宁波新典桥主桥设计

陈何峰，赵 炜

[同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海市 200092]

1 工程概况

新典桥位于宁波市城市中心区，横跨奉化江，是沟通海曙区和鄞州中心区的重要城市桥梁，见图1。新典桥及接线工程对加强海曙区与鄞州中心区交通联系、完善城市道路交通网络、有效分担长丰桥、芝兰桥的通行压力意义重大[1]。

图1 工程地理位置

奉化江通航等级为V 级航道，过往船只数量大，且桥位处河流与主桥斜交角度大，为了减小对河道的影响，主桥未在江中立墩，采用一跨过江的方式，桥型为跨径213 m（桥长221.6 m）下承式简支系杆拱桥。桥梁采用双向6 车道，城-A 级标准，设计时速50 km/h。为给行人增添了一种趣味过江通道，主桥两侧添加了悬挑人行步道，悬挑的慢行步道与主桥拱肋组合形成一个整体，并在桥墩处的滨江大堤内侧落地与两岸步道衔接。

2 桥型构思

宁波简称“甬”的由来：早在周朝已有此称。“甬”字是古代大钟的一个象形字，在鄞、奉两县的县境上，山的峰峦很象古代的覆钟，故叫甬山，这条江就叫甬江。

方案设计以“甬”为设计立意：主拱的线条寓意“甬山”，行人步道的线条寓意“甬水”，见图2。山水结合展现了宁波因“甬”而生，“甬山”、“甬水”相融合的城市理念。同时主桥风撑采用特殊造型，平面造型为寓意“甬”字，具有鲜明的本地城市特色，见图3。

图2 方案立意：山水“甬”动

图3 主桥风撑寓意

作为城市景观桥梁，不仅要满足基本的机动车辆的行驶交通功能，同时也应该将以人为本作为出发点，必要时进行人行系统的特色设计，形成具有鲜明特色的城市桥梁人文景观[2]。

本项目主桥悬挑慢行系统与主桥拱肋组合一个整体，立面的变化，使整个桥梁显得立体和生动，悬挑的慢行步道与主桥拱肋组合形成一个“甬动山水”整体意向，并在桥墩处的滨江大堤内侧落地与两岸步道衔接，既丰富行人在过江中的行走体验，同时又与主桥的整体形象融合在一起，形成了具有鲜明特色的城市景观桥[3]。

3 总体设计

主桥跨径213 m（主桥长221.6 m），矢高46 m，矢跨比1/4.63，拱轴线为1.7 次抛物线。两片拱肋向内倾斜16.928°，形成提篮状。采用六边形封闭钢箱型拱肋，拱肋高度由拱顶3.5 m 渐变到拱脚处5 m，拱肋宽度为3.0 m 不变，拱肋的壁板厚度根据受力情况分段布置。主桥桥面标准宽度40.4 m，算上两侧的悬挑人行步道，跨中结构总宽度为56.2 m，见图4。

图4 总体布置（单位：m）

4 主要结构设计

4.1 结构体系

新典桥为下承式简支系杆拱桥，桥面系由横梁、小纵梁和钢桥面板构成，桥面钢梁设置3 道小纵梁。横梁焊接在两条系梁间，小纵梁焊接在横梁上形成梁格，在拱脚处采用箱形端横梁。钢系梁布置于桥面两侧，分别与2 片拱肋对齐，系梁与拱肋在连接处固结。

荷载由桥面传到横梁，由横梁传给纵向钢系梁，再经由吊杆传到拱肋，最终由拱和梁固结部传到桥墩、基础[4-5]。

4.2 拱肋及风撑

拱肋采用六边箱型截面，拱底（拱脚与拱肋结合段）高度5 000 mm，拱顶高度3 500 mm。拱肋宽度3 000 mm。主拱按照中心线对称布置，由于两拱脚标高不同，故拱肋立面倾斜布置。拱肋隔板分为实腹式和空腹式，两类隔板间隔布置，隔板间距2 295～2 880 mm。所有隔板均与拱轴线垂直。拱肋与风撑腹板相交处设置隔板[6]。

风撑设置对称设置两组，每组设三个风撑，1#、2# 风撑间距约10 m，2#3# 风撑间距约10 m。风撑截面为箱形截面，截面四个壁板焊在拱肋壁板上，拱肋内部对应位置分别设置四个与风撑壁板相同方向的传力隔板[7]，见图5。

图5 风撑布置

风撑的四个壁板焊在拱肋壁板上，对应的位置分别设置四个与风撑壁板相同方向的隔板传力，与隔板有冲突的加劲肋在这里直接断掉，其中拱肋的纵向T 肋的翼缘也直接与隔板对上并断掉，为了方便焊接，四个隔板上都设置人孔，见图6。

图6 风撑构造

4.3 主梁

桥面横梁中心处高2.34 m，考虑横坡之后系梁高度约为2 m，钢系梁布置于桥面两侧，分别与2 片拱肋对齐，采用单箱单室断面，宽度跨中2.5 m，拱脚附近宽4.5 m。桥面钢梁设置3 道小纵梁。桥面系由横梁、小纵梁和钢桥面板构成，横梁焊接在两条系梁间，小纵梁焊接在横梁上形成梁格。在拱脚处采用箱形端横梁。跨中横梁高度2.34 m，支点端横梁处横梁高度3.34 m，横梁间距为3 m，小纵梁间距8.1 m，见图7、图8。

图7 标准断面（单位：mm）

图8 横梁处断面（单位：mm）

4.4 拱梁结合段

拱肋在拱脚位置焊于系梁顶面，对应壁板位置设置竖向隔板传力，同时为保证传力的可靠性，在拱梁结合段增设1 道内置腹板进行传力[8]。支座范围内设置3 道实腹隔板及2 道支撑加劲，厚度均为44 mm，见图9。

图9 拱脚构造

4.5 悬挑慢行系统

新典桥主桥悬挑慢行系统布置在主梁两侧，主要包括三个部分：副拱（装饰拱）、挑臂系统、挑臂人行道系统，三个系统的结构设计均采用了BIM 正向设计[9]，见图10。

图10 悬挑慢行系统横断系统图

4.5.1 挑臂构造

挑臂作为连接副拱和主梁的构件，随着副拱轴线变化上下起伏，再加上挑臂顶底缘也为圆弧曲线，因此造型较为复杂多样。挑臂设计不仅需要满足景观要求，还要满足各项净空要求。采用BIM 设计可以大大提高设计效率，并实现景观效果的最优化设计。对于景观上，要保证挑臂上下缘轮廓线从跨中向两端过渡较为自然顺畅，见图11。

图11 挑臂三维图及马道碰撞测试

4.5.2 副拱构造

副拱轴线为三维空间线型，且沿顺桥向副拱断面逐渐变化，传统二维设计不仅对于横断面设计带来很大的困难，而且也不便于对各项净空的检查。因此本次借助CATIA 设计软件直接从三维入手，建立副拱三维模型，在建立模型的过程中通过将通航净空导入到三维模型中，及时发现了副拱侵占通航净空的问题并予以调整[10]，见图12。

图12 副拱通航净空检查

4.5.3 挑臂人行道构造

在确定挑臂的位置后，挑臂人行道的位置就可以基本确定，但在人行梯道接地部分由于进入到主梁和副拱拱脚的下方，需保证其人行净空。若采用传统二维设计难以检查人行净空高度是否满足，如图所示，本次对挑臂人行道也采用三维正向设计，见图13。

图13 悬挑人行道接地部分净空

4.6 牛腿

考虑到行人通过桥底的净空需求，对于小箱梁引桥与主桥衔接位置无法设置盖梁搁置引桥，因此考虑在主梁端部设置牛腿支撑引桥。在引桥支座中心线位置设置1 道通长的横向隔板，纵向按照小箱梁间距（2 820 mm）设置纵向纵向隔板，（需要注意避开顶板U 肋等），纵向隔板与牛腿上翼缘均为整板，并伸入端横梁第一个箱室内部，上翼缘在进入箱室内部后可做开口处理，见图14。

图14 牛腿构造（单位：mm）

4.7 吊杆及锚固系统

拱上梁上锚固均采用吊耳构造[11]。拱上吊点水平间距为4.5 m，保证拱上吊点水平间距4.5 m 不变，通过设置一道较强的内置T 形纵梁来传力，在非吊耳区域T 形纵梁腹板700 mm×24 mm，翼缘400 mm×24 mm，在吊耳附近腹板局部加厚至40～48 mm。

梁上锚固构造与拱上锚固类似，吊点水平间距为6 m，对应横梁位置，耳板插入横隔板，在耳板对应位置一道T 肋加强，该T 肋与相邻隔板相连接，见图15。

图15 拱上锚固构造

为了保证防腐可靠，吊杆采用填充型环氧涂层钢绞线（厚环氧涂层型，且中心丝与边丝之间的间隙也须填充环氧树脂），公称抗拉强度1 860 MPa，公称直径φ15.2 mm。

本项目吊索上锚点为固定端，下锚点为张拉端。利用高空作业车为操作平台，采用汽车吊进行吊索安装。采用张拉工装进行张拉。分两次进行张拉，第一次是支架拆除后，张拉相应的吊索，索力张拉到支架全部拆除后的理想索力的70%；第二次是附属结构施工完，对全桥索力进行调整，索力调整到成桥索力的100%。

4.8 下部结构

主墩下采用直径1.5 m 的钻孔灌注桩（摩擦桩），桩长78 m。固定支座的承台下布置9 根桩基，承台尺寸为10 m×10 m×3.5 m，其余每个承台下设置8 根桩基10 m×9.1 m×3.5 m，墩柱为圆形截面，直径为3.5 m。

本桥位于城市主干路上，桥位地区抗震设防烈度为7 度，地震动峰值加速度为0.10g。根据《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ 166—2011），大跨度拱桥抗震设防分类为甲类，“甲类桥梁所在地区遭受的E1和E2 地震影响，应按地震安全性评价确定”。根据《新典桥及接线（鄞奉路—广德湖路）工程场地地震安全性评价报告》中的参数进行抗震设计。阻尼比取3%，E1 采用50 a 10%超越概率，E2 采用50 a 2%超越概率。

抗震设防目标为：遭受E1 地震作用时，主桥上部结构、桥墩以及各桥墩桩基础结构、连接结构总体反应在弹性范围，一般不受损坏或不需修复可继续使用；遭受E2 地震作用时，可发生局部轻微损伤，不需修复或经简单修复可继续使用。

主桥西侧桥墩高2.6 m，东侧桥墩高4.8 m，墩高较低。根据验算结果可知，在E2 地震作用下，桥墩和桩基依靠结构本身能满足受力要求，不需额外增加桩基或者增大桥墩尺寸，故主桥采用的抗震体系为地震作用下，直接依靠结构本身承担地震作用力。根据E2 地震下支座所受地震力大小，支座水平承载力需提高至30%[12]。

5 结 语

宁波新典桥创造性地采用带有悬挑慢行系统的下承式系杆拱桥，拱轴线采用1.7 次抛物线，拱肋采用六边箱型截面，由于是异型拱，为了保证拱肋受力的合理性，拱肋上设置两组共六道风撑。系梁采用单箱单室断面，与正交异性桥面系采用焊接连接。悬挑慢行系统布置在主梁两侧，主要包括三个部分：副拱（装饰拱）、挑臂系统、挑臂人行道系统。考虑到行人通过桥底的净空需求，对于小箱梁引桥与主桥衔接位置无法设置盖梁搁置引桥，因此考虑在主梁端部设置牛腿支撑引桥，即节约造价又提升景观效果。