異形景觀人行橋梁的研究與設計

鐘玉平

深圳市綜合交通設計研究院有限公司，廣東 深圳 518000

城市人行橋梁不僅需要滿足居民通行需求，更需要滿足人們對美好生活的向往，城市人行橋梁逐漸從通行載體向城市家具、歷史和人文環境的載體過渡，促使城市人行橋梁設計逐漸從追求經濟向追求美觀過渡。因此，城市人行橋梁設計應充分結合現狀條件、周邊環境、挖掘歷史及人文信息，打造功能完善、景觀效果與周邊環境協調統一的藝術作品。文章以深圳市某座濱海人行橋梁設計為例，闡述城市景觀人行橋梁方案的設計思路及異形橋梁的結構設計方法，具有一定的參考價值。

1 工程概述

案例橋梁位于深圳市壩光生物谷，白沙灣路項目K2+882～K2+928規劃人行道范圍內，生長有紅樹科植物——秋茄群落。依據原設計方案，將對項目紅線范圍內紅樹進行移植。但是，考慮到紅樹移植存活率低，且紅樹移植過程對周邊生態環境破壞較大，經科學論證，充分聽取行業專家建議后，為保護植物多樣性，堅持“金山銀山不如綠水青山”的可持續發展原則，擬采用橋梁形式跨越現狀秋茄群落。

2 設計方案

2.1 設計思路

該橋梁為保護紅樹而設置，且為海濱橋梁，紅樹所處灘涂范圍內隨處可見螃蟹、貝殼等生物，周邊環境優美。橋梁修建后該處必將成為人們嬉戲游玩之處。因此，該橋梁方案不僅需要滿足行人通行需求，也需要起到保護紅樹的作用，還需要為行人提供駐足、休憩、欣賞周邊風景的場所。

2.2 景觀造型

該橋梁被命名為“珍貝橋”，以周邊環境為依托，采用貝殼為設計元素，提取海洋浪花作為橋面鑲邊，倡導人與自然和諧共處，警醒人們保護紅樹，呵護自然，保護環境。

橋梁共設置2處供行人休憩的石凳，中間石凳設置種植槽，作為橋面景觀點綴。內側橋面鋪裝采用山樟木，外側采用夾膠玻璃，不僅能提升游客的體驗感，更能滿足橋下紅樹生長所需的光線需求，保證紅樹的光合作用，實現人與自然的和諧共處。橋梁效果圖如圖1所示。

圖1 橋梁效果圖

珍貝橋上部結構采用1×24m簡支鋼箱梁，下部結構采用重力式橋臺，基礎采用鉆孔灌注樁，全寬為3.5～10.2m，內側（靠機動車道側）懸臂長1.25m，外側（靠灘涂側）懸臂最大長度為3.7m，主梁采用Q345qC鋼板。橋梁最寬處橫斷面如圖2所示。

圖2 橋梁最寬處橫斷面圖（單位：cm）

3 結構設計

3.1 結構建模

采用Midas Civil程序建立空間板單元模型進行計算。由于橋梁造型奇特，橋寬變化范圍大，為模擬實際情況，鋼箱梁各板件均按實際位置建立板單元，網格劃分最大邊長不超過0.3m。支點橫向均設2個支座，支座間距為2.66m。模型共計9971個節點，12949個單元，模型如圖3所示。

圖3 板單元計算模型圖

3.2 設計荷載

（1）恒載：鋼材容重為78.5kN/m3，填充鉛砂容重為114kN/m3，填充混凝土為容重24kN/m3。

（2）人群荷載：依據深圳市《人行天橋和連廊設計標準》（SJG 70—2020）（以下簡稱《設計標準》）第3.0.7條，取5.0kPa。

（3）風荷載：依據《設計標準》第3.0.7條，基本風壓取37.5m/s。

（4）安全等級：依據《設計標準》第1.0.4條，取一級，結構重要系數為1.1。

3.3 主梁應力驗算

對橋梁結構進行承載能力驗算，主梁頂底板在基本組合下正應力云圖如圖4所示。由圖4可以看出，頂板最大壓應力為162Mpa，發生在跨徑約為1/3位置的懸臂板處，該處底板最大拉應力為164MPa，小于規范容許值275÷1.1=250MPa。

圖4 基本組合頂底板正應力云圖

主梁腹板在作用基本組合下的剪應力云圖如圖5所示。由圖5可以看出，腹板最大剪應力為97.3Mpa，發生在大懸臂側支座處，小于規范容許值160÷1.1=145.5MPa。

圖5 基本組合腹板剪應力云圖

3.4 剛度驗算

主梁在人群荷載作用下的位移如圖6所示。由圖6可以看出，最大位移為31mm，發生在跨中最大懸臂處，滿足《公路鋼結構橋梁設計規范》（JTG D64-2015）第4.2.3條所規定的小于48mm的要求。

圖6 人群荷載作用下最大豎向位移圖

主梁在恒載作用下的最大豎向位移值為29mm，依據《公路鋼結構橋梁設計規范》第4.2.4條規定設置橋梁預拱度，取恒載+0.5×活載=29+0.5×31=45mm。

3.5 結構動力驗算

將相應荷載轉化為質量，對該橋梁進行特征值分析，自振模態如圖7所示。由圖7可知，橋梁自振頻率為3.4Hz（＞3Hz），滿足《城市人行天橋與人行地道技術規范》（CJJ 69—1995）（2003局部修訂版）的相關要求。

圖7 主梁振動模態圖

4 結論

通過該異形景觀人行橋梁設計與研究得出以下結論：

（1）該景觀人行橋梁造型新穎，立意深遠，較好地體現了人與自然和諧相處，并警醒人民愛護環境，保護海洋；

（2）主梁結構的強度、穩定及變形等指標相對合理，滿足相關規范的設計要求；

（3）通過板單元建立鋼箱梁模型雖然相對復雜，但能較好地反映異形結構的受力情況，便于發現橋梁設計方案的薄弱點并及時進行修改完善。