第３６卷第１６期 ２ ０ １ ０年６月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＵＦＵＲＥ ＶｏＩ．３６ Ｎｏ．１６ Ｊｕｎ．２０１０ ・３３１・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１０）１６—０３３１—０２ 某斜腿刚构桥的设计与结构受力分析 邓平跃 陶纳川 摘要：结合张家浜斜腿刚构桥的特点，对该桥的设计进行了介绍，并重点分析了其独特的结构受力特点，将结构分为三 角刚架和挂孔两部分，重点对三角刚架的受力行为进行了探讨和计算分析，以期为施工图绘制和工程建设奠定基础。 关键词：斜腿刚构，挂孔，景观桥梁，结构受力分析 中图分类号：Ｕ４４８ 文献标识码：Ａ １项目概况 处采用挂孔，不传递水平力和弯矩，只传递竖向力。因此为了实 必须针对具体结构分析其受力特 上海浦东锦康路张家浜桥位于浦东陆家嘴地区，北依上海科 现独特的建筑造型和结构处理，形成混凝 技馆和浦东新区区，南至逸飞创意产业街，东接世纪公园，西 点。其总体结构受力特征为：边跨采用Ｖ形斜腿刚构，邻杨高南路。根据规划，张家浜创意街区段“应突出桥梁现代气 土的三角刚架，三角刚架伸出牛腿，以支承主跨钢箱梁。因此主 息，且桥梁应加强张家浜滨水游憩景观意象力与可识性”。经过 跨钢箱梁应该视为简支。该斜腿刚构的Ｖ形三角刚架由上部桥 边斜腿和中斜腿相互刚接组成，边斜腿兼作挡土墙用。 多次的方案比选，演化、深化，最终选定张家浜桥为带景观拱的ｖ 面板梁，该斜腿刚构由于三角刚架采用牛腿搭接中孔钢箱梁，因此在 形斜腿刚构桥，如图１所示。 结构计算时，挂孑Ｌ应作为附属结构，可作为简支梁计算其受力，然 后将其解除，计算主体结构时，可将附属结构的反力施加于主体 结构。主要荷载分为两部分，一部分是刚架自身处荷载作用，一 部分是挂孔传来的竖直集中力。自身部分荷载作用下该结构为 刚架结构，受到挂孔力部分也应看作刚架受力，若看作桁架，则为 机动体系。基于此，结构受力较为不利，弯矩很大。由于主跨挂 图１ 锦康路张家浜桥效果图 孔对于刚架只有竖向力作用，水平方向主跨和边跨无约束，因此 不传递水平力，故而三角刚架不受水平力作用，对于上海软土地 基减小了不少压力。但挂孔传给刚架的竖向力会对刚架产生较 大的弯矩，对下部结构亦产生弯矩，因此承台较大，桩基数量较 多。本桥无桥台，边斜腿可以兼作挡土墙用，其土压力应该按主 动土压力计算。 ２结构总体布置 张家浜河道河底宽度２０ ｍ，两岸各６ ｍ防汛通道，河道常水位 ２．５ ｍ，通航净宽１８ ｍ。桥梁上部结构采用１４．叭ｍ＋２７．１８ ｍ＋ １４．０１ ｍ的带钢箱梁挂孔的无桥台钢筋混凝土Ｖ形刚架桥结构 形式，横断面一幅式布置，桥梁全宽２４。５ ｍ。两边跨采用现浇混 凝土ｖ形刚架斜腿刚构，主跨采用钢结构箱梁挂孔。在挂孔上设 置刚架拱作为装饰，形成的整体效果见图１。Ｖ形墩由主梁、中斜 腿、边斜腿三部分组成。主梁采用横向４片肋板式，各片箱梁底 宽３．７ ｍ，横向净距２．４ ｍ，边斜腿考虑结构受力及构造需要，全 断面等宽布置，中斜腿与四片梁肋对应，分成四片，且上宽下窄。 Ｖ形刚构两斜腿下设置承台，桥梁下部采用钻孔灌注桩基础。 ３结构受力特点 ［１］中第４３３页的ｖ形桥墩连续刚构桥和将直腿改为斜腿的可称 图２ 三角刚架有限元模型 本桥造型新颖，结构受力独具特点。传统的斜腿刚构有文献 ４结构计算分析 根据上述对结构的认识和理解，利用Ｍｉｄａｓ软件建立空间有 斜腿刚架桥。文献［２］中第３９０页提到的无桥台斜腿刚架桥，其 限元模型进行计算（见图２）。首先计算挂孔受力，将钢箱梁横向 主跨和边跨是连续的，亦不同于其第３９３页提到的设置铰的情 分成四片，利用梁格法进行计算。而后根据计算结果得出单片钢 况，使用铰实际上在构造上很难做到，因为要传递水平力。而本 箱梁结构反力，在三角刚架计算时，将其施加到相应牛腿部位。 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｙｐｉｃａｌ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ ａｒｃｈｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ＹＡＮＧ Ｃａｎ ＯＵＹＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｚｈｅｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ａｎｄ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ０ｎ ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｉｎ ａｂｏｕｔ ｔｅｎ ｄｏｕｂｌｅ ａｒｃｈｅｄ ｂｒｉａｇｅｓ ｉｎ Ｊｉａｎｇｘｉ ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓ ｃｏｎ ｃｌｕｄｅｄ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ａｒｃｈｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｄｅｆｅｃｔｓ，ｐｒｏＩｍｓｅｄ ｔａｒｇｅｔｅｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｎｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ ｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ，ｓｏ ａｓ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｄｏｕｂｌｅ ａｒｃｈｅｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｎｏｒｍａｌｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｏｕｂｌｅ ａｒｃｈｅｄ ｂｒｉｄｇｅ，ｔｙｐｉｃａｌ ｄｅｆｅｃｔｓ，ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ 收稿日期：２０１０ ０２—０７ 作者简介：邓平跃（１９８０ ），女，硕士，工程师，ｌ：海浦东建筑设计研究院有限公司，上海陶纳川（１９８０一），男，助理工程师，天津市天政基础设施建设有限公司，天津２０１２０４ ３０００７４ ・ ３３２ ・ ． ． ２第３ ０ １６卷鍪１ ０ ６年 月６鲁 山 西 建 筑’“ 从结果可以看出，桥面板梁为拉弯构件，边斜腿和中斜腿均 三角钢架在承台底视为固结。 一＼ ～ 短期效应组合作用下三角刚架各部分的上下缘最大、最小应力， 如图３－－图６所示。 珏 由于三角刚架主要承受刚架自身处荷载作用和挂孔传来的 为压弯构件。组合荷载作用下，边斜腿由于自重弯矩和挂孔荷载 ∞ 竖直集中力，又根据规范要求，将永久荷载和可变荷载组合，得到 的弯矩的叠加抵消效应，弯矩较小，其压应力在３ ＭＰａ内，拉应力 毋 ０～ ．《 脚 在２ ｍＰａ以内。组合荷载中斜腿的弯矩则较大，尤其在脚趾处， 存在较大的负弯矩，为４ ４４８ ｋＮ。其应力图也可看出，脚趾处应 一 力也较大。因此，该处设计应该引起重视，加强构造措施和配筋。 。＝ ￣ｄａｓ／ＣｉＩｖｉｌ Ｈ Ｈ 唑 ， 组合２（ Ｙ，＋ ） 桥面板由于为拉弯构件，可以设置预应力。 ＩｖＭａｓ／Ｃｉｖｉｌ Ｒ 硝 ０ ｔ ；＝＝＝＝＝＝＝＝＝：：＝＝＝＝＝＝＝：＝＝＝＝＝一 芝 Ｉ１１＿．ｌ２２７４２ ９６ｅ＋＋０００ 翳９ ７６９ ５４ｅ＋０００ 墨８ ２８９ ５０ｅ＋０００ Ｈ１州ＳⅡ 竺 —６ ８０９ ４７ｅ＋０００ 组合３（ ，一 ） ３ ９９４１２ｅ＋０００ ｝２ ６５１ ２０ｅ＋０００ Ｉ１ ３０８ ２８ｅ＋０（１ｏ ｌ０ ０呻００ｅ＋０００ ｝一１ ３７７Ｙａｅ＋０００ ｝一２ ７２０ ４８ｅ＋０００ 兰ｆ 蔷５．３２９ ４３ｅ＋０００ ３ ８４９ ４０ｅ＋０００ 銎２ ３６９ ３７ｅ＋０００ 阻８ ８９３ ３２ｅ一００１ ｇｉ：；０ Ｉ）０：０躅 ０啦＋０００ ㈣７７ｅ ｔ０００ Ｏ￣ｔｍｘ：标准组台 ＭＡＸ：１９ ：２７ ｝一４ ０６３ ＋０００ ｝一５ ４０６ ３２ｅ＋０Ｏ０ ；一６ ７４９ ２５ｅ＋０００ ｌ一８１１７９２１７ｅ＋０００ 文件：ｖ形桥墩无台～ ～ 单位：Ｎ／ｎａｎ 表示一方向 Ｘ：～０ １３８ ． ｌ一９ ４３５ ０９ｅ＋０００ ｌ一１ ０７７ ８０ｅ＋００１ ａ ：标准组合 Ｘ：“ Ｍ ：１９ ｙ：～０ ９８１ Ｚ：～０ １３９Ｔ 扣 文件：ｖ形桥墩无台—ｆＥ～ 单位：Ｎ／ａｒｍ－ 图３ 短期效应组合作用上缘最大应力 ／ｖｔｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ Ｈ 讽 妇 Ｌ 图６ 短期效应组台作用下缘最大应力 组合１（一Ｙ，＋ ） ｅ＋０００ ５６．０４９８６ＩＯ，５Ｌ＃一＋ｏ０ｌＯ１ ４２ｅＯ传给下部桩基的反力有３ １６８ ｋＮ・ｍ的弯矩，由于每片梁的 下部反力由６根桩承受，桩间距均为２．８ ｍ，根据群桩的受力计 １ ｏ ～～１，９ ２．１ 三 兰 。。。３．２０ ４ ５ ４ｅ＋￣ｄ０ ｂ ： ｌＩ 乏 萱二算，则弯矩产生的桩基反力为： ｘ ３ １６８＝２８２ ｋＮ，相对很 ＣＰｘｌ／Ｄ标准组合 № ，户 ≯ ＾ Ｘ：１９ Ｍ ：２７ 。。。。６ ０９ｅ＋２． ４８。拟¨。。。３８２ ９７ｅ＋０００ ４．二．Ｏ一＾‘｝ ０￣０ 小，说明桩基承担此弯矩没有问题。不过由于弯矩的存在，使得 下部桩基数量较多。从计算结果可以看出，挂孔对三角钢架不产 生水平力，也验证了前述定性分析。 文件：Ｖ形桥墩无台一Ｈｚ～ 单位：Ｎｋｍａ＂ Ｘ ：０．５结语 本文介绍了位于逸飞创意街和上海科技馆之间的锦康路张 家浜桥的设计，对其建筑造型进行了描述，然后重点分析了其独 表 ｙ：一ｏ 蠢９１３８８ ｌ Ｌ Ｌ Ｚ：一０１３９ 示图４ 短期效应组合作用上缘最小应力 Ｍ出５／ｃｉⅥｌ 特的结构受力特点，从而为施工图绘制和工程建设阐明了概念。 该桥在方案形成过程中，以结构受力来服从建筑造型的需要，但 同时也在造型既定的情况下不断优化结构受力。采用挂孔，避免 了中跨对三角刚架基础形成水平推力的问题，适应于上海的软土 。。 墅望 望 日 ＳⅡ ３． １７７ ７０ｅ＋０００ ＝蓦 蝴 地基。采用钢箱梁，大大减轻了挂孔自重，从而对三角刚架形成 尽可能小的外部弯矩作用。桥下三角刚架底部设有景观平台，形 、 成独特的休闲水景。本桥沟通了科技馆和创意街，同时在设计上 １． ２０４ ９２ｅ ＋００１ 融科技和艺术于一体，是人类智慧的体现。 参考文献： ［１］范立础．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００１． ［２］上海市政Ｘ－程设计研究院．桥梁设计工程师手册［Ｍ］．北 京：人民交通出版社．２００７． ［３］ 陈燕飞．连续刚构景观小桥设计［Ｊ］．山西建筑，２００９，３５ 图５ 短期效应组合作用下缘最小应力 （１０）：３４１．３４３． Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｏｍｅ ｓｌａｎｔ ｌｅｇｇｅｄ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ ｆｏｒｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＤＥＮＧ Ｐｉｎｇ－ｙｕｅ ＴＡＯ Ｎａ－ｃｈｕａｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｚｈａｎｇｊｉａｂａｎｇ ｓｌａｎｔ ｌｅｇｇｅｄ ｒｉｇｉｄ ｆｌａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｂｒｉｄｇｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｆｏｒｃｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｓｅ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｍｐｏｒｔｎｔａｌｙ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｗｏ ｐａｒｔｓ，ｔｒｉｎｇｌａｅ ｒｉｎｄ ｆｒａｍｅ ａｎｄ ｈａｎｇｉｎｇ ｈｏｌｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｒｉａｎｇｌｅ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｍｐｏｒｔａｎｔｌｙ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｍａｋｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ ｄｒａｗｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｇ ｂｕｉｎｌｄｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｅｇｇｅｄ ｒｉｇｉｄ ｆｒａｍｅ，ｈａｎｇｉｎｇ ｈｏｌｅ，ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｂｒｉｄｇｅ，ｆｏｒｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ
