城市异形人行景观桥梁设计与讨论.docx

城市异形人行景观桥梁设计与讨论摘要:以一座异形城市人行景观桥梁为例，阐述了桥梁的方案设计理念和构造设计理念，然后运用MIDAS/civil有限元软件构建桥梁空间分析模型，针对该桥的构造承载能力、构造刚度和构造动力性能方面进行验算，结果表明该桥在运营阶段的整体应力、内力、位移等指标均知足规范规定的容许值，构造安全性知足运营期设计要求。关键词:城市人行景观桥梁;异形构造;方案设计;构造设计;分析计算随着经济的发展和社会的进步，城市人行天桥不仅需要知足行人通行的功能，同时作为公共建筑，可通过景观造型的设计展现其景观功能，成为城市一道靓丽的风景线1，2。随着人们对天桥景观造型要求的日益增长，城市人行景观桥梁逐步向造型独特的异形构造方向发展35。同时有限元理论计算工具的普及和钢构造的应用也使异形构造的设计和计算逐步被设计人员把握6。本文以一座城市异形人行景观桥梁为例，阐述异形人行景观桥梁的设计理念、构造设计思路和设计计算方法，以期为其余城市人行景观桥梁的设计提供参考。1工程大概情况该项目位于某市经济开发区门户的主干道路东段，为连接一座写字楼与一座五星级酒店之间的人行过街天桥。天桥横跨于中央大道上。天桥北端连接一高端写字楼;南端连接一座五星级酒店;东面则为大型城市广场，由世界知名景观设计公司SWA集团精心规划设计。此处为该片区总部经济区的门户广场。2景观天桥设计2.1方案设计1)设计理念:本次天桥设计的宗旨为“轻盈+绽放的活力+绚丽+地域性，天桥以“杜鹃花为设计意向，设计一座本片区标志性的桥梁，它的功能除了联络两栋建筑的商业以外，还将室外人群引向桥与建筑，同时赋予它观景、休憩、地标等多种功能。2)设计造型:造型设计的宗旨为“连接+变化+动感，从SMA设计的城市广场中提取其折线型的设计元素，运用于桥身形态设计，保证桥梁通行功能同时，又充满活力与变化。3)设计方案:通过融合周边的环境，并进行景观造型设计得到设计方案。天桥分跨布置为:27.161m+47.0m+19.493m=93.654m。平面上，天桥全桥范围内采用折线变宽的形式，全桥桥面最窄处宽为4.823m，最宽处宽为11.187m。立面上，天桥桥面标高为42.25m，与两侧建筑二层楼面标高一致，梁底保持距离下方道路5.0m净高要求，雨棚顶棚标高为46.25m，杜鹃花装饰构件顶部标高为54.9m。天桥为加强立面景观效果，设计有2个“杜鹃花装饰花柱。2.2构造设计221设计采用材料钢材:所采用钢材均符合国家要求的Q345C钢板。混凝土:桥墩为C30微膨胀砼;承台及桩基为C30砼;垫层为C15素砼。222上部构造设计1)主梁平面布置:根据方案设计中确定的造型效果，天桥断面两侧布置主梁，主梁正截面宽0.5m，高1.6m，主梁之间采取梁格体系用纵、横梁连接，纵、横梁高度均为0.6m。横梁的纵向间距为1.0m，纵梁横桥向等间距布置3片。2)异形块设计:由于天桥主跨跨度为47m，并且为保证景观效果，主梁建筑高度受限。设计时考虑为减小主梁受力，同时提高全桥刚度，全桥构造体系采用刚构体系，桥墩与上部构造采用固结处理。在两个桥墩处分别设置2块异形块，异形块分别与主梁体系和下部构造钢骨架体系连接，保证刚构体系的连接牢靠。异形块此处为全桥受力最复杂区域，经计算分析采用整体变高截面，与主梁体系相接处高度0.6m，与桥墩相接处高度为0.9m。3)下部构造设计:考虑与上部构造采用固结连接，桥墩采用钢骨架砼构造。桥墩以5块分离式钢骨架构成，骨架外侧外包5cm的混凝土保护层。桥墩顶部采用1.05m高钢管箍，下接分离式钢骨架混凝土墩通过承台接桩基础，墩直径5.0m，厚0.5m，承台外表位于地面下0.5m，长9.1m，宽5.8m，高1.8m，桩基础6根，直径为1.5m。4)与两侧建筑物的衔接设计:由于天桥两侧建筑物已经建成，并且两侧建筑设计及施工时并未考虑预留天桥搭接构造。经现场实际观察及查阅两侧建筑的施工图，确定在两侧建筑立柱上搭设钢构造牛腿柱用以支撑桥梁构造的设计方案。牛腿柱和构造柱用螺栓连接确保共同受力。天桥上部构造与两侧建筑间设置4cm的伸缩缝，确保主体构造隔离受力。5)杜鹃花装饰构件设计:作为全桥立面景观效果点睛之笔，“杜鹃花装饰构件需保证轻盈、大气、美观的效果。主体桥柱构件延续杜鹃花设计语言。桥柱构件为雕塑性质的设计。构件采用方钢构造，构造尺寸为400mm×200mm，板厚8mm。3构造分析3.1模型构建对于异形桥梁的计算，由于其空间效应，平面体系已不能知足其计算精度要求。本桥采用MI-DAS/civil2012软件建立全桥空间构造分析模型，对全桥整体受力进行计算。全桥根据(27.161m+47m+19.493m)进行分跨，因Q1#、Q2#墩与上部钢梁固结，所以模型中对Q1#、Q2#桥墩进行模拟。天桥两侧由于是支座支承上部构造，故模型中并未模拟牛腿柱。全桥模型共包含566个节点，1229个单元。3.2计算荷载321计算荷载取值恒载:钢梁自重为78.5kN/m3。二期恒载:铺装+座椅+栏杆为4.0kN/m2。活载:人群荷载根据（城市人行天桥与地道技术规范）(CJJ6995)3.1.3.2中规定并偏大偏安全考虑取4.5kN/m2。温度:整体升温25，整体降温25;根据规范（公路桥涵设计通用规范）(JTGD602015)中关于整体升降温的规定，本市属温热地区，温度变化范围为639。风荷载:根据（公路桥梁抗风设计规范）(JTG/TD60012004)中关于桥梁上风荷载的规定，并采用100a一遇的基本风压计算得风荷载为2.5kN/m。雪荷载:根据（建筑构造荷载规范）(GB500092012)中关于雪荷载的规定，查得本市100a重现期的雪压为0.5kN/m2。基础沉降:各墩沉降按5mm考虑，以最不利情况组合。322荷载组合计算考虑承载能力最不利组合:组合1:恒载+人群;组合2:恒载+人群+温度+风荷载+雪荷载+沉降。计算考虑正常使用极限状态活载最不利组合:组合3:人群荷载+温度+风荷载+雪荷载。3.3计算结果331构造承载能力验算对构造承载能力进行验算。333构造动力验算对天桥进行特征值分析。334异形块局部验算对受力复杂的异形块，由于其构造复杂，在整体模型中用梁单元模拟不够准确。1)该城市异形人行景观桥梁采用“杜鹃花造形，构造新颖，景观效果好。2)城市异形人行景观桥梁的设计应结合周边环境及地形，选用适宜的构造体系及布置形式，并充分利用材料性能。3)构造受力性能分析结果表明:天桥的构造承载能力、构造刚度及构造动力性能均知足规范设计要求，构造受力合理。