天津蚌埠桥钢箱与网格状纵横拱刚度匹配性能研究
摘要：天津蚌埠桥为平面反对称空间梁拱组合结构，桥与辅桥之间设置三维空间的纵横拱网格状结构以将其分离开来并提供相关支撑，其构思精细巧妙、造型独特新颖、结构受力及构造处理复杂。
关键词：纵横拱网状结构 主桥钢箱与网格状纵横拱刚度匹配性能 空间梁拱组合体系
1 工程概况
蚌埠桥起点为蚌埠道与解放南路交口，上跨海河西路、海河以及海河东路后与六纬路平交，为城市次干路。主桥长192米且与河道正交。设计标准为汽车城A级；人群荷载，整体分析2.4kN/m2。
蚌埠桥规划为机非混行桥，机动车双向4车道。桥梁考虑人行过河，在主桥两侧设辅桥作为观光人行道，并通过梯道连接至河道两侧的带状公园。桥梁的平面设计成反对称结构，主桥结构和两侧行人辅桥结构由空间纵、横拱网状构造支撑并提供连接。整体上桥梁横向可依次划分为：人行辅桥、纵横拱构造、主桥、纵横拱构造、人行辅桥。其主桥宽23.5；辅桥净宽各3米。
图1 桥梁横断效果图
主桥与辅桥中间的两部分为空间纵横拱网格结构。这里凹形的纵横拱区域得到了最大程度的利用，一个连接主桥人行道的平台、经数阶后又一个连接辅桥的平台，该梯道呈喇叭孔状延伸至此岸的亲水平台与带状公园，从而解决了主桥和辅桥游人达到不同河岸公园的需求。 2.桥型设计特点
主桥为单箱多室钢箱梁结构，辅桥为悬臂挑梁结构。桥梁的主要承重由设置在主桥和辅桥之间的两组（主桥两侧各有一组）三维空间网状结构实现。每组三维空间网状结构均包括：连接主桥和辅桥的挑梁及3道纵拱、17道横拱。
图2 桥型布置（立面、断面）
3.主桥钢箱与网格状纵横拱刚度匹配 3.1 主桥钢箱调整
蚌埠桥结构造型新颖、受力复杂，结构总体上由正交异性板主桥钢箱梁体、纵横拱及挑梁构成的网格结构和辅桥梁格构成。辅桥梁格可视为主桥和网状格构的悬臂结构，其受力比较简单；而主桥梁体和网状格构则为全桥的主要承载和传力结构。为了使结构更加轻盈通透、增强景观视觉效果，网状格构构件做得比较纤小，纵拱和横拱截面都尽量利用材料本身的承载能力，挑梁也是根据受力的特点采用高度变化的截面，以获得纵横拱与挑梁采用较佳的刚度匹配。因此，从全局上讲，主桥梁体与由纵横拱及挑梁共同组成的网格结构的刚度匹配对于结构整体受力来说显得格外重要。改变梁体的刚度对景观影响较小且对改善整体受力影响较大。下面是梁体优化前后的断面形式（优化后的断面形式对结构景观影响不大且更易施工操作）和一部分结果比较。由下面的应力结果表明，采用优化后的截面形式，主桥梁体、网格构造的应力水平均明显降低，仅恒载作用下即可降低10~20Mpa（在不利活载累加作用下将降低达35~50Mpa）。
3.2 自振特性的优化
钢箱梁优化后，我们比较了优化前后结构的自振特性。分析结果表明，由于增强了主桥梁体的刚度，结构整体刚度显著增强，结构基频较优化前提高约20%，相应模态的振型质量参与系数也有所提高。结构的某些较不利的振动模态也推迟或减少出现，这对改善结构的动力性能也是具有一定好处的。
图2 一阶模态（优化前、后） 4 结语
蚌埠桥作为这一趋势的尝试与探索，取得了一定的经济和社会效益。蚌埠桥为平面反对称空间梁拱组合结构体系，其纵横拱网格结构与主桥连续钢箱和辅桥梁格提供连接及刚度的匹配为该桥的重中之重，特殊的结构造型导致其受力十分复杂，加之桥体的特殊线形等诸多方面，都给结构的加工制作及桥体线形的控制带来极大难度。通过优化设计，拱的应力，有效的控制了变形相比减小量工作量，保证了工期，节约成本。随着社会的发展和人们对环境与审美的不断提升，桥梁建设突破了传统理念的束缚，逐渐向新型、景观等多方向发展，计算算机辅助应用技术的发展和结构计算分析理论的逐步完善，各种与环境、美学景观融合的复杂桥型的建设已成为可能，建成的蚌埠桥已经成为天津市的一处靓丽景观。
天津蚌埠桥钢箱与网格状纵横拱刚度匹配性能研究
