“希夷之大理”彩虹桥采取大跨度空间钢管桁架构造体系，桥主体构造跨度220米，构造总高度为33.15米。系统地先容了大理彩虹桥钢构造设计过程，进行了空间管桁架独立支撑构造体系和空间管桁架-拉索构造体系的剖析比较。
为减少空间拱构造造成的刚接支座水平推力，采纳了在上部钢构造施工过程中对支座边界条件调度的处理方案，并以支座变形作为打算条件对主体构造重新进行有限元打算，结果表明，此时支座水平推力有了大幅减少。
关键词：空间管桁架；拉索构造；空间管节点；构造优化；有限元剖析。
1、工程概况
“希夷之大理”彩虹桥居于苍山洱海之间、大理古城之角，形成“一桥飞架南北，天堑变通途”的意境，形成大理古城新地标景象。彩虹桥与旋转天棚结合起来，通过水面的倒影，形成一个眼睛形象，通过灯光效果和视频效果渲染，形成一个魔幻的超现实的景象（图1）。“希夷之大理”彩虹桥通过眼睛的空灵理念形成梦幻的视觉冲击力，同时彩虹桥也是舞台装置（水雾、视频、灯光等）的主要支撑构造。
彩虹桥主体构造外跨度222m，内跨为153m，内拱高度30m，构造总体高度为32.55m，为多装置凑集支点：水幕管道、维亚吊装、灯光支架、视屏投影幕。彩虹桥附属设备包括检修马道、灯光桁架及吊杆基座。投影幕采取索膜构造张拉固定在大跨度钢桥构造主体上。
图1 “希夷之大理”彩虹桥水雾视频迷雾效果图 (彩虹桥钢构造设计)
2、园地工程地质条件
工程所处区域地处大理断陷盆地边缘地段,地形较平坦，属冲洪积台地地貌形态。拟建场地位于8度抗震设防烈度区，属强震区；园地地面相对高差1.78m，未创造古河道、暗埋的塘浜等，建筑抗震地段属可进行培植的一样平常园地。
表1 土层紧张物理力学指标
3、钢构造设计
3.1 构造体系与支配
彩虹桥主体构造外跨度222米，内跨为153米，内拱高度30米，构造总体高度为32.55米，工程所在地区地震基本烈度为8度，构造抗震设防分类为标准设防类。拟采取采取大跨度空间钢管桁架构造体系。个中主立管断面尺寸为∅1020x25；主腹杆断面尺寸为∅500x16；次腹杆断面尺寸为∅402x16。彩虹桥构造支配平面图见图2，彩虹桥构造支配正立面图见图3，彩虹桥构造支配侧立面图见图4。
图2 彩虹桥构造支配平面图 (彩虹桥钢构造设计)
图3 彩虹桥构造支配正立面图
图4 彩虹桥构造支配侧立面图 (彩虹桥钢构造设计)
彩虹桥附属设备包括检修马道、灯光桁架及吊杆基座，采取斜钢拉杆与主体桁架连接的办法固定，斜钢拉杆断面尺寸为∅203×6。投影幕采取索膜构造张拉固定在大跨度钢桥构造主体上。彩虹桥马道支配剖面见图5。
图5 检修马道与斜钢拉杆支配剖面图
3.2 荷载取值与组合支配
打算时考虑了却构恒载、活载、水平地震浸染、温度浸染等荷载，并考虑了活载的不利支配。
考虑到主体构造露天，桥面没有有效的保温隔热方法，在阳光直射下，构件温度变革大，因此设计打算中考虑了±30℃温差。
3.3 构造方案比较剖析
设计中对以下两种构造体系进行比较剖析：
（1）空间拉索-管桁架构造体系（见图6）。为平衡钢索拉力，另建5座钢构造固定塔，以固定5组钢索。钢构造固定塔有限元打算模型见图7。
（2）空间钢管桁架构造体系。为增强构造整体稳定性，减少变形，将桥体上表面宽扩大2m，钢管桁架高度增加1m。空间钢管桁架构造体系有限元打算模型见图8。
图6 空间索-管桁架构造体系ANSYS有限元打算模型
图7 钢固定塔
图8 空间钢管桁架构造体系ANSYS有限元打算模型 (彩虹桥钢构造设计)
采取繁芜多、高层建筑构造剖析与设计软件PMSAP与SAP2000及ANSYS对主体构造进行空间剖析打算，两种构造体系方案有限元打算比较结果见表2。
表2 两种构造体系方案有限元打算结果比较
空间索-管桁架和空间钢管桁架两种构造体系方案紧张断面和用钢量技能经济比较见表3。
表3 两种构造体系方案紧张断面和用钢量比较
有限元打算剖析结果表明：空间索-管桁架和空间钢管桁架两种构造体系均可以知足规范哀求。与空间索-管桁架构造体系比较较，空间钢管桁架构造体系具有总用钢量低、施工方便的特点。经与演艺创作组和业主反复协商，为提高园地利用率，决定将5组钢索和5座钢构造固定塔取消，彩虹桥主体构造采取空间管桁架独立支撑构造体系，同时从提高对不雅观众视觉冲击角度考虑，导演哀求主立管直径从1020改为1200。
4、根本设计与钢构造支座边界条件磋商
4.1 桩基设计
彩虹桥根本设计采取人工挖孔贯注桩。人工挖孔贯注桩桩端紧张持力层为第②3圆砾层，桩长10m，桩直径1000mm。单桩竖向承载力特色值1800kN，单桩抗拔承载力特色值1000kN，单桩水平承载力特色值380kN。
图9 彩虹桥桩基平面支配图 (彩虹桥钢构造设计)
4.2 钢构造支座边界条件
彩虹桥人工挖孔贯注桩施工过程中，由于圆砾层中地下水渗透性强，孔内出水量大，施工单位未按设计哀求做好排水方法，导致在人工挖孔至7.5m旁边时涌现大量流砂塌孔。
此时若采纳重新组织施工排水方案以知足设计的10m桩长，或者采纳补桩方案，不仅造价高， 而且施工工期长。为此，根据现有成桩有效桩长竖向和水平方向承载力，进行桩基设计和上部钢构造支座边界条件调度，以缩短工期，节省投资，成为本工程桩基设计调度的难点。
（1）单桩竖向承载力问题。原设计桩长10m，单桩竖向承载力特色值1800kN。实际施工后现有成桩有效桩长7.5米。本工程桩基数量由水平承载力掌握，经核算，有效桩长7.5m桩竖向承载力已能知足哀求。由于人工挖孔贯注桩底部的浮砂层在施工过程无法清理干净，对全部桩基均采取桩底高压后注浆法进行处理，以担保人工挖孔贯注桩的桩身承载力和减少沉降。
（2）单桩水平承载力问题。原设计桩长10m，单桩水平承载力特色值380kN。实际施工后现有成桩有效桩长7.5米，单桩水平承载力已不能知足设计哀求。
为减少空间拱构造造成的刚接支座水平推力，采纳了在上部钢构造施工过程中对支座边界条件调度的处理方案：桥主体构造左侧部分支座采取固定连接节点，将右侧钢柱脚底板圆形地锚栓孔改为长圆形，上部钢构造安装后许可右侧支座在拱构造自重浸染下水平移动30mm。
以支座位移30mm作为打算条件，采取SAP2000对主体构造重新进行有限元打算，结果表明，此时支座水平推力有了大幅减少。现有桩数量和成桩有效桩长7.5m已能知足受力哀求。
5、结语
1）彩虹桥主体钢构造对空间索-管桁架和空间钢管桁架两种构造体系方案进行了比较，并采取SAP2000及ANSYS有限元软件分别进行了不同荷载工况下的受力剖析，剖析结果表明，空间索-管桁架和空间钢管桁架两种构造体系均可以知足构造承载力和正常利用哀求，与空间索-管桁架构造体系比较较，空间钢管桁架构造体系具有总用钢量低、园地利用率高、施工方便的特点。同时为增强构造整体稳定性，减少变形，空间钢管桁架独立支撑构造比索-管桁架构造应采取更大的断面尺寸。
图10 彩虹桥桩施工现场 (彩虹桥钢构造设计)
2）为减少空间拱构造造成的刚接支座水平推力，采纳了在上部钢构造施工过程中对支座边界条件调度的处理方案，并以支座变形作为打算条件对主体构造重新进行有限元打算，结果表明，此时支座水平推力有了大幅减少。根据现有成桩有效桩长竖向和水平方向承载力，进行桩基设计和上部钢构造支座边界条件调度，缩短了工期，节省了大量投资，保障了工程的顺利进行。
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