异形景观人行桥梁的研究与设计

钟玉平

深圳市综合交通设计研究院有限公司，广东 深圳 518000

城市人行桥梁不仅需要满足居民通行需求，更需要满足人们对美好生活的向往，城市人行桥梁逐渐从通行载体向城市家具、历史和人文环境的载体过渡，促使城市人行桥梁设计逐渐从追求经济向追求美观过渡。因此，城市人行桥梁设计应充分结合现状条件、周边环境、挖掘历史及人文信息，打造功能完善、景观效果与周边环境协调统一的艺术作品。文章以深圳市某座滨海人行桥梁设计为例，阐述城市景观人行桥梁方案的设计思路及异形桥梁的结构设计方法，具有一定的参考价值。

1 工程概述

案例桥梁位于深圳市坝光生物谷，白沙湾路项目K2+882～K2+928规划人行道范围内，生长有红树科植物——秋茄群落。依据原设计方案，将对项目红线范围内红树进行移植。但是，考虑到红树移植存活率低，且红树移植过程对周边生态环境破坏较大，经科学论证，充分听取行业专家建议后，为保护植物多样性，坚持“金山银山不如绿水青山”的可持续发展原则，拟采用桥梁形式跨越现状秋茄群落。

2 设计方案

2.1 设计思路

该桥梁为保护红树而设置，且为海滨桥梁，红树所处滩涂范围内随处可见螃蟹、贝壳等生物，周边环境优美。桥梁修建后该处必将成为人们嬉戏游玩之处。因此，该桥梁方案不仅需要满足行人通行需求，也需要起到保护红树的作用，还需要为行人提供驻足、休憩、欣赏周边风景的场所。

2.2 景观造型

该桥梁被命名为“珍贝桥”，以周边环境为依托，采用贝壳为设计元素，提取海洋浪花作为桥面镶边，倡导人与自然和谐共处，警醒人们保护红树，呵护自然，保护环境。

桥梁共设置2处供行人休憩的石凳，中间石凳设置种植槽，作为桥面景观点缀。内侧桥面铺装采用山樟木，外侧采用夹胶玻璃，不仅能提升游客的体验感，更能满足桥下红树生长所需的光线需求，保证红树的光合作用，实现人与自然的和谐共处。桥梁效果图如图1所示。

图1 桥梁效果图

珍贝桥上部结构采用1×24m简支钢箱梁，下部结构采用重力式桥台，基础采用钻孔灌注桩，全宽为3.5～10.2m，内侧（靠机动车道侧）悬臂长1.25m，外侧（靠滩涂侧）悬臂最大长度为3.7m，主梁采用Q345qC钢板。桥梁最宽处横断面如图2所示。

图2 桥梁最宽处横断面图（单位：cm）

3 结构设计

3.1 结构建模

采用Midas Civil程序建立空间板单元模型进行计算。由于桥梁造型奇特，桥宽变化范围大，为模拟实际情况，钢箱梁各板件均按实际位置建立板单元，网格划分最大边长不超过0.3m。支点横向均设2个支座，支座间距为2.66m。模型共计9971个节点，12949个单元，模型如图3所示。

图3 板单元计算模型图

3.2 设计荷载

（1）恒载：钢材容重为78.5kN/m3，填充铅砂容重为114kN/m3，填充混凝土为容重24kN/m3。

（2）人群荷载：依据深圳市《人行天桥和连廊设计标准》（SJG 70—2020）（以下简称《设计标准》）第3.0.7条，取5.0kPa。

（3）风荷载：依据《设计标准》第3.0.7条，基本风压取37.5m/s。

（4）安全等级：依据《设计标准》第1.0.4条，取一级，结构重要系数为1.1。

3.3 主梁应力验算

对桥梁结构进行承载能力验算，主梁顶底板在基本组合下正应力云图如图4所示。由图4可以看出，顶板最大压应力为162Mpa，发生在跨径约为1/3位置的悬臂板处，该处底板最大拉应力为164MPa，小于规范容许值275÷1.1=250MPa。

图4 基本组合顶底板正应力云图

主梁腹板在作用基本组合下的剪应力云图如图5所示。由图5可以看出，腹板最大剪应力为97.3Mpa，发生在大悬臂侧支座处，小于规范容许值160÷1.1=145.5MPa。

图5 基本组合腹板剪应力云图

3.4 刚度验算

主梁在人群荷载作用下的位移如图6所示。由图6可以看出，最大位移为31mm，发生在跨中最大悬臂处，满足《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）第4.2.3条所规定的小于48mm的要求。

图6 人群荷载作用下最大竖向位移图

主梁在恒载作用下的最大竖向位移值为29mm，依据《公路钢结构桥梁设计规范》第4.2.4条规定设置桥梁预拱度，取恒载+0.5×活载=29+0.5×31=45mm。

3.5 结构动力验算

将相应荷载转化为质量，对该桥梁进行特征值分析，自振模态如图7所示。由图7可知，桥梁自振频率为3.4Hz（＞3Hz），满足《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ 69—1995）（2003局部修订版）的相关要求。

图7 主梁振动模态图

4 结论

通过该异形景观人行桥梁设计与研究得出以下结论：

（1）该景观人行桥梁造型新颖，立意深远，较好地体现了人与自然和谐相处，并警醒人民爱护环境，保护海洋；

（2）主梁结构的强度、稳定及变形等指标相对合理，满足相关规范的设计要求；

（3）通过板单元建立钢箱梁模型虽然相对复杂，但能较好地反映异形结构的受力情况，便于发现桥梁设计方案的薄弱点并及时进行修改完善。