嘉定新城北水灣大橋設計簡介

李 忠 忠

(同濟大學，上海 200092)

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嘉定新城北水灣大橋設計簡介

李 忠 忠

(同濟大學，上海 200092)

介紹了嘉定新城北水灣大橋設計的主要技術標準，結合該橋的橋型方案，從主拱、主梁、人行橋、吊桿、基礎五方面，闡述了其結構設計措施，使該橋梁的設計達到了美觀性、安全性及耐久性的要求。

橋梁，結構設計，主拱，主梁，吊桿

0 引言

隨著國內經濟發(fā)展和生活水平提高，人們對橋梁景觀的要求越來越高，原來大量采用的普通梁橋已越來越不能滿足要求。拱結構以其美麗的弧線外形，在城市景觀中越來越多的被采用。論文對下承式斜跨鋼拱橋設計方面進行了論述，有著較大的工程實踐應用價值和社會價值。

1 工程概況

本工程位于嘉定新城北水灣，是平城路跨越橫瀝河的一座橋梁。北水灣作為嘉定新城主城區(qū)的副中心，將建設成為以精品居住功能為主導，以商務、休閑、科研文化創(chuàng)業(yè)為主要特色，既與老城區(qū)的功能互為補充，又輻射嘉定工業(yè)區(qū)(北區(qū))和嘉定北部地區(qū)的多功能、綜合性的現(xiàn)代化城區(qū)。由于本工程橋位處于北水灣中心區(qū)域，橋梁景觀要求凸顯，經過充分論證研究，最終主橋采用下承式斜跨鋼拱橋結構，主梁跨徑89 m，橋寬25 m，路線南側設置2.5 m寬人行橋。引橋寬24 m，采用簡支空心板梁，西岸引橋跨徑為2×20 m，東岸引橋跨徑為3×18 m，全橋長183.84 m。

2 主要技術標準

1)道路等級：城市支路，設計車速30 km/h。2)設計荷載：公路—Ⅱ級，人群荷載及非機動車按照《城市橋梁設計規(guī)范》取用。3)橋梁結構設計基準期：100年。4)航道要求：橫瀝河為Ⅵ級航道，通航凈空H=4.5 m，通航凈寬B=22 m。5)抗震設計：橋梁抗震設防類別為C類，抗震設防烈度為7度，抗震設防措施等級為7度，地震動峰值加速度為0.10g，抗震重要性系數(shù)E1∶Ci=0.34，E2∶Ci=1.0。

3 橋型設計

本工程創(chuàng)造性的提出了“龍騰彩虹”的設計理念。路線南側的人行橋蜿蜒曲折意為“龍”，主拱挺拔壯觀意為“彩虹”。

與一般拱橋的拱梁平行布置不同，本橋拱與梁為斜跨布置，即拱腳分別位于主梁的西北側和東南側。主梁跨徑89 m，橋寬25 m，橋梁位于R=608 m的平曲線上。主拱與主梁斜交28.6°，主拱跨徑76 m，矢高38 m，矢跨比1/2。吊桿錨固于主梁外側，共15對吊桿，由于主拱斜跨，兩側吊桿呈反對稱布置，形成空間體系。另外，路線南側設置2.5 m寬人行橋，人行橋東側設置2根吊桿錨固于主拱，西側與主梁外伸橫梁連接(見圖1，圖2)。

4 結構設計

4.1 主拱

主拱采用箱形截面鋼拱，截面尺寸由拱腳向拱頂一次線性變化，拱腳截面尺寸為3.2 m×2.8 m，拱頂截面尺寸為4.5 m×1.5 m。主拱頂、底板和腹板板厚均為30 mm，縱向加勁肋采用平鋼板形式，加勁肋板厚22 mm，高300 mm。

由于主拱采用變截面，縱向加勁肋布置無法采用通長等間距形式。本次設計采用內側加勁肋(頂、底板中間4道加勁肋，腹板中間2道加勁肋)固定間距，外側加勁肋根據主拱截面尺寸調整間距或取消。

主拱橫向加勁分為兩種形式，按照吊桿錨固區(qū)范圍以內和以外區(qū)分：

1)吊桿錨固區(qū)范圍以外。沿拱軸線每隔2 m設置橫向加勁肋，加勁肋板厚14 mm，徑向布置。

2)吊桿錨固區(qū)范圍以內。主梁吊桿在主拱上錨固間距為2 m(拱軸線曲線長度)，在吊桿錨固處設置2道橫隔板，間距600 mm，板厚20 mm。為了使得吊桿力傳遞途徑明確，橫隔板與吊桿基本平行布置(除了ZS13～ZS15三根吊桿由于傾斜角度太大，橫隔板采用鉛垂布置)。

人行橋吊桿錨固處設置1道橫隔板，板厚25 mm，橫隔板與吊桿平行布置。

主拱與吊桿的連接采用耳板+銷子的方式，即主拱設置錨拉板與吊桿錨具耳板通過銷子連接。錨拉板由兩塊不同厚度、不同寬度鋼板焊接形成，分別為耳板和錨板。耳板厚度及寬度與吊桿錨具型號匹配，錨板厚度根據受力決定，寬度為600 mm(主梁吊桿)和400 mm(人行橋吊桿)。錨板與主拱橫隔板焊接，主梁吊桿處錨板夾在兩塊橫隔板之間，形成工字形構件；人行橋吊桿處橫隔板開槽，錨板插入并焊接。主拱拱腳及拱頂截面見圖3，圖4。

4.2 主梁

主梁采用扁平鋼箱梁，正交異性橋面板，頂寬25 m，道路中心線處梁高1.8 m，鋼箱梁頂面按照雙向2%橫坡布置，距道路中心線8.625 m范圍內梁底做平，范圍外底板按照10°水平角傾斜。

鋼箱梁共設腹板2道，位于鋼箱梁兩側，腹板高0.967 m，考慮到腹板直接與錨箱連接，受力復雜，局部應力較大，故板厚30 mm。鋼箱梁通長設2道邊縱隔板，距離道路中心線7.8 m，邊縱隔板高1.614 m，板厚16 mm。在距離梁端約20 m的無索區(qū)范圍設置中縱隔板，位于箱梁中心，中縱隔板高1.77 m，板厚16 mm。

順橋向間隔4 m設置中橫梁，位置與主梁錨箱對應。由于部分橫梁需外伸與人行橋連接，故主梁中橫梁分為2種形式：

1)一般中橫梁。一般中橫梁采用工字形截面，橫隔板厚12 mm，橫隔板與兩側腹板焊接。

2)外伸中橫梁。外伸中橫梁采用箱形截面，2塊橫隔板間距0.928 m，板厚12 mm，橫隔板與兩側腹板焊接。外伸橫梁高0.821 m，頂、底板厚14 mm，腹板厚12 mm，腹板位置與主梁橫隔板對應，與主梁腹板焊接。

另外，由于鋼箱梁斜交18.6°，故端頭需設置短橫隔板，板厚12 mm。鋼箱梁兩側端橫梁采用工字形截面，橫隔板厚25 mm。

鋼箱梁頂板厚度為16 mm，縱向加勁肋基本采用U形肋形式，U形肋高度為280 mm，寬度300 mm，鋼板壁厚8 mm，橫向間距600 mm布置。僅在頂板兩側各設1道“L”形加勁，加勁高280 mm，翼緣寬100 mm，壁厚12 mm。鋼箱梁底板厚度為14 mm，縱向加勁肋采用平鋼板形式，高度為160 mm，鋼板壁厚12 mm，橫向間距400 mm～410 mm布置。在底板角點，橫隔板位置設置角點加勁。

主梁在端橫梁與邊縱隔板交匯處設置4處豎向支承，采用雙向活動球鋼支座。

主梁順橋向約束設置于P3主墩，主梁中縱隔板端部設置支承加勁板，頂緊于主墩蓋梁對應位置的預埋鋼板。主梁橫橋向約束采用擋塊形式，即主梁梁底設置鋼擋塊與蓋梁支座墊石的預埋鋼板之間頂緊。為了降低上述約束的摩擦力，鋼板間設置四氟板和不銹鋼板。

主梁北側需設置壓重，平衡主梁扭矩，因此北側人行道采用實心截面，并用容重為35 kN/m3鐵削混凝土填筑。同時，主梁兩側端部1 m范圍內需設置混凝土壓重。主梁1/2截面見圖5。

4.3 人行橋

人行橋主橋跨徑84.568 m，平面線形由2個直線段和2個圓曲線組成。

人行橋采用鋼箱梁，正交異性橋面板，頂寬2.5 m，梁高1.2 m，鋼箱梁頂、底板均做平。

人行橋鋼箱梁共設腹板2道，位于鋼箱梁兩側，板厚12 mm。人行橋設置2處錨箱，考慮到腹板直接與錨箱連接，受力復雜，局部應力較大，故錨箱兩側各500 mm范圍內腹板板厚采用30 mm。

橫向加勁位置除錨箱位置及與主梁外伸橫梁連接處以外，其余均按照順橋向間隔2 m設置，板厚10 mm。錨箱位置及與主梁外伸橫梁連接處橫隔板厚12 mm，端橫梁橫隔板厚20 mm。

鋼箱梁頂、底板厚度均為14 mm，縱向加勁肋采用平鋼板形式，高度為120 mm，鋼板壁厚12 mm，橫向間距300 mm布置。

人行橋在西側端橫梁處設置圓板橡膠支座，東側端橫梁處設置球鋼支座，該支座容許順橋向位移及三個方向的轉角，僅限制橫橋向位移。人行橋截面見圖6。

4.4 吊桿

吊桿采用建筑工程用熱鑄錨吊桿，鋼絲采用φ5 mm雙層鍍鋅高強鋼絲，鋼絲強度等級為1 670 MPa。吊桿共采用4種型號的鋼絲編束根數(shù)，分別是5-55，5-61，5-73，5-85，吊桿外熱擠壓黑色(內)和彩色(外)HDPE(兩層)。吊桿上端為固定端，采用RM-Ⅲ型錨具與主拱耳板連接；下端為張拉端，采用RM-Ⅴ型錨具與錨箱連接。

4.5 基礎

主拱承臺長14.2 m，寬11.2 m，高4 m，由于西岸承臺部分侵入河道范圍，因此承臺頂設置1.5 m×0.5 m倒角，確保承臺頂面距離河岸邊坡30 cm以上。承臺設置拱座，拱座方向按照拱軸線布置，拱座截面考慮比主拱截面單側寬25 cm設計。樁基采用D120 cm鉆孔灌注樁，縱向5排，橫向4排，單個基礎共20根樁。樁基持力層選用⑧-2層粉質粘土、粉土互層。樁身設置聲測管。

P2主墩采用墻式墩，墻身頂寬1.4 m，底寬1.8 m，承臺長22.35 m，寬5.6 m，高2 m。樁基采用D80 cm鉆孔灌注樁，順橋向3排，橫橋向6排，單個基礎共18根樁。樁基持力層選用⑧-1層粉質粘土夾粉土。

P3主墩采用墻式墩，墻身頂寬1.4 m，底寬1.8 m，承臺長27.1 m，寬5.6 m，高2 m。樁基采用D80 cm鉆孔灌注樁，順橋向3排，橫橋向9排，單個基礎共27根樁。樁基持力層選用⑧-1層粉質粘土夾粉土。

人行橋主墩采用柱式墩，立柱采用直徑1.2 m圓形截面，承臺長和寬均為3.6 m，高度1.5 m。樁基采用D80 cm鉆孔灌注樁，雙排樁布置，單個基礎共4根樁。

5 結語

嘉定新城北水灣大橋創(chuàng)造性的提出了“龍騰彩虹”的設計理念，并因地制宜地采用了下承式斜跨鋼拱橋結構，造型簡潔、大氣，橋梁建成后成為北水灣區(qū)域地標性建筑，取得了良好的社會效益，可為類似工程提供參考。

[1] 陳偉慶.斜拉索耳板錨固結構接觸應力分析[J].鐵道建筑技術，2003(6):21-23.

[2] 楊士金，唐虎翔.景觀橋梁設計[M].上海：同濟大學出版社，2003.

Brief introduction on Beishuiwan bridge design in new Jiading city

Li Zhongzhong

(TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

The paper introduces major technological criteria of Beishuiwan bridge design in new Jiading city. Combining with the bridge style scheme, starting from five aspects of major arch, major beam, footbridge， boom and foundation, it describes it structural design measures, so as to meet the bridge design demands of beauty, safety and durability.

bridge, structural design, major arch, major beam, boom

1009-6825(2016)18-0140-03

2016-04-16

李忠忠(1980- )，男，高級工程師

U442

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