河南郑州万邦休闲鱼庄假拱景观桥设计

2017-01-13施小明王娟玲

黄河水利职业技术学院学报 2016年1期

关键词：装饰板万邦梁式

施小明，王娟玲

河南郑州万邦休闲鱼庄假拱景观桥设计

施小明，王娟玲

（黄河水利职业技术学院，河南开封475004）

为实现施工简便、造型美观及节约造价等目的，河南郑州万邦休闲鱼庄景观桥设计采用简支梁桥为受力主体，拱形装饰板装饰外观的假拱景观桥的设计方案。通过对拱式装饰板和梁式装饰板两种设计方案的受力情况，优缺点的分析，选出了梁式装饰板设计方案。

河南郑州；万邦休闲鱼庄；假拱景观桥；拱式装饰板；梁式装饰板

0　引言

郑州万邦休闲鱼庄是中牟雁鸣湖景区的高级疗养院，院内规划的人工湖内有多处人工岛。为了使人工岛与外部交通连接，需架设多座桥梁。在综合考虑景区环境、色调要求，功能服务要求的基础上，提出了架设拱桥景观桥的方案。同时，业主要求设计的景观桥方案应具有施工简便和造型美观的双重特点。

由于万邦休闲鱼庄的人员、重载车辆都较少，最常用的简支梁桥完全能满足受力要求。如果采用简支梁为受力结构，外形用拱形装饰板装饰成拱桥的外观效果，将是一个非常有竞争力的设计方案。假拱景观桥与拱桥相比，降低了施工和设计难度；与梁桥相比，满足了人们对桥梁景观设计的需求［1～2］。鉴于此，万邦休闲鱼庄采用了假拱景观桥设计方案。

1　郑州万邦休闲鱼庄假拱景观桥构造及设计方案

1.1假拱景观桥的构造

郑州万邦休闲鱼庄假拱景观桥（如图1所示）的跨径为40m左右，受力结构采用标准跨径为13m的3跨简支梁桥。简支梁桥建成后，采用拱形装饰板对其进行修饰。装饰板只承受本身的重力作用，故其配筋只需考虑构造要求。整体上，假拱结构在设计、施工、造价等多方面都体现出巨大的优势。

1.2假拱景观桥的设计方案［3～7］

拱形装饰板上部搭接在盖梁上，下部搭接在系梁上，从而与梁桥结构完美结合。假拱景观桥中的装饰板虽然仅承受本身的重力作用，但由于截面尺寸不规则且尺寸较小，其约束位置的确定、小截面尺寸的配筋、小截面构件的吊装、对其他结构的影响等都是新的课题。

图1　郑州万邦休闲鱼庄假拱景观桥设计模型Fig.1 Landscape b ridge design model of“blind arch”in Zhengzhou W anbang leisure fish village

2　郑州万邦休闲鱼庄假拱景观桥设计方案比选

根据装饰板约束位置的不同，假拱景观桥中的装饰板有梁式装饰板和拱式装饰板两种类型。拱式装饰板假拱景观桥和梁式装饰板假拱景观桥的主体受力结构均为3跨简支梁桥。不同的是，拱形装饰板约束位置的不同，带来的自身受力特征及对简支梁桥的影响不同。

2.1拱式装饰板设计方案的优缺点

拱式装饰板是拱形装饰板支撑在下部的系梁上，约束设置如图2所示，受力简图如图3所示。

在荷载作用下，拱式装饰板的受力特征与拱的受力特征一致，截面主要受压应力，在约束位置处会产生较大的水平力。由于拱脚处截面尺寸较小，且水平力较大，故为受力最不利位置。

图2　拱式装饰板约束位置Fig.2 Arch type decorative sheet constraint location

图3　拱式装饰板受力分析Fig.3 Arch type decorative sheet force analysis

2.1.1拱式装饰板设计方案的优点

拱式装饰板具有拱的受力特点，截面主要以受压为主，所受弯矩较小。拱的这种受力特点有利于发挥混凝土受压能力强而抗拉能力较弱的特点。

2.1.2拱式装饰板设计方案的缺点

（1）由于装饰板截面尺寸较为复杂且不圆顺，容易产生应力集中现象。在发生应力集中区域（如拱脚等区域），容易产生拉应力局部较大的情况。而在拱脚处，由于截面尺寸受到明显的限制，进行加强配筋十分困难。所以，拱脚处形成一个明显的受力薄弱区。

（2）拱式装饰板的持久受力状态为拱的受力状态，截面以受压为主。在吊装时，针对装饰板的截面尺寸较小，自重较小的特点，为保证吊装时的稳定可靠，应采用两点吊，吊点应在装饰板约束位置处（如图4所示）。这时，拱式装饰板的受力状态为梁的受力状态，与持久受力状态相差较大。因此，吊装对拱式装饰板构件影响很大，使其容易开裂和破坏。

（3）虽然装饰板的截面尺寸较小，但由于跨度及混凝土的容重较大，对其他结构会产生影响。对拱式装饰板而言，因为保持拱的受力特点，在竖向荷载下，要产生水平推力。水平力会在桥墩底部产生较大的弯矩，使桥墩由轴压构件转变为压弯构件，弯矩效应会产生较大的拉应力，产生开裂现象。而桥墩由于配筋较少，一旦出现开裂现象，将难以约束裂缝的发展。这对桥墩，尤其是高桥墩，会产生不利的影响。桥梁跨度越大，桥墩高度越高，在桥墩底部产生的弯矩效应也越大。

图4　装饰板吊装图Fig.4 Decorative sheet lifting

2.2梁式装饰板设计方案的优缺点

梁式装饰板是拱形装饰板支撑在帽石或盖梁上，约束设置如图5所示，其受力简图如图6所示。

图5　梁式装饰板约束位置Fig.5 Beam type decorative sheet constraint location

在荷载作用下，梁式装饰板的受力特征与简支梁的受力特征一致，约束位置处受自身重力产生的剪力最大。由于装饰板自重很小，产生的剪力较小。因为装饰的跨径较大，跨中弯矩最大处为受力最不利的位置。

图6　梁式装饰板受力简图Fig.6 Beam type decorative sheet force diagram

2.2.1梁式装饰板设计方案的缺点

因为跨径较大，梁式装饰板跨中正弯矩较大，相应的拉应力较大，混凝土容易开裂。

2.2.2梁式装饰板设计方案的优点

（1）混凝土开裂问题可以通过在底部配筋解决。支座拐角处拉应力较大的问题可以通过增设加强筋来解决。梁式装饰板按照简支梁的配筋要求，取跨中最不利截面，按矩形双筋截面梁进行抗弯配筋，取支座处最不利截面进行抗剪配筋，配筋简单，技术比较成熟。

（2）装饰板因为截面尺寸小，截面形状较为复杂，因而应采用预制场预制，现场吊装的施工方法来进行施工。从吊装的角度看，较好的吊装状态要求吊装时的受力状态与装饰板的持久受力状态保持一致。就梁式装饰板而言，因为吊点的位置与梁式装饰板的约束位置一致，梁式装饰板可以保证吊装时的状态与装饰板的持久受力状态保持一致，均为梁的受力状态。故吊装对梁式装饰板影响很小，在吊装中不会对构件造成破坏。

（3）因为梁式装饰板支撑在盖梁上，并且截面尺寸小，结构自重较小，所以仅会增大盖梁悬臂端的剪力，增加幅度不大，且可以减小跨中的正弯矩，在整体上对假拱结构影响很小。

2.3两种假拱景观桥设计方案比选结果

拱式装饰板假拱景观桥设计方案虽然可以发挥拱式装饰板截面弯矩较小、混凝土基本处于受压状态的优点，但是拱脚处容易出现应力集中的情况，且补强困难。另外，由于吊装状态与持久受力状态不一致，对桥墩等结构的影响较大。

梁式装饰板假拱景观桥设计方案虽然存在着跨中弯矩较大，混凝土容易开裂的缺点，但也存在着配筋简单，吊装状态与持久受力状态一致，对其他结构影响较小的突出优点。该工程最终选择梁式装饰板假拱景观桥设计方案。