 2 0 0 9 ( 1 0 ) ： 7 7— 7 8． [ 5 ] 黄智华 ， 刘胜友， 张芳途．空间钢管桁架人行天桥的设 计与分析[ J ] ． 城市道桥与防洪 ， 2 0 0 9 ( 7 ) ： 9 6—1 0 1 3 ． [ 6 ] 王俊华 ， 陈宝春， 黄文金．现代钢管桁架桥[ J ] ． 中外公 路 ， 2 0 0 6 ( 8 ) ： 1 3 8—1 4 2 ． [ 7 ] 朱高波， 童金虎．三角形截面钢管桁架人行桥设计 [ J ] ． 科技创新与应用， 2 0 1 4 ( 3 3 ) ： 2 4 6— 2 4 7 ． [ 8 ] 中交公路规划设计院． J T G D 6 0 --2 0 0 4 公路桥涵设计 通用规范[ S ] ． 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 9 ] 中交公路规划设计院． J T G D 6 2 --2 0 0 4 公路钢筋混凝 土及预应力混凝土桥涵设计规范[ s ] ． 北京： 人民交通 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 1 0 ]上 海市政 工程 设计 研究总 院． C J J 1 1 _2 0 1 1 城市桥 梁设计规范[ S ] ． 北京 ： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 1 ． [ 1 1 ]北 京市市政 工程研 究 院． C J J 6 9 - _ 9 5 城 市人行 天桥 与人行地道技术规范[ S ] ．北京： 中国建筑工业 出版 社 ． 1 9 9 6 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m