市区河段客运浮码头钢引桥设计与分析

李婷 蒋国栋

摘 要：为进一步探究市区河段客运浮码头对其重要构件钢引桥的综合需求，本文以广州水上巴士码头为例，应用Midas civil建模，对平行弦桁架、实腹板梁两种钢引桥结构形式进行验算，基于竖向位移、横向位移、应力、用钢量等指标开展比对分析。在保障结构安全性的基础上，兼顾工程实际应用，综合使用与景观功效进行比选，为后续的市区河段客运浮码头设计提供参考。

关键词：钢引桥;客运浮码头;市区河段;景观

中图分类号：U65             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）08-0069-03

1 引言

广州地处珠江三角洲北缘，中国的第三大河——珠江以多航道从市中心穿流而过，为发展水上交通提供了得天独厚的优越条件。水上客运有着绿色、舒适、经济、快速等现代交通出行方式特征，是公共交通的重要组成部分。2007年广州开通首条水上巴士航线，并在2010年广州亚运会开办后，将水上客运的建设运营发展到高速阶段，形成了集通勤、观光、休闲为一体的珠江客运体系。同时，一江两岸风景带持续建设，以彰显岭南文化和珠江特色为主的珠江游成为了广州城市旅游新名片。

广州市区河段的客运码头以浮码头为主，能够更好地适应水位差变化，有效满足防洪要求。而且，相较于实体结构，浮式结构更能实现轻盈通透的视觉观感，较好地融合周边环境。钢引桥是客运浮码头趸船与陆域的重要连接设施，也是乘客上下码头过程中体验最多的结构部件，其自身体量的大小直接影响整座浮码头的景观效果。本文以广州水上巴士几处客运浮码头钢引桥为研究对象，对平行弦桁架、实腹板梁两种结构形式开展综合分析。

2 工程实例

2.1平面布置与尺度

考察广州市区河段已建成并运营的客运浮码头，大部分码头为活动钢引桥直接接岸，即钢引桥与趸船、堤岸线垂直。少数码头建有转接平台，平台直接接岸，或者由固定钢引桥接岸，由活动钢引桥将平台与趸船连接，活动钢引桥与趸船、堤岸线平行。

以水上巴士黄沙码头、西堤码头、广州塔码头，会展中心码头、海心沙码头等为例，钢引桥平面尺寸与结构形式对比如下表：

2.2钢引桥结构形式

《水运工程钢结构设计规范》（JTS12-2012）中提出钢引桥宜选用普通桁架式或空腹拱桁式结构，亦可采用实腹板梁式结构。实际使用中，空腹拱桁式结构多用于大跨度钢引桥。

上文列举的工程实例以普通桁架（平行弦桁架）和实腹板梁为主。

平行弦桁架结构，由于受桥面高程及放坡限制，常采用下承式结构，且由于空间高度有限，上部一般不设联系桿，即采用开口下承式，其横截面为U形，在水平荷载作用下易变形。为减小水平位移，常需增加钢材用量，如加大桥面钢板厚度，且钢板与下弦杆、横梁刚接，以达到增强侧向稳定性的作用。

实腹板梁结构，两侧栏杆不受力，截面为扁平的箱型或者浅U形，为减小桥面结构高度，一般采用中承式结构，两侧主梁为主要受力构件，主梁截面以箱型或者工字型为主，设加劲肋，水平荷载作用下稳定性良好。

两种结构形式在客运浮码头的应用实景见下图1～4。

钢引桥与堤岸或固定平台的搭接以铰支座为主，与趸船的搭接则一般为滚轮支撑，趸船甲板随水位高低变化时，钢引桥通过滚轮支撑自动调节桥面坡度。

3 荷载条件

客运浮码头的实际使用中，钢引桥荷载相对较小，主要为自重、人群荷载、风荷载（一般不考虑防台），设计强度易满足要求。

4 结构方案分析

4.1规范限制条件

《码头结构设计规范》（JTS167-2018）中，关于浮码头钢引桥的尺度有如下要求：钢引桥的宽度应根据工艺布置和使用要求确定，可按规范推荐选取，其中中、小客运码头推荐宽度为3.5m～4.5m。钢引桥主梁的高跨比，对于平行弦桁架宜为1/8～1/15，对于实腹板梁宜为1/12～1/18。主梁竖向挠度要求，平行弦桁架不应超过跨度的1/800，实腹板梁不应超过跨度的1/600。

实际使用中，出于运营安全考虑，客运浮码头一般设多座钢引桥接岸，上下船乘客分时分流，并预留应急使用钢引桥，出于经济原因，单座钢引桥宽度可比规范推荐值偏小一点，但不应小于其跨度的1/20。上文列举的工程实例中，钢引桥宽度多为2.5m～3.5m。

客运浮码头的钢引桥荷载相对较小，主梁挠度为截面设计为主要控制条件，在满足规范上要求的挠度限值下，主梁高跨比可比规范推荐值偏小一点。

4.2钢引桥3D模型

利用Midas civil建立平行弦桁架与实腹板梁这两种钢引桥结构的空间模型，对两种钢引桥结构进行验算。本次验算采用相同的平面尺度，相同的荷载，以钢引桥的挠度为截面设计控制条件，比较不同钢引桥结构形式的侧向刚度，构件应力，用钢量等指标。

验算平面尺度：长度20m，宽度2.5m，节点间距1m。平行弦桁架高度与实腹板梁主梁高度按照挠度控制条件试算后确定，初始试算定为平行弦桁架高1.1m，实腹板梁主梁高0.8m。

验算荷载：人群荷载5kPa，风荷载按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）相关条款计算得桁架式钢引桥风荷载0.325kPa，实腹板梁式钢引桥风荷载0.7085kPa。

挠度控制条件：平行弦桁架小于25mm，实腹板梁小于33.33mm，钢引桥端部节点，一侧施加XYZ三向平动约束和YZ两向转动约束，另一侧施加XZ两向平动约束和YZ两向转动约束。钢引桥桥面施加5kPa垂直荷载，侧面按分别计算的风荷载施加面荷载。两种钢引桥三维有限元模型如下图所示：

4.3计算结果分析

以钢引桥挠度为控制条件，平行弦桁架式钢引桥试算竖向位移为24.06mm，对应的横向位移为5.97mm，构件最大应力为133N/mm2，用钢量为11.596t。

实腹板梁式钢引桥试算竖向位移为32.24mm，对应的横向位移为0.042mm，构件最大应力为154N/mm2，用钢量为11.789t。

由此可得，在相同的荷载条件与平面尺度条件下，两种结构形式钢引桥试算竖向位移接近相应结构的挠度限值时，构件应力差别不大，用钢量也接近，但实腹板梁式钢引桥侧向刚度明显优于平行弦桁架式钢引桥。

5 使用功能与景观效果分析

5.1栏杆

桁架式钢引桥一般为两侧桁架兼作栏杆使用。为了有效保障乘客及行李物品安全，需额外安装扶手，并在桁架节点间隙安装隔离网片，视觉观感略为笨重，与周边自然景观的融入效果有限。实腹板梁式钢引桥一般为两侧主梁上焊接钢栏杆，或者直接安装成品栏杆，可随意造型，例如会展中心码头钢引桥栏杆立面采用了波浪形，视觉观感更为轻盈活泼，装饰效果更好，与堤岸后方的售票候船区建筑造型交相辉映。

市区河段客运码头作为公共交通场所，景观功能的重要性日渐凸显。本文的工程实例中，后期修建的客运码头更为注重钢引桥栏杆的装饰功效，如栏杆弦杆上挂设花篮，栏杆立柱上安装灯饰等，使客运码头成为一江两岸风景带的有机组成部分。

5.2管线

水电管线一般通过钢引桥从堤岸引至趸船，基于方便检修以及使用安全的考虑，管线支架一般焊接在引桥侧面靠近底部位置。桁架式钢引桥的支架位置相对明显，紧挨桁架下弦杆，与桥面齐平。实腹板梁式钢引桥的桥面主梁比较高，可以达到支架“暗装”的效果，管线及其支架基本在桥面视野之外，乘客上下码头视觉观感更加整洁。

5.3风雨棚

已建成的市区河段客运浮码头钢引桥长度大多在20m左右，大部分没有安装风雨棚，仅海心沙码头钢引桥安装了半圆拱形全封闭风雨棚，与后方公园建筑风格一致。接岸处风雨棚范围扩大，安装空调后，兼作售票厅与候船厅使用，进一步改善乘客候船体验。

考虑到广州市地处亚热带，光热充足、雨量充沛，钢引桥安装风雨棚将成为水上巴士码头的设计建设趋势。若对现有码头的钢引桥进行风雨棚加装，实腹板梁式钢引桥的现有结构受力方式不会改变，而且实腹板梁式钢引桥的栏杆不属于受力构件，易于拆卸，为风雨棚安装节省空间，整體适应性要优于桁架式钢引桥。

5.4后期维护

桁架式钢引桥的焊接节点偏多，杆件数量偏多。相较于实腹板梁式钢引桥，桁架式钢引桥的施工以及后期维护更为复杂。

6 结语

随着水上客运的迅速发展，市区河段上将会设计建设更多的客运浮码头。钢引桥作为浮码头连接趸船和堤岸的构件，其结构、使用功能和景观功能设计的重要性应给予重视。在钢引桥跨度不大（20m左右）的情况下，实腹板梁式结构的侧向稳定性、使用功能和景观功能均优于平行舷桁架结构。此结论同样适用于游艇码头等浮式结构的接岸钢引桥设计。

参考文献：

[1] 中交四航局港湾工程设计院有限公司. 广州市水上巴士广州塔码头工程施工图设计资料 [Z].广州：中交四航局港湾工程设计院有限公司，2013.

[2] 中华人民共和国交通运输部. JTS152-2012 水运工程钢结构设计规范 [S].北京：人民交通出版社，2012.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. GB50009-2012 建筑结构荷载规范 [S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4] 中华人民共和国交通运输部. JTS167-2018 ，码头结构设计规范 [S].北京：人民交通出版社，2018.