杭州市运河主跨145 m 人行桥反向芬克式桁架方案技术可行性论证

2021-04-26姚政

城市道桥与防洪 2021年4期

姚政

（杭州市城乡建设设计院股份有限公司，浙江杭州 310004）

0 引言

运河人行位于杭州市大城北拱墅区运河新城单元，区块内跨越京杭运河的桥梁有北侧的上塘高架与南侧的石祥路，相距约940 m，行人、非机动车过河要绕行较远的距离。为了方便两岸联系，缩短居民、游客过河的时间，需要建设人行桥。

人行桥经过桥梁、景观、水利、通航等专家论证，并经过规划部门批准采用22.5 m+145 m+22.5 m 反向芬克式桁架桥，桥梁全长190 m，桥梁全宽按9 m设计。计算荷载：人群荷载按《城市桥梁设计荷载标》（CJJ 77—98）执行，取值4.0 kN/m2。抗震烈度：地震基本烈度6 度[1-5]。

1 桥位选择

桥位选择一般遵循以下基本原则：

（1）桥梁跨度应满足最小的航宽要求;

（2）河道、河岸线顺直，河床、河势基本稳定;

（3）桥墩应避开河道主流和主航槽,尤其是枯水航槽;

（4）工程地质、水文地质较好、桥址处局域地质稳定；

（5）河面水域相对较小，以减小桥梁长度，降低桥梁造价；

（6）两岸被交道路接线顺畅，与两岸城市规划和岸线利用相协调。

根据桥址河段两岸河岸线现状与建筑规划条件，初步拟定上塘高架北侧与南侧的石祥路中间选择建桥位置。

2 结构设计

2.1 上部结构

上部结构采用反向芬克式桁架桥，桥梁跨径布置为22.5 m+145 m+22.5 m，全长190 m，桥梁全宽9 m（不含风嘴），桥头通过楼梯与地面衔接。结构采用单榀桁架与钢箱梁组合结构，钢箱梁梁高1.8 m，箱梁两侧各设置风嘴，以提高抗风稳定性；桥塔、撑杆皆采用钢结构，桥塔采用变截面圆形结构，桥面以上高度18 m；全桥共设置撑杆8 个，高度从4.88～11.70 m变化不等，撑杆顶几何外形为二次抛物线矢跨比1∶5，撑杆、塔顶设彩色灯带，以提高夜间景观效果。反向芬克式桁架桥梁整体造型轻盈、通透、结构新颖（见图1～图3）。

图1 桥型立面图（单位：cm）

图2 桥型平面图（单位：cm）

图3 撑杆处主梁断面图（单位：cm）

2.2 下部结构

桥梁采用塔梁固结、塔墩分离的结构，主墩采用承台钻孔桩基础，承台厚3 m，下设4 根直径1.5 m的钻孔桩。桥台处设直径1.2 m 的钻孔桩两根，地面与桥面采用楼梯接连，台阶坡度满足自行车和推行要求（见图4）。

图4 主墩断面图（单位：cm）

2.3 桥面系

人行道系采用支撑纵梁与横向盖板组合形成，人行道铺装采用彩色面砖铺装，栏杆采用不锈钢/ 炭素钢复合管。

2.4 施工方法

桥塔、撑杆、主梁工厂分段预制、现场焊接、拼装（水中设置临时支墩），下部结构栈桥施工、现场浇筑。

3 静力结构分析

3.1 上部结构静力分析

计算图示模拟：反向芬克式桁架是将芬克式桁架倒置，把原有的上承式桁架变为下承式桁架，并将这种新型结构体系命名为反向芬克式桁架，目前其理论研究仍然处在初步阶段，国内还没有专家学者对其进行系统的研究。为运河新城单元人行桥项目建设需要，本报告并对其静、动力特性进行专题研究，以找到可靠的力学计算方法和结构设计理论，因限于篇幅，本文做概略介绍。

本工程采用《MIDAS/civil 2018》有限元电算软件进行建模计算分析。程序计算时，首先输入任意一组拉索索力，然后利用程序中的优化模块，指定结点位移、拉索内力和主梁应力为约束条件，通过优化求解，得到一组满足位移、应力和索力要求的目标函数，即成桥索力。结合本桥特点，控制条件中尽量放宽主梁应力及位移，在主梁应力及位移满足规范要求的前提下，尽可能降低拉索内力，从而降低撑杆压力，减小撑杆截面，使桥梁受力合理。计算内容主要包括主粱应力、撑杆应力、吊杆应力、主粱挠度以及结构特征值分析等内容。桥梁共分105 个单元，88个节点（见图5）。