中新天津生態(tài)城清凈湖北路橋總體設(shè)計(jì)

馬莎莎 周國(guó)華 郭全生

(1.天津大學(xué)仁愛學(xué)院，天津 301636; 2.天津生態(tài)城市政景觀有限公司，天津 300286; 3.山西平陽(yáng)重工機(jī)械有限責(zé)任公司，山西侯馬 043003)

1 工程概況

清凈湖北路規(guī)劃為城市支路，雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)，兩側(cè)各有5m寬的慢行系統(tǒng)，并規(guī)劃有軌電車，有軌電車的車道寬度范圍近期實(shí)施綠化，即近期中央分隔帶寬度為10.5m。

清凈湖北路呈東西走向，位于清凈湖北側(cè)，薊運(yùn)河故道南側(cè)。橋梁主要跨越規(guī)劃的“薊運(yùn)河故道與清凈湖之間的連通河道”，本工程的建設(shè)對(duì)于整條道路的順利貫通起到重要的作用。本次設(shè)計(jì)范圍為清凈湖北路AK1+490～AK1+910，全長(zhǎng)420m，其中橋梁長(zhǎng)度為180m，引路及道路接順段為240m(見圖1)。

2 總體設(shè)計(jì)

本橋位于生態(tài)城的核心地帶——生態(tài)核，它是參與國(guó)際生態(tài)環(huán)境建設(shè)的交流展示窗口;是以濕地保護(hù)、觀光體驗(yàn)、休閑娛樂和生態(tài)示范居住為主要功能的生態(tài)景觀核心區(qū)。其北側(cè)為規(guī)劃行政中心，南側(cè)為規(guī)劃會(huì)展中心，均為重要的建筑，因此本橋?qū)坝^的要求很高。本橋的建設(shè)還將為清凈湖和薊運(yùn)河故道之間留出一條連通河道，因此本項(xiàng)目的建設(shè)還將對(duì)03片區(qū)的生態(tài)功能起到積極作用。

圖1 橋位地理位置示意圖

橋梁主體設(shè)計(jì)方案為一座預(yù)應(yīng)力混凝土變截面脊骨式連續(xù)梁橋，兩側(cè)的懸臂下方采用斜柱支撐，斜柱保持相同的斜率、在同一個(gè)面內(nèi)，并隨著梁高的變化形成有規(guī)律的長(zhǎng)短變化。為了使柱廊的斜率保持一致，變截面梁在立面上呈現(xiàn)曲面，由墩柱向跨中，隨著梁高逐漸變矮，梁底在平面上也柔和地向外延伸，形成優(yōu)美的空間曲線。正是這種立體曲線與柱廊互相疊映，使橋梁立面隨著時(shí)間的變化，形成變幻莫測(cè)的光影變化，與周邊景觀融合、協(xié)調(diào)(見圖2，圖3)。

圖2 橋梁總體效果圖

圖3 主橋近景透視圖

2.1 主橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上部結(jié)構(gòu)為(20+40+60+40+20)m預(yù)應(yīng)力混凝土變截面脊骨式連續(xù)梁橋。箱梁為單箱多室截面，主梁順橋向和橫橋向均為變截面。

主橋橋墩處橫斷面圖見圖4。

橫斷面設(shè)置為:0.5m(人行護(hù)欄)+5m(慢行系統(tǒng))+1.5m(機(jī)非分隔帶)+7.5m(機(jī)動(dòng)車道)+3.75m(有軌電車)+3m(中央分隔帶)+3.75m(有軌電車)+7.5m(機(jī)動(dòng)車道)+1.5m(機(jī)非分隔帶)+5m(慢行系統(tǒng))+0.5m(人行護(hù)欄)，斷面總寬度39.5m(見圖5)。結(jié)構(gòu)高度為2m～6m，在主墩處4m范圍為6m，向兩側(cè)按二次拋物線變化至2m，變化長(zhǎng)度為28m，梁底拋物線方程為y=

圖4 主橋橋墩處橫斷面圖

主梁底寬:25.8m～35.334m，箱梁翼緣寬:2.083m～6.85m。頂板厚:25cm，中央分隔帶和有軌電車預(yù)留位置箱室處加厚到40cm。

圖5 主橋跨中處橫斷面圖

腹板厚:50cm～70cm。

底板厚度:在普通位置為22cm，在主墩附近為40cm，在梁高變化段發(fā)生變化，由22cm變化到40cm(按二次拋物線變化，方程為

翼緣板端厚度25cm，根部厚度為31.5cm～85cm。

斜撐與主梁底板面成40°角，長(zhǎng)度約為1.794m～8.017m。

主橋施工工藝采用滿堂支架現(xiàn)澆，一次落架的施工方式。

2.2 主橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)我院在天津地區(qū)及生態(tài)城其他工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本橋基礎(chǔ)推薦采用鉆孔灌注樁，并在樁頭一定長(zhǎng)度范圍設(shè)置擴(kuò)大樁徑的方法進(jìn)行防腐。

下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)上接承臺(tái)和橋墩的型式，橋墩頂面通過支座與上部結(jié)構(gòu)相連。

本橋0號(hào)、5號(hào)為橋臺(tái)，1號(hào)、4號(hào)墩為次邊墩，2號(hào)、3號(hào)墩為主墩。

橋臺(tái)采用U形橋臺(tái)，設(shè)置兩排直徑1.2m的鉆孔灌注樁，每排9根，樁長(zhǎng)45m。

次邊墩采用3個(gè)花瓶墩的布置形式，每個(gè)墩下設(shè)2排4根，直徑1.5m的鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)68m。

將2號(hào)墩設(shè)為固定墩，在3號(hào)墩上設(shè)速度鎖定器，在地震荷載下兩個(gè)主墩聯(lián)合抗推(見圖6)。

3 主橋結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

由于橋上規(guī)劃有軌電車在近期按綠化處理，設(shè)計(jì)中分近期作用和遠(yuǎn)期作用兩種工況。

近期工況:考慮有軌電車范圍內(nèi)的綠化重量，在不計(jì)算有軌電車的情況下，進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。

遠(yuǎn)期工況:考慮除去有軌電車范圍內(nèi)的綠化重量后，增加有軌電車荷載及相應(yīng)的軌道、軌枕、扣件、設(shè)備等重量。

本橋梁主橋結(jié)構(gòu)分析采用橋梁博士3.0軟件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算模型如圖7所示。

模型共計(jì)108個(gè)單元，109個(gè)節(jié)點(diǎn)，全橋共計(jì)6個(gè)約束，其中3號(hào)墩為固定約束，其他為順橋向滑動(dòng)約束。

在保證景觀要求的基礎(chǔ)上合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)安全可靠。

根據(jù)規(guī)范要求，針對(duì)主橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下計(jì)算分析:

1)承載能力極限狀態(tài)截面抗彎強(qiáng)度計(jì)算:結(jié)構(gòu)的正截面抗彎強(qiáng)度均滿足要求。

圖6 主橋基礎(chǔ)布置圖（1：200）

圖7 橋梁博士計(jì)算模型

2)承載能力極限狀態(tài)截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算:結(jié)構(gòu)的斜截面抗剪強(qiáng)度均滿足要求。

3)在正常使用極限狀態(tài)下斜截面抗裂性的計(jì)算:在短期效應(yīng)組合作用下，結(jié)構(gòu)的斜截面最大主拉應(yīng)力為0.80MPa，滿足規(guī)范要求。

4)持久狀況構(gòu)件應(yīng)力的驗(yàn)算:在持久狀況下，主梁混凝土的主壓應(yīng)力最大值為11.47MPa，滿足規(guī)范要求的主壓應(yīng)力小于0.6fck的要求。

5)撓度驗(yàn)算:GB 50157-2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋在列車靜活載作用下，其豎向撓度容許值如下:

當(dāng)L≤30m時(shí)為L(zhǎng)/2000;當(dāng)L＞30m時(shí)為L(zhǎng)/1500。

因此主跨位置的撓度容許值為40mm，邊跨為10mm，次邊跨為20mm。

圖8為兩列輕軌汽車荷載作用下的主梁位置。

由圖8可知，輕軌作用下的主跨最大位移是2.3mm，邊跨為0.3mm，次邊跨為1.0mm，均滿足規(guī)范要求。

經(jīng)過以上計(jì)算分析，依據(jù)JTJ D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范及參照GB 50157-2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范及TB 10002.1-2005鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范，本橋梁結(jié)構(gòu)在各工況下，結(jié)構(gòu)受力均滿足規(guī)范要求。

圖8 輕軌荷載作用下最大位移（單位：mm）

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于該橋的設(shè)計(jì)，在橋梁造型、構(gòu)造措施和計(jì)算控制等方面做了對(duì)既有大型預(yù)應(yīng)力混凝土變截面脊骨式連續(xù)梁橋的優(yōu)化，同時(shí)滿足了城市道路和有軌電車兩種使用要求，為今后類似城市景觀橋梁的設(shè)計(jì)提供了一些有價(jià)值的技術(shù)資料和思路。

該橋目前已經(jīng)完成施工圖設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)2015年通車。

［1］唐 淼，王中岳，李忠鋒.中新天津生態(tài)城有軌電車地面交叉口交通組織方式［J］.中國(guó)市政工程，2012(161):11-16.

［2］JTJ D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］GB 50157-2003，地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.