潍坊白浪河大桥主桥钢结构设计

余 沛，韩守杰，马建宁，周 莉

(1.商丘工学院土木工程学院，河南商丘 476000;2.潍坊滨海经济技术开发区交通运输局，山东潍坊 262737;3.天津市市政工程设计研究院，天津 300051)

潍坊白浪河大桥主桥钢结构设计

余 沛1，韩守杰1，马建宁2，周 莉3

(1.商丘工学院土木工程学院，河南商丘 476000;2.潍坊滨海经济技术开发区交通运输局，山东潍坊 262737;3.天津市市政工程设计研究院，天津 300051)

以在建的潍坊白浪河大桥为依托工程，研究了主桥钢桁架桥梁的设计方法。采用连续钢桁架结构体系，在设计过程中对多个关键位置进行细化，提出钢桁架桥梁设计的要点;利用有限元软件对钢桁架的拼装进行模拟，并且介绍了主桥与摩天轮连接部位的施工顺序。研究结果表明:主桁采用不带竖杆的三角形腹杆体系，可以有效地与摩天轮结合起来，进而提高摩天轮的安全性能，为桥梁与摩天轮的组合提供了全新的设计方法。

桁架桥;腹杆体系;桥梁设计;摩天轮

1 工程概况

潍坊滨海经济技术开发区白浪河大桥工程位于港营路上跨白浪河处，海河路地道工程为白浪河大桥下桥。港营路白浪河大桥主桥跨径布置为45 m+50 m+50 m+45 m的双层桁架桥，全长190 m。上层引桥为5×35 m的钢筋混凝土预应力连续箱梁，单幅桥宽13 m，接上层桁架桥，下层引桥为5×35 m的钢筋混凝土预应力连续箱梁，单幅桥宽6.7 m，接下层桁架桥悬臂结构。

白浪河规划河道底宽500 m，设计堤顶高程为6．13 m，河道边坡1 ∶3，通航水位为2.5 m(按蓄水位)，桥梁要求7级航道通航，双孔通航净空不小于4.5 m，净宽不小于25 m，主桥桥型及摩天轮布置如图1所示。

图1 主桥桥型及摩天轮布置

2 主桥建设条件

主桥距白浪河入海口2 km;河漫滩宽度为600 m，高程在0～0.5 m;主河床宽度为200 m左右，高程在－1.5～0 m。

(1)地形地貌。潍坊滨海经济技术开发区原始地形低洼，河漫滩标高0～0.3 m，主河槽标高－1．0～－1．5 m，两侧岸边地面标高0.9～1.1 m，桥基部位沙沟最深处高程为－7.6 m，一般在－3～－4 m，宽度约250 m，属于滨海沉积平原之古河床。

(2)地质条件。潍坊滨海地处潍坊市北部沿海中部地区，地势西南高、东北低，南北方向平均坡度为1/5000到1/10000，东西方向在一条水平线上，地势平坦，最高海拔 3．5～3．7 m，是第四系全新统的海积地层，属海岸地貌。

(3)气候条件。场区属北温带季风气候区，春季风多雨少;夏季炎热多雨，温高湿大;晚秋少雨;冬季干冷，寒风频吹。

(4)水文条件。本场地环境类型为Ⅱ类，地下水对混凝土结构具强腐蚀性，干湿交替对钢筋混凝土结构中的钢筋具强腐蚀性(长期浸水具弱腐蚀性)，对钢结构具中等腐蚀性，在设计的过程要考虑防腐。

3 主要技术标准

港营路路中线为规划路中线，由于主桥分隔带中间布置有摩天轮，故中央分隔带宽度为0.5～7.8 m。桥梁结构设计基准期为100年，结构设计安全等级为一级;荷载标准为城-A汽车荷载，适用于城市主干路;人群荷载为3 kN·m－2的均布荷载。根据《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 11—2011)，本标段工程抗震设防烈度为7度，地震动峰值加速度为0.15g;桥梁抗震设防类别为乙类，桥梁抗震设防措施等级为8级。

本项目河道通航要求为:通航设计水位2.5 m，双孔通航单侧宽度不小于25 m，净空不小于4.5 m;机动车道横坡为双向1.5%;人行道横坡为1%。摩天轮工程要符合特种结构设计规范。

4 主桥钢桁架梁设计

4．1 主桥横断面布置

考虑到桥梁是集游乐、交通、商业一体化设计，主桥采用钢桁架，分上下2层，人车分流，具体布置如下。

上层桥面:0．5 m(防撞护栏)+12 m(机动车道)+0．5 m(防撞护栏)+7．8 m(中央分隔带/摩天轮)+0．5 m(防撞护栏)+12 m(机动车道)+0．5 m(防撞护栏)。

下层桥面:3 m(人行道及栏杆)+3．5 m(非机动车道)+32．5 m(摩天轮活动区)+3．5 m(非机动车道)+3 m(人行道及栏杆)。

4．2 桥梁结构设计

白浪河大桥主桥上部结构采用连续钢桁架结构，位于摩天轮中心处。桁架桥由上下2层组成，上层为机动车道，下层为非机动车和人群以及摩天轮活动区，采用4片主桁，主桁中心距为11.1 m+9.7 m+11.1 m。

主桁之间通过上、下层的纵横梁连接，上纵梁和上横梁设置混凝土叠合层以传递汽车活载。主桁采用不带竖杆的三角形腹杆体系，底面水平，顶面随纵坡变化，上下弦杆中心高差为4.37～5.27 m，钢桁架梁全高 5.88～6.78 m，如图2、3所示。

图3 主桥立面布置

4．3 桥梁结构组成

钢桁架桥的构件尺寸如下。

(1)主桁上、下弦杆:采用箱形断面，断面尺寸为700 mm×800 mm，板厚 30 mm。

(2)主桁斜杆:采用箱形断面，断面尺寸为700 mm×400 mm，板厚 30 mm;支点附近斜杆加强至700 mm×700 mm，单箱双室，板厚 30 mm。

(3)上横梁:采用工字断面，断面尺寸为600 mm×700 mm，板厚 30 mm。

(4)下横梁:采用工字断面，断面尺寸为600 mm×700 mm，板厚30 mm。

(5)上纵梁:采用工字断面，断面尺寸为440 mm×700 mm，顶底板厚20 mm，腹板厚16 mm。

(6)下纵梁:采用工字断面，断面尺寸为440 mm×600 mm，顶底板厚20 mm，腹板厚16 mm。

(7)桥面板:主桁上弦杆、上横梁、上纵梁上设置剪力键，与上层混凝土桥面板连接，桥面板厚200 mm;下层桥主要为人群荷载，采用 12 mm厚钢桥面板。

(8)桥面铺装:上层桥面采用4 cm细粒式沥青混凝土、6 cm中粒式沥青混凝土、防水层10 cm混凝土。

4．4 主桥钢桁架拼装

主桁架(包括上下弦杆及斜杆、上层纵横梁、下层纵横梁、剪刀撑)均采用龙门吊进行安装。

现场桁架节段的组装采用“卧拼”的组装方法，具体过程如下。

(1)现场将上、下弦杆单元件进行接长焊接，焊接时考虑焊接收缩量，预先将焊接收缩量留在杆件上，如图4所示。

图4 弦杆焊接

(2)上、下弦杆定位时也要考虑斜杆与上、下弦焊接时的焊接收缩量，组装时桁架高度比设计梁高略高，如图5所示。

图5 弦杆定位

(3)斜杆上胎定位组装需翻身焊接，如图6所示。

图6 弦杆组合

单榀桁架纵向划分为7个吊装节段，每个桁架吊装节段在厂内分别制作成杆件单元。桁架杆件单元分为上弦杆、下弦杆及斜杆。杆件单元在现场组装成桁架。其余构件包括上、下纵横梁及人行道纵横梁均制作成杆件单元到现场进行吊装焊接。工厂内制作完成的梁段运输至现场，在现场拼装区内拼装成大节段后采用2台80 t龙门进行安装。主要安装顺序为:4榀主桁架、下层纵横梁、上层纵横梁及剪刀撑。

5 主桥与摩天轮组合体系

摩天轮建于白浪河大桥中央，轮盘直径为125 m。与传统的摩天轮形式不同，白浪河摩天轮采用了创新的固定圆环的结构形式，突破了传统摩天轮中间的辐条形式，轮盘钢环采用流线型的外观造型，体现建筑本体的优美质感，而轿舱将沿着设置在固定轮盘上的轨道旋转，在实现观光轮功能的同时，也成为潍坊滨海经济开发区的地标性建筑，如图7所示。

图7 主桥与摩天轮组合效果

主桥上、下层纵横梁均安装完成后，拆除原有龙门，改装成高腿龙门，用于摩天轮斜腿支撑上部结构的安装。主桥与摩天轮基础组合如图8所示。

图8 主桥与摩天轮基础组合

6 结语

通过对潍坊白浪河大桥主桥及摩天轮组合结构体系进行分析，采用钢桁架结构，分上下2层建设，并增加剪刀撑，提高了主桥的承载力;采用不带竖杆的三角形腹杆体系，上、下横梁采用工字断面，并设置剪力键，提高了桥梁结构的耐久性。通过分析，提出下列设计与施工的建议。

(1)在桥梁设计过程中，应该认真查阅当地的气候条件和水文地质条件，为设计提供参考数据。

(2)在入海口设计建造大直径摩天轮与桥梁的一体化结构时要考虑风荷载和海水的腐蚀性。

(3)结合施工相关安排，合理安排主桥的施工顺序;选取有利的环境条件，可以有效减少风荷载及温度变形产生的应力变化。

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Steel Structure Design of Main Bridge of Weifang Bailang River Bridge

YU Pei1，HAN Shou-jie1，MA Jian-ning2，ZHOU Li3
(1．School of Civil Engineering，Shangqiu Institute of Technology，Shangqiu 476000，Henan，China;2．Transportation Bureau of Weifang Binhai Economic and Technological Development Zone，Weifang 262737，Shandong，China;3．Tianjin Municipal Engineering Design ＆Research Institute，Tianjin 300051，China)

Based on the ongoing project of Bailang River Bridge in Weifang City，the design method for main bridge of steel truss structure was studied．Using the structural system of continuous steel truss，a number of key positions were refined in the design process，and the main points of steel truss bridge design were proposed．The finite element software was used to simulate the assembly of steel trusses，and the construction sequence of the connection between the main bridge and the Ferris wheel was introduced．The main truss that applies a triangle system with no vertical members combines effectively with the Ferris wheel and thus improves the safety of it．The practice provides a new design method for the combination of bridge and Ferris wheel．

truss bridge;web member system;bridge design;Ferris wheel

U442．5

B

1000-033X(2017)09-0055-04

0 引 言

钢桁架桥梁因受力结构合理、施工速度快，被设计人员广泛采用，其一般由吊索、主桥、缆绳、加筋梁和底座组成，目前主要有钢桁架梁和钢箱梁2种形式［1-5］。钢桁架梁在透风性能和抗扭方面有明显优势［6-8］，而钢箱梁的优势在于节省钢材和桥面铺装方面技术已经成熟［9-11］。摩天轮现在主要应用于游乐场所，很少用在桥梁上，2009年建设的天津永乐桥采用摩天轮结构设计［12］，实现了桥梁与摩天轮的组合。

潍坊白浪河大桥采用无轴式摩天轮与钢桁架桥梁合一的模式，主桥为5 m+50 m+50 m+45 m的双层钢桁架桥，全长190 m，桥中央是高138 m的无轴式摩天轮，是世界上最大的无轴式摩天轮与桥梁的组合。本文以潍坊白浪河大桥为背景，研究桥轮合一情况下的主桥钢桁架设计方法及吊装顺序，介绍摩天轮与钢桁架桥轮组合的受力状态。

2017-01-28

河南省高等学校重点科研项目(16A880036);住房和城乡建设部绿色施工科技示范工程项目(S42015026)

余 沛(1982-)，男，河南永城人，硕士，工程师，讲师，研究方向为土木工程施工与管理。

［责任编辑:杜卫华］