黄石奥体中心中央人行景观桥设计

曹 阳，钱 盈，曾向往，董 涛

（湖北省城建设计院股份有限公司，湖北 武汉430051）

0 引 言

人行桥在满足通行功能的前提下应具有良好的美观性，不管是建设单位还是普通民众都对人行桥的美感提出了更高的要求。一些著名景点少不了人行桥的影子，例如昆明湖上十七孔桥、伦敦泰晤士河千禧桥。人行桥已成为建筑景观的重要组成部分，其作用已超过其本身的交通功能。本文以黄石奥体中心中央人行景观桥为例，介绍城市人行桥景观的打造与设计，供同行参考。

1 工程概况

黄石奥体中心中央人行景观桥（以下简称“中央人行景观桥”）位于黄石奥体中心，起于奥林匹克运动馆区，南连奥体公园，中间跨越大冶湖支流。中央人行景观桥为分离式双幅桥，左、右幅跨径布置均为（4×40+3×40）m，且呈大半径圆弧对称布置，上部结构为双幅曲线钢箱梁加空间拱造型，桥墩为花瓶墩接承台桩基。该桥于2019年5月竣工通过验收。

如图1所示，作为湖北省第十五届运动会的比赛场地，黄石奥体中心人行景观桥与主体育馆、全民健身游泳馆“三位一体”，共同构成了黄石奥体中心的标志性建筑。该桥为分离式曲线梁拱组合钢桥，两幅桥之间通过横向连接系连接，桥梁外侧空间钢管拱与主梁构成组合。其流畅大气的造型与运动健儿的蓬勃朝气相呼应，在满足行人通行功能的同时为其提供观赏美景、休闲娱乐的平台。

图1 中央人行景观桥实景

2 设计要点

2.1 主要技术标准

（1）桥梁结构设计基准期：100 a。

（2）设计使用年限：100 a。

（3）桥梁结构设计安全等级：一级。

（4）人群荷载：约3.75 kN/m2。

（5）设计基本风速：20.2m/s。

（6）温度变化：-9～46℃。

（7）抗震设防标准：地震动峰值加速度0.05g，对应基本烈度6度，抗震按丁类设防，抗震措施按6度设防。

（8）通航标准：无通航要求，但需考虑游船通行，预留2.5m净空高度。

2.2 桥梁总体布置

根据奥体中心总体规划设计方案，中央人行景观桥分为左、右双幅实施，单幅桥轴线平面均为2 000m半径的圆弧，双幅桥关于奥体中心景观轴对称，双幅桥在顺桥向的中心处距离最近，为15m。

桥址处大冶湖支流宽约130m，水深2.5~3m，无通航要求，水中可立墩。

桥梁横断面布置为0.15m（人行栏杆）+3.35m（人行道）+3.35m（非机动车道）+0.15m（人行栏杆）=7m。

该桥分为两联，第一联为4×40 m，第二联为3×40m。

2.3 桥梁线形

如图2、图3所示，该桥造型的独特与美观主要通过平面与立面的线形组合来表现：

（1）左、右幅桥梁主梁轴线的平面由半径为2 000m的圆曲线沿景观轴对称布置，双圆弧在圆弧中点处距离最近。

（2）空间拱设置于主梁外侧，立面圆弧投影矢高为10m，立面圆弧起于桥梁起、终点，圆弧半径为957.2m，空间拱与主梁之间采用渐变式圆形钢管连接。

（3）双幅桥之间采用横向连接系交叉连接，横撑与空间拱立柱一一对应。

图2 中央人行景观桥侧面实景

图3 中央人行景观桥桥下透视实景

2.4 桥梁结构设计

桥梁标准断面如图4所示。

图4 桥梁标准断面图（单位：cm）

2.4.1 主梁

主梁结构均采用全焊钢箱梁，为等高度单箱双室倒梯形箱梁截面，主梁截面梁高1 800mm，箱梁顶宽7 000mm，底宽4 700mm。钢箱梁顶面钢板厚14mm，顺桥向布置间距为300mm的纵肋，组成正交异性钢桥面板。箱梁底板厚14mm，纵肋间距为300mm。箱梁设两道外腹板及一道中腹板，外腹板厚16 mm，中腹板厚12 mm。横隔板间距2 000mm，厚12mm。

2.4.2 横向连接系设计

横向连接系杆件采用H型钢，高772mm，翼缘宽为440mm，腹板厚10mm，翼缘厚12mm。横向连接采用三角撑，与主梁采用高强螺栓连接。

2.4.3 空间拱设计

2.4.4 下部结构

主桥桥墩采用花瓶墩接承台桩基，连续墩墩顶、墩底在顺桥向的宽度均为1.2m，墩顶横桥向宽2.7m，墩底为1.5m；过渡墩墩顶顺桥向宽2.0m，横桥向宽2.7m，墩底顺桥向宽1.2m，横桥向宽1.5m。墩身截面为矩形，采用半径为0.15m圆弧倒角。桥墩承台高1.5m，接两根直径为1.0m钻孔灌注桩，桩中心距为2.5m。

2.4.5 坡道设计

主桥与地面之间采用坡道衔接，坡道上端与钢箱梁槽口处采用支座连接，下端与坡台台帽亦采用支座连接，中间设置坡道桥墩支撑坡道，坡道的坡率为1∶5，坡道分为两段，中间设置2m宽的休息平台。

2.5 施工方案

桥梁采用“先梁后空间拱”的施工方法，即先进行主梁和横向连接系的节段吊装与焊接，搭设支架完成空间拱吊装与立柱的焊接，再将立柱与主梁焊接，最后施工桥面及附属结构，完成桥梁主体结构施工。

3 主桥结构受力分析

3.1 计算模型

该桥的结构体系实质为连续钢箱梁，空间拱仅承受自身重力、温度作用与风荷载，桥梁整体计算采用midas Civil有限元分析软件，主梁、横向连接系、空间拱、立柱均采用梁单元。

3.2 静力计算

3.2.1 桥梁应力计算

桥梁的静力计算考虑结构自重、人群荷载、风荷载、整体升降温、空间拱局部升降温、主梁梯度温度（按英标BS5400计算）、基础不均匀沉降。桥梁的主梁、横向连接系、空间拱、立柱在基本组合下应力计算结果如图5、图6所示。

图5 第一联基本组合应力包络图（单位：MPa）

图6 第二联基本组合应力包络图（单位：MPa）

根据应力计算结果，主梁最大应力为63.3MPa，横向连接系最大应力为63.8 MPa，空间拱最大应力为42.3 MPa，立柱最大应力为127.3 MPa，应力均小于275MPa，满足规范要求。

3.2.2 桥梁刚度计算

在人群荷载的作用下，主梁的最大挠度发生在第二联第三跨跨中，为8.1mm，满足《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015） 中不大于L/500=80mm的要求，结构刚度满足规范要求（见图7、图8）。

图7 第一联活载作用下最大位移（单位：mm）

图8 第二联活载作用下最大位移（单位：mm）

3.3 动力计算

将桥梁自重与二期恒载转化为质量，进行特征值分析，其中第一联首阶竖向自振频率最低，为3.06 Hz，大于3 Hz，满足规范要求（见图9、图10）。

3.4 细部分析

图9 第一联首阶竖向自振振型

图10 第一联首阶竖向自振振型

由桥梁应力计算结果可知，立柱的柱脚应力最大，为此对立柱与主梁连接部位进行细部分析，其结构构造如图11所示。

图11 立柱与主梁连接处构造（单位：mm）

为了探明该节点内部的受力情况，采用空间有限元程序用板单元模拟，在最不利荷载组合的工况下，得到如下结果：

（1）在立柱与主梁交界面应力集中，最大有效应力为143.7MPa，箱内隔板的应力在65～90MPa（见图12）。

图12 细部标准组合有效应力（单位：MPa）

（2）在立柱与主梁交界面最大剪应力为60MPa左右，箱内隔板的剪应力在30～50MPa（见图13）。

图13 细部标准组合最大剪应力（单位：MPa）

综上，该节点正应力、剪应力均满足规范要求。

3.5 桥梁抗震

该工程桥址处地震基本烈度为6度，地震动峰值加速度为0.05g，抗震按丁类设防，抗震措施按6度设计。

具体的抗震措施为支座采用拉索抗震防落梁支座，支座垫石控制在10 cm之内，梁端与盖梁边缘的长度满足《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ 166—2011）相关要求。

4 结 语

中央人行景观桥造型大气、线形优美。该桥采用“天际线”空间拱造型，有别具一格的景观效果。其结构形式以连续钢箱梁为主体，横向连接系连接左、右幅主梁，通过立柱支撑空间拱。不同于常规的景观桥，其施工简便、造型别致、性价比高，具备在工程界得到越来越多推广与应用的潜质。本文以黄石奥体中心中央人行景观桥为背景，简单阐述了该桥的景观造型构思、结构实现思路及理论计算方法，为类似工程设计提供参考。