赵传亮
天津市政工程设计研究总院有限公司 天津 天津市 300392
【摘要】随着城市化发展的推进，城市景观设施得到了不断提升，城市桥梁的景观要求越来越高，常常被定位为地方标志性建筑。本文以景观效果优秀的拱形双层钢结构连续箱梁在桥梁结构设计中的应用研究，证明了其结构的合理性和可行性，为类似桥梁项目提供了借鉴意义。
【关键词】拱形 双层 钢结构 景观桥梁
1 工程背景
西安市某城市道路为城市主干路，双向6车道标准，设计车速50km/h。线位与灞河正交，河道宽约360m，采用桥梁上跨灞河，为景观桥，全桥跨径布置为（3×40）+（2×40+42）+（42+4×64+42）+（3×40）+（2×40）=782m；桥梁采用分离式双幅桥布置，桥梁断面具体布置为：0.5（护栏）+11.5（机动车道）+0.5（护栏）+6（中央分隔带）+0.5（护栏）+11.5（机动车道）+0.5（护栏）=31m；主桥为拱形连续钢箱梁，桥梁外侧面腹板及悬臂下缘设置有钢板装饰；引桥为预应力混凝土现浇连续箱梁。
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图1 主桥效果图
根据地勘，场区地层在75.0m深度范围内主要由①杂填土、②黄土状粉质粘土、③淤泥质土、④卵石、⑤粉质粘土、⑥卵石、⑦粉质粘土、⑧卵石、⑨粉质粘土、⑩卵石等地层构成。具体如下表所示：
表1 各土层地质参数
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场区地震基本烈度为8度，基本地震动峰值加速度为0.2g，场地类别属Ⅱ类，场地反应谱特征周期Tg=0.40s。
2 桥梁总体方案设计
根据规划，线位沿西南至东北走向，依次上跨西侧堤顶路、灞河、东侧堤顶路。主桥位于灞河的两道橡胶坝之间，水面较宽，河道基本平直，河道上口宽度约360m，橡胶坝蓄水位高程为393m，蓄水水深约2.8m，西侧堤岸为浆砌片石护砌，东侧堤岸为部分浆砌片石直立式挡墙、部分浆砌片石护坡，堤顶高程为395.5左右，无通航要求。主桥与河道基本正交，需跨越主河槽和河床边坡。桥梁为正桥，河道中墩柱基本沿水流方向；桥梁宽度服从道路交通设计要求；桥台采用U式台，后接道路挡墙。
本桥为景观桥，桥梁景观效果与周边河道景观相匹配。为满足西侧堤顶路、东侧堤顶路和灞河跨越要求，主桥跨径布置为42+4×64+42=340m，其上部结构采用拱形双层钢结构连续箱梁，拱箱外侧设置有“挂檐”外装饰，钢箱梁两侧悬臂下均设置有“拱形开孔封板”装饰；其余为引桥，上部结构采用40m跨现浇预应力混凝土等高连续箱梁，箱梁腹板外侧设置有“带状挂檐”外装饰。主桥下部结构中墩采用钻孔灌注桩+承台+棱台薄壁墩。
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图3 主桥横断面布置图
主桥上部结构采用42+4×64+42m拱形双层钢结构连续箱梁，主梁在支点附近为分离式上、下双层钢箱梁，延伸至距支点22/20m（中支点/其他支点）附近合并为单层整体钢箱梁。支点附近的上层钢箱梁中心高度为等高1.5m（竖向高度），总宽12.5m，为单箱双室截面，桥面横坡（1.5%，坡向外侧）由上层钢箱梁腹板高差形成，钢箱梁顶板随纵横坡变化（主桥纵坡为双向1.1%、关于9#墩对称、竖曲线半径为7000m），底板横桥向水平、顺桥向随纵坡变化；悬臂长度均为3m，悬臂端部梁高0.35m、根部梁高0.75m；支点附近的下层钢箱梁为等高1.5m（垂向高度），总宽6.6m（包含0.05m装饰板连接板），为单箱双室截面，横桥向水平、顺桥向为正弦曲线变化，主桥各中支点下层钢箱梁底板底均位于同一高程（395m），正弦曲线矢高随道路纵断变化（各跨均不相同），主桥钢箱梁立面关于9#墩对称。主梁在跨中附近为单层整体钢箱梁，跨中结构中心梁高2.3m，为单箱双室截面，总宽12.5m，顶板随纵横坡变化，底板随正弦曲线变化，箱梁悬臂尺寸与支点上层钢箱梁相同。
主桥边跨边支点设置有钢锭压重，以保证其不出现负反力。
4 主桥下部结构设计
根据桥梁区域地质情况，以及桥梁的构造、受力需求，本桥基础均采用钻孔灌注桩基础。主桥中墩为?1.5m双排钻孔灌注桩，上接矩形承台及棱台形薄壁墩，承台厚2.5m，薄壁墩底截面为9.75×4m（长×宽），顶截面为9×2.5m（长×宽），四角设置倒圆，墩高5m，各个薄壁墩顶底高程均相同。
5 主桥支座体系设计
为满足抗震需要，主桥中墩均采用速度锁定器支座，这种支座在结构纵向伸缩变形速度小于限值时（即温度变化、混凝土收缩徐变和低烈度地震引起的结构纵向变形），可以通过锁定器里的调节装置适应结构变形，从而释放由上述荷载引起的结构内力；当结构纵向伸缩变形速度大于限值时，支座内的速度锁定装置发挥作用，将支座的纵向位移量锁定，此时，主桥的五个主墩基础共同抵抗地震力；主桥边墩采用抗拉拔支座。
6 主桥施工方案设计
全桥施工流程如下：
（1）三通一平，施工围堰、施工临时通道；施工全桥桩基、承台、墩柱、桥台；搭设桥梁支架。
（2）搭设支架并预压，支架上节段拼装主桥钢结构。
（3）主桥支架卸载，完成主体结构。
（4）全桥统一实施护栏、铺装、伸缩缝、泄水孔、等附属设施；安装主桥悬臂下装饰板；防腐涂装施工；灞河河道恢复、护砌施工；竣工验收、成桥。
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图4 施工流程图
结论
随着城市的不断发展，城市景观设计要求越来越高，城市景观桥梁也逐渐成为标志性景点。拱形双层钢结构连续箱梁具有造型美观、结构受力安全合理、施工便捷、行车舒适等优点，该结构造型将会成为城市景观桥梁的流行方案之一。结合本工程的方案设计，本文对拱形双层钢结构连续箱梁进行了一定深度的研究，并进行了梳理总结，希望能提供类似的工程项目参考借鉴。
参考文献
[1] 李国豪. 桥梁结构稳定与振动. 中国铁道出版社，2002.
[2] 项海帆. 桥梁概念设计. 人民交通出版社，2011.
[3] 崔令. 大跨拱形空间钢结构设计[J]. 陕西建筑，2014，Vol.40（18）.
[4] 张君. 曲线变宽连续钢箱梁桥的设计要点[J]. 城市道桥与防洪，2021，Vol.3.