一座九曲桥的设计

摘要：上海某桥由于小区沟通需要，设计成了一座九曲桥。该桥采用钢梁上面铺木板，在景观上轻盈、美观、自然、新颖。港门河桥采用直角打折的形式，其总体布置，节点构造设计具有一定的特色。

关键词：九曲桥：有限元：钢结构：节点构造

中图分类号：U442.5

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2010)06-0162-03

1　概述

中国的古典园林中，很多曲曲折折的小桥，称为九曲桥，给园林增加了很多生趣，上海的城隍庙那里就有一座(如图1)。现代城市里，考虑到功能和景观需要，也需要这样的曲折小桥。在上海嘉定工业区，由上海浦东发展集团开发的小区，就碰到这样例子。这个新开发的小区有别墅，有普通商品房住宅，小区对面一河之隔的是一个已经建成的小区。为了连接已建成小区的既有道路和新开发小区的公共服务设施用房，需要跨越这条港门河，由于桥台位置偏差，该桥需要在河中行走。港门河笔直，河口宽12m，已建有驳岸，　(如图2)。

2　设计方案比选

由于港门河桥是连接两个小区，且非垂直河道过桥。因此该桥需要做成折线形式。从布置上来说，主要有三种形式(图3～图5)。

根据建设方最初设想，采用方案一，即桥沿着河边走，在中间横跨河道。业主组织踏勘现场后。设计人员提出来主桥从河道中心走的方案。由于该河道不通航，没有船行要求。经过河道管理部门允许，采用主梁及桥墩设置在河道中央的方案。这样，这座人行桥，可以有较为灵活的处理，在结构上可以尽量做到新颖美观。在处理上又有方案二和方案三两种。其中方案二是采用直角转弯，方案三采用135度角过渡，并在转角处倒圆弧。形成较为顺滑的线条。经过设计组成员和建设方的讨论，决定采用方案二，方案三因为设计和施工稍显麻烦而被放弃。

3　结构设计

3.1　总体布置

根据景观构思，港门河桥设计力求轻盈，美观，自然。桥面采用木板形式，该桥主梁采用钢结构，上面铺木板。该桥仅为人行，故可以采用木质桥面板，比混凝土桥面更为自然、生态、宜人，且木板之间有缝隙可以看见水面，是一个很好的行走和休闲、观光场所。由于桥面宽为250mm(栏杆)+1500(人行道)+250mm(栏杆)=2000mm。由于桥面木结构自身受力需要，钢结构采用三道工字形焊接钢梁。这样桥面木板的跨径仅为700mm。为了使得结构轻盈，梁高尽量减小，这里钢梁高采用500mm。三道腹板之间用横隔板相连，保证横向的连接和稳定性。桥在打折处均采用直角。

梁底标高为4.3m，桥面标高为4.95m，而地面标高为3.9m，故采用梯道上桥。由于12m宽河口已建有驳岸。对于驳岸的处理，一种思路认为应该将桥台埋人驳岸，一种思路认为应该将桥台做在河道中。后者显然不合适，前者需要破坏既有驳岸，而且桥台和驳岸连接需要处理好。这里设计采用将桥台做在岸上，避开驳岸一个安全距离。

港门河桥在河中间长度为37m，开始设计采用跨径为18.5+18.5m，经过计算应力偏大，而且整体结构横向刚度不足，遂采用三跨布置，即12+13+12m布置。

这样，其总体布置即为，通过梯道上桥后，转弯，行至河中，然后转弯，顺着河道在河中桥面上行走，再拐弯，然后到桥头后，再拐到梯道，下桥。堪称九曲桥，参见图13的效果图。

3.2　关键节点构造设计

港门河桥，由于在河中直角打折，拐角的节点构造成了一个值得探讨的问题。设计者最开始考虑采用如图8所示的形式，即在三道钢梁拐角处设置横隔板。经过计算，若采用三支座或两支座，则靠近拐角外侧的支座脱空，只好采用一个支座，将该支座置于中间主梁处。经过计算，该横隔板的应力很大，两边梁的力通过横隔板传到该支座，使得横隔板受力复杂，同时45度斜交焊缝受力极为不利。因此对于这样的直角拐角，如何设计该处构造，确实比较麻烦。设计人员根据力学规律，经过思考分析，并经过有限元软件计算，发现采用图9所示的构造就能解决问题。该构造采用“田”字形，在中心处设置支座，既避免了设置多个支座造成支座脱空的情况。又使得传力均匀，合理，腹部相接均为直角，对于焊缝性能有利。同时在构造上优美，达到了力学和美学的统一。

采用该节点的设计以及前述的总体布置，利用空间有限元程序MIDAS进行受力分析。结构在恒载+活载的组合作用下总体受力效应见图10～图12。可以看出该桥的受力具有明显的空间特点，而且具有弯扭耦合效应，该结果应力满足钢结构规范要求，说明设计合理。

6　结语

该桥由于沟通需要，同时受到地形位置的限制，需要桥梁既要跨越河道同时又要沿着河道走。为了解决这个问题，作了一些方案比较。最后选取了直角的九曲桥形式。设计者对于该桥的总体布置，拐角处节点设计做了介绍。该桥轻盈，美观，采用木质桥面板，与人具有很好的亲和感，与周围幽静的别墅以及平静的水面融为～体，给人一种心旷神怡的感觉，是一个休憩、观光及行走兼备的桥梁。在线形上，该桥几次折线通过，曲径通幽，别有一番情致。该桥的节点设计将工字钢梁构成田字形，并在中心设置一个支座，使得传力合理，并满足要求。该桥的设计可供类似设计情况参考，并作抛砖引玉，以期有更多更忧美更合理的设计出现。