赤壁市東洲人行橋設計

田莉蓉

（中信建筑設計研究總院有限公司，湖北 武漢430014）

1 工程概況

赤壁市東洲人行橋橫跨陸水河，東西走向，西側為蒲圻古城，東側為赤壁外灘商業中心。橋梁全長254.718 m，鋼箱梁橋面，部分區域鑲嵌玻璃走道。西岸廣場臨河側為重力式擋墻，近四邊形布置，在夯實填土的基礎上鋪設混凝土磚。東岸廣場為框架式建筑，圓弧狀布置。東洲人行橋建成后為陸水河兩岸居民交通出行帶來極大便利。橋梁全貌見圖1。

圖1 東洲人行橋全貌

2 方案設計

2.1 總體方案構思

橋梁美學設計既要滿足慢行交通的功能要求，又要融合地區藝術文化特點[1-2]。赤壁作為三省交匯的交通要塞，以赤壁之戰、萬里茶道和羊樓洞古鎮聞名，孕育了豐富的三國文化和茶文化。東洲人行橋規劃連接陸水河西側古城和東側外灘，起終點位置與河流流向交角約為107°。由于橋頭兩岸為民眾休閑區，采用斜交直線橋方案，視覺效果較差。為規避缺陷，綜合研究后，最終方案主體結構采用起終點正交直線段+中間雙S 型流暢曲線段外形過渡，造型優美且消除了斜交方案的不利影響。同時采用綠色橋面鋪裝與整體涂裝，構筑茶葉的形與色，彰顯了地域文化特色。鋼箱梁結構與承重玻璃橋面相結合，夜晚3D玻璃上演燈光秀，打造流光溢彩的夜景，成為陸水河上的藝術地標。通過主梁分幅和中央平臺的連通，方便人流的聯系轉換，設計通行能力滿足人行需求。東洲人行橋人流跡線見圖2。

圖2 東洲人行橋人流跡線

2.2 橋梁線形設計

根據規劃平面，橋梁兩岸為陸水河一級階地，兩側堤岸上為沿河步道。本橋造型的獨特與美觀主要通過整體線形來表現,并與周圍環境相融合。其中：（1）橋梁的主梁平面由半徑為50 m 的左偏圓曲線和右偏及之間的緩和曲線組成,曲線設計流暢鮮明地表達出赤壁茶文化的特色。（2）第3～6 跨主梁分幅布置，通過中央平臺的連通，方便人流的聯系轉換。（3）分幅橋跨通行區鑲嵌玻璃走道，中央連通平臺設置3D 玻璃走道，將橋梁功能性和景觀性高度融合。

3 結構設計

3.1 主要技術標準

（1）荷載等級：人群荷載為4.1 kN/m2。

（2）抗震設防烈度：6 度，地震動峰值加速度為0.05g。

（3）橋梁設計使用年限：50 a，鋼化玻璃設計使用年限為8 a。

（4）結構設計安全等級為一級。

（5）橋下堤邊路凈空不小于3.0 m。

（6）防洪標準：50 a 一遇。

3.2 總體布置

橋梁一聯七跨，孔跨布置為（30+35.003+36.185+42.767+41.898+35.865+30）m=254.718 m。橋梁寬度從6～8 m 變化，橫斷面布置如下:

（1）分幅段[見圖3（a）]：0.2 m（人行道欄桿）+5.6 m（行人+非機動車道）+0.2 m（人行道欄桿）=6.0 m。

（2）合并段[見圖3（b）]：0.2 m（人行道欄桿）+7.6 m（行人+非機動車道）+0.2 m（人行道欄桿）=8.0 m。

圖3 橋梁標準橫斷面（單位：m）

3.3 結構設計

3.3.1 上部結構設計

上部結構采用變高變寬鋼箱梁結構，鋼材材質Q345qD。鋼箱梁梁高1.5～2 m。合并段箱梁采用單箱雙室箱形截面，合并段為順接分幅箱梁，局部進行變寬變高處理，箱室由單箱雙室變化至單箱六室結構。分幅段箱梁中央設置橋面玻璃結構，整個結構分成橋面玻璃段的邊主梁結構和墩頂箱梁結構。邊主梁為雙箱雙室結構，固定間距采用橫梁進行橫向連接，墩頂鋼箱梁為單箱三室結構。中央連接段為變寬鋼箱梁，變寬采用箱梁挑臂長度進行變寬，箱梁中央設置橋面承重玻璃，箱梁結構也分為單箱三室和邊主梁兩種結構形式。

橋面承重玻璃采用鋼化夾層玻璃。鋼化玻璃必須進行均質處理，表面玻璃必須進行防滑處理。承重玻璃間邊主梁采用橫梁進行連接，橫梁為焊接工字型開口橫梁。鋼化夾層玻璃組合厚度為3 層15 mm厚的均質鋼化玻璃，層間設厚1.78 mm 的PVB 或SGP 膠片。鋼化玻璃應該能夠滿足在極端故意錘擊作用下，即使兩層玻璃同時受損，仍具有承載行人所必要的強度。玻璃周邊與鋼箱梁接觸區域設置10 mm厚硬橡膠墊圈，玻璃側面與角鋼銜接處設置泡沫棒和密封膠以保障玻璃在荷載作用下有足夠的變形協調能力。

3.3.2 下部結構設計

橋墩為柱式橋墩，1#、7# 橋墩墩身截面為長軸2.4 m、短軸1.6 m 的橢圓形截面，墩頂下6 m 為截面漸變的墩帽部分；墩頂截面為長軸5.0 m、短軸2.2 m的橢圓形截面。2#、6# 橋墩為雙墩布置，3#～5# 橋墩為單墩布置。墩身截面均為長軸2.4 m、短軸1.6 m 的橢圓形截面，墩頂下4 m 為截面漸變的墩帽部分；墩頂截面為長軸3.0 m、短軸2.2 m 的橢圓形截面。墩帽截面的漸變以圓弧線為跡線。橋墩均設置單排共2 根直徑1.5 m 的鉆孔灌注樁。0#橋臺為U 形橋臺，橋臺基礎采用雙排共4 根直徑1.2 m 鉆孔灌注樁基礎。

3.4 施工方案

搭設施工便道和圍堰，施工下部結構橋墩與橋臺。然后，主梁鋼箱梁采用分節段工廠預制、現場吊裝與焊接的方法施工，安裝橋面承重玻璃。最后，施工橋面和附屬結構，完成橋梁主體結構施工，進行橋梁荷載試驗。

4 主橋結構受力分析

4.1 計算模型

采用Midas Civil 有限元分析軟件，橋梁整體計算結構體系實質為連續鋼箱梁，主梁、橋墩、承臺均采用梁單元模擬，承重玻璃以荷載形式添加。整體計算有限元模型見圖4。

圖4 橋梁結構有限元模型

4.2 計算結果分析

4.2.1 主梁應力驗算及撓度驗算

橋梁的靜力計算考慮結構自重、人群荷載、風荷載、整體升降溫、主梁梯度溫度（按英標BS 5 400 計算）、基礎不均勻沉降。主梁在基本組合下主梁應力計算結果見圖5。

圖5 基本組合正應力包絡圖（單位：MP a）

控制截面應力見表1。根據《公路鋼結構橋梁設計規范》相關條文，截面受壓翼緣應考慮局部穩定影響，受拉或受壓翼緣應考慮剪力滯效應的影響。分別對以上截面進行考慮剪力滯效應和局部穩定效應的應力修正，計算結果均滿足規范要求。

表1 控制截面應力修正表 單位：MP a

在人群荷載作用下，最大位移發生在第四跨跨中，位移為-25 mm。根據《公路鋼結構橋梁設計規范》中不大于L/500=85 mm 的要求，結構剛度均滿足規范要求。

4.2.2 主梁振動分析

《城市人行天橋與人行地道技術規范》中規定，人行天橋豎向振動自振頻率應不小于3 Hz，以避免產生共振，造成行人不安全感和構件的疲勞破壞[3]。計算時將橋梁自重與二期恒載轉化為質量，進行特征值分析，一階豎向自振頻率最低為3.12 Hz，滿足規范要求，結構舒適度滿足規范要求。主梁一階豎向自振振型見圖6。

圖6 主梁一階豎向自振振型

4.2.3 橋梁穩定性計算

將主梁結構自重、橋面鋪裝、人行欄桿作為常量，將風荷載和人行荷載作為變量，對左幅4# 墩頂支點底板最大受壓工況進行屈曲分析，主梁最小屈曲系數為28.8，大于4，滿足整體穩定要求。

5 結 語

赤壁市東洲人行橋造型獨特、線形優美。該橋采用空間曲線造型，具有獨特的景觀效果。其結構形式以連續梁主體，不同于常規的裝飾景觀橋，以其獨特的線形打造與眾不同的景觀效果。鋼箱梁與3D 承重玻璃橋面相結合,景觀效果得到進一步提升。目前該橋梁已交付使用，社會效益和經濟效益良好。