桥梁建筑美学的新要求

桥梁建筑美学的新要求

1高速公路景观效果（1）为了将景观设计与高速公路沿线规划有机结合，考虑到支线道路的功能和性质，景观风格与高速公路沿线的设计和谐，并以周围环境为景观效应，如贷款景观等。(2）与沿线建筑群相结合。(3）力求造型美观，结构比例协调，总体上与周围环境和谐。(4）设计中体现南通市现代城市特色及历史文脉。(5）通过旅游开发，提升市民、乘客、游人的环保意识，增强人与自然的对话与沟通，并使之产生良性互动。2拱轴线非均匀理对主梁与拱圈采用整体钢结构构造。采用2跨双肋连拱结构，为30.0m+30.0m。中墩设固定支座，边墩设滑动支座。主梁梁高0.9m，采用2工字型边纵梁为主的钢结构整体格梁结构。本桥单跨拱圈拱轴线线型为非均匀有理（NURBS)B样条曲线。拱轴线两起拱点处于同一水平线上，不随桥面纵曲线调整。拱轴线的非均匀有理（NURBS)B样条曲线的控制点坐标为（以中墩侧起拱点为原点，单位为m）：中墩侧起拱点（0.0,0.0）、控制点（6.0,10.5）、边墩侧起拱点（29.0,0.0）。两跨拱桥关于中墩轴平面对称，其中中墩侧起拱点位于中墩轴平面上。保证了构造成海鸥形拱桥，效果图见图1。3桥梁结构设计3.1主梁顶板加劲主梁采用2工字型边纵梁为主的钢结构整体格梁结构。内部加劲及横隔板，根据有关规范关于容许应力内结构稳定相关规定配置。主梁顶板水平宽度为9.56m，桥梁中轴线两侧对称设置2%横坡。其两侧锚固水平区域1.58m范围内厚16mm，其余部分厚14mm。主梁顶板于纵桥向，行车道范围内，设置常规U型加劲肋，其余部分根据局部构造要求设置纵向加劲板。同时，主梁顶板在两横梁中间位置设置半横隔横向加劲，其纵向间距为3m。主梁两侧纵梁腹板中轴线横桥向间距为8.7m，纵梁腹板厚16mm，高0.831m。纵梁腹板在吊点处于顶板上开槽伸出耳板作为锚固连接件。纵梁除了构造纵向加劲外，于每2道横隔板间另设置2道12mm纵梁加劲。其标准段纵梁加劲主要为腹板加劲，为了避免弯矩拉应力疲劳问题，不与底板焊接。仅在支座区域采用上下通长加劲。考虑小梁高钢主梁加工可能性及合理性，主梁底板采用16mm厚的钢板，同时纵梁底板与横梁底板设置为整体开放格栅式构造。主梁横梁纵向间距采用吊杆，间距为3m1道。横梁采用工字型断面，其腹板厚16mm，横梁顶板即为主梁顶板，底板宽60cm，厚16mm。3.2顶底板连接设计方案拱圈采用3腹板钢箱断面构造。钢拱圈采用疲劳容许应力较大的3腹板受力模式，其中中腹板不与顶底板连接，仅在吊点区域于钢拱圈底板伸出耳板。中腹板与边腹板之间于锚固区采用16mm厚连接传力板连接，其他区域根据压弯构件构造原则设置12mm厚连接板。顶底板通过单面坡口焊与3腹板构造连接。各腹板及顶底板均根据局部稳定原则设置纵向加劲肋。拱圈与主梁为整体性连接，拱脚处采用全焊式连接与主梁顶面连接。连接部区域根据构造受力要求及景观要求，采用圆弧外形过渡处理。两跨拱圈间在中墩处起拱点上方8.4m处设置连接压杆构造。连接压杆采用与拱圈相同的断面。3.3锚具、锚具与钢绞线主梁纵向3m间距布置5-55吊杆，吊杆一端锚固于主梁纵向3m间距布置的耳板上，另一端由边跨向中跨倾8°设置，锚固于拱圈相应位置伸出的耳板上。主拱每根吊杆均由55根直径5mm的高强镀锌钢丝组成，采用平行钢丝成品拉索，外包热挤PE护套；锚具采用HiAm高疲劳强度成品冷铸锚，其疲劳强度容许应力必须达到250MPa；锚具端部通过螺纹形连接叉板与主梁或拱圈上的耳板销接。吊杆上端销孔中心轴线与拱圈轴线间距为550mm；下端销孔中心轴线与桥面标高轴线间距100mm，位于桥面标高上端。其中吊杆上端锚具为了防水设置了经阳极氧化处理的防水盖。4结构分析4.1“较陡侧”向拱尾较缓侧的内力针对该桥特点，用通用计算程序ANSYS建立全桥的空间计算模型（见图2）。全桥共划分为558个结点、664个单元，其中板单元160个，空间梁单元468个，索单元32个。计算模型的吊杆编号与施工图的编号相同，即从拱头（较陡侧）向拱尾（较缓侧）依次为1～8#，具体见图3。内力计算时，设计计算荷载为汽-20、挂-100，温度效应按整体升温考虑，基准合拢温度为20℃，按温升20℃，温降35℃考虑.结构模型和施工过程，利用有限元程序对斜吊杆系杆拱桥进行包括恒载、活载以及温度变化等情况下的内力分析。计算时依据《JTJ023-85》规定，共考虑了3种荷载组合（正常使用极限状态）：组合一为恒载+汽车；组合二为恒载+挂车；组合三为恒载+汽车+温度。根据设计荷载，两列汽-20按拱肋及主梁的各内力影响线进行横向最不利偏载，计算出这种最不利工况下的各截面内力值及应力值，作为对比验算，挂-100也按拱肋及主梁的各内力影响线进行横向最不利偏载并得到相应的内力值及应力值。4.2轴力最大截面的正弯矩4.2.1弯矩本桥成桥后正常使用状态下，拱肋B截面将达到正弯矩最大值，C截面将达到负弯矩最大值，主梁F截面将达到正弯矩最大值，G截面将达到负弯矩最大值，主拱A截面及主梁D截面均为轴力最大截面。4.2.2轴力值见表24.2.3剪力值拱肋受剪力最大的截面是与纵向连接杆相交的截面（D截面），而主梁剪力最大的截面则是离活载很近的拱尾部位（E截面），见表2。4.2.4表2显示了力值4.3吊杆轴力比较为了进一步比较顶推施工对吊杆轴力的影响，需要对未顶推而直接成桥的吊杆轴力与顶推后成桥的吊杆轴力进行比较，如图5所示。由图中可见，因为顶推相当于在吊杆中预设了一个初始应力，从而各吊杆轴力增大，本桥主要是使3#、4#、5#吊杆的轴力增大了很多，其中，4#吊杆轴力增大了77%，达到10.214t。在吊杆轴力增大的同时，达到了调节主梁线形的目的。4.4动态载荷的影响用模态分析可以确定结构的固有频率和振型，固有频率和振型是承受动态载荷的桥梁结构中的重要参数。利用ANSYS动力学分析中的模态分析，采用通常使用的Subspace（子空间）法求解，对成桥后的自振频率和模态进行了详细计算，计算结果见表3。4.5结构稳定性分析根据建立的模型，利用有限元程序对全桥进行稳定分析；通过分析得出全桥失稳模态为拱肋面外不对称失稳，全桥欧拉稳定安全系数为45.9，远远大于规范所规定的5，说明结构的稳定性是安全的。5钢结构段“双护盾”结构全桥施工步骤：基础施工→搭设落地支架→吊装各预制钢构件→各预制钢结构段匹配后临时连接→调整主梁及拱圈线型→焊接合龙各预制钢结构段为整体→顶推3#吊杆处主梁，强制向上位移11mm（一侧纵梁的一个3#吊杆处千斤顶顶推力约60t，共设4个千斤顶）→安装吊杆→解除强制位移顶推力→由跨中开始对称拆除施工支架→施工桥面系。6轴线是受片的受轴数和造型承担的采用3腹板体系的下承式钢箱拱