某景觀(guān)斜拉橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)

林茂

（天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300122）

某景觀(guān)斜拉橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)

林茂

（天津城建設(shè)計(jì)院有限公司，天津市 300122）

某景觀(guān)斜拉橋?yàn)榫幓ㄋ髅婊⌒武撍崩瓨颍ㄟ^(guò)與常規(guī)斜拉橋進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)編花索面弧形鋼塔斜拉橋設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行論述，介紹了方案設(shè)計(jì)創(chuàng)意過(guò)程、合理成橋索力的判定、斜拉索上下錨點(diǎn)的設(shè)計(jì)等問(wèn)題。

編花索面；弧形鋼塔；景觀(guān)斜拉橋；成橋索力

0 引言

某景觀(guān)橋梁為編花索面弧形鋼塔斜拉橋（見(jiàn)圖1），跨徑布置為100 m+100 m=200 m，橋?qū)?0 m，為鋼梁鋼塔支承體系獨(dú)塔斜拉橋，塔高80 m，梁高2.5 m。編花索面有別于傳統(tǒng)斜拉索布置，構(gòu)思新穎，具有強(qiáng)烈的韻律感和美感?；⌒武撍庑嗡乒⒁庳S富，景觀(guān)效果突出，為城市的地標(biāo)工程。本文根據(jù)該景觀(guān)斜拉橋的特點(diǎn)，對(duì)合理成橋索力、斜拉索的錨固、塔梁受力狀態(tài)等問(wèn)題進(jìn)行論述。

圖1 橋梁效果圖

1 方案設(shè)計(jì)創(chuàng)意過(guò)程

本橋處于中心城區(qū)，長(zhǎng)約200 m，設(shè)計(jì)伊始即定位為城市景觀(guān)橋梁。與常規(guī)意義上的公路橋梁不同，城市橋梁倡導(dǎo)力學(xué)與美學(xué)的統(tǒng)一，景觀(guān)與環(huán)境的協(xié)調(diào)，突出橋梁文化內(nèi)涵和以人為本的設(shè)計(jì)思想?！俺鞘袠蛄骸毙赂拍顝?qiáng)調(diào)，在滿(mǎn)足交通功能的基礎(chǔ)上，也要考慮橋梁的景觀(guān)效果，設(shè)計(jì)原則與理念如下：

（1）安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀(guān)(突出)。

（2）橋型選擇因地制宜，嘗試城市橋梁的多樣性。

（3）融入建筑美學(xué)元素，與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)。

（4）以人為本，強(qiáng)調(diào)人的體驗(yàn)。

除此之外，根據(jù)要求，本橋還應(yīng)表現(xiàn)出以下幾個(gè)方面的特質(zhì)：

（1）造型新穎，具有地標(biāo)性。該地區(qū)新建橋梁應(yīng)該體現(xiàn)一個(gè)“新”字，造型要?jiǎng)e致、新穎；同時(shí)還需要具有一定的地標(biāo)性，展現(xiàn)城市發(fā)展的深刻含義。

（2）象征和平與友誼。橋位處于三省交界地區(qū)，是商品物資的重要集散地，每天迎接八方客人。橋梁應(yīng)具有大氣、開(kāi)放的姿態(tài)，象征著和平與友誼。

（3）增加城市魅力。該橋?yàn)橹腥A民族紅山文化和富河文化的發(fā)祥地之一，修建橋梁時(shí)應(yīng)力求精美，同時(shí)表達(dá)深刻的文化內(nèi)涵，不僅提供方便的交通，而且應(yīng)具有極高的觀(guān)賞價(jià)值及吸引力，增加城市魅力。

（4）展現(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平。該地區(qū)的橋梁還應(yīng)該向國(guó)內(nèi)外人們展示城市的經(jīng)濟(jì)實(shí)力及科學(xué)技術(shù)的先進(jìn)水平。

本著以上思路及原則，根據(jù)當(dāng)?shù)亍安菰埴棥钡奈幕滋N(yùn)，創(chuàng)意“草原雄鷹”的橋梁方案，創(chuàng)意過(guò)程如圖2所示。

本橋采用開(kāi)放式橋塔，橋塔向上伸展，利用將近100 m的高度，聳立云霄，體現(xiàn)市政府改革開(kāi)放的決心，也表達(dá)了對(duì)外開(kāi)放的熱情；橋側(cè)向上伸展的塔柱，宛若張開(kāi)的雙臂，敞開(kāi)懷抱，歡迎八方來(lái)客；為了消除傳統(tǒng)斜拉橋平行索那樣的呆板，使拉索更具時(shí)代特色，通過(guò)有規(guī)則的編排，吊索空間交叉，看似凌亂，實(shí)則有序，整體形成一張順暢、柔美的空間曲面，符合和諧之美。

圖2 橋梁方案創(chuàng)意過(guò)程

2 合理成橋索力研究

在斜拉橋中，斜拉索的存在使橋梁整體設(shè)計(jì)變得復(fù)雜。索力的大小對(duì)結(jié)構(gòu)的影響很大，因此合理地確定索力，使斜拉橋處于合理受力狀態(tài)是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題?，F(xiàn)階段合理成橋索力的優(yōu)化方法主要有以下3種：剛性支承連續(xù)梁法、彎曲能量最小法、彎矩平方和最小法。

本橋與傳統(tǒng)斜拉橋不同，編花索面配合弧形鋼塔景觀(guān)效果突出的同時(shí)，存在承載效率不高的問(wèn)題，如主塔為弧形鋼塔，使得主塔為壓彎構(gòu)件，彎曲效應(yīng)明顯；斜拉索為編花索面，遠(yuǎn)端斜拉索存在與水平向夾角小、豎向分力小的問(wèn)題。因此，從結(jié)構(gòu)體系來(lái)講，本橋更接近于索輔梁體系，有必要研究作用，尤其是恒載作用在索塔和主梁之間的分配比例。

合理成橋索力的判定標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）主塔、主梁及斜拉索的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（2）橋梁總體造價(jià)最低。

以上述兩項(xiàng)判定標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)進(jìn)行試設(shè)計(jì)，按照斜拉索分擔(dān)不同恒載比例進(jìn)行試算，最終得到最經(jīng)濟(jì)合理的成橋索力以及對(duì)應(yīng)的塔梁設(shè)計(jì)參數(shù)。經(jīng)試算，本橋斜拉索分擔(dān)60%恒載重量時(shí)，橋梁總體造價(jià)最低。

3 斜拉索錨固設(shè)計(jì)

本橋斜拉索在順橋向、橫橋向上與塔梁的夾角變化范圍遠(yuǎn)超常規(guī)斜拉橋，近塔端1、2號(hào)斜拉索與豎向夾角為10°、17°，遠(yuǎn)塔端11、12號(hào)斜拉索與水平向夾角為21°、17°，拉索錨固構(gòu)造設(shè)計(jì)較難處理，為便于施工，分別對(duì)斜拉索的上下吊點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，具體如下。

3.1 外置式鋼錨箱上吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

1、2號(hào)斜拉索與主塔豎向夾角過(guò)小，穿過(guò)塔壁錨固存在設(shè)計(jì)及施工方面困難，同時(shí)，1、2號(hào)斜拉索距離主梁中支點(diǎn)較近，斜拉索索力對(duì)減小主梁受力效果不顯著，但由于處于弧形鋼塔的頂端，索力會(huì)大幅增加鋼塔彎矩，因此1、2號(hào)斜拉索設(shè)計(jì)成橋索力較小，約10 t。同時(shí)，從便于施工的角度考慮，采用外置式鋼錨箱錨固，結(jié)構(gòu)組成如圖3所示。

圖3 外置式鋼錨箱上吊點(diǎn)示意圖

3.2 內(nèi)置式鋼錨箱上吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

內(nèi)置式鋼錨箱具有傳力順暢、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于大噸位斜拉索錨固，3～12號(hào)斜拉索成橋索力較大、疲勞應(yīng)力幅值較大，因此采用內(nèi)置式鋼錨箱錨固于主塔，結(jié)構(gòu)組成如圖4所示。

3.3 鋼錨箱式下吊點(diǎn)設(shè)計(jì)

鋼錨箱式下吊點(diǎn)由錨墊板、承壓板、腹板、加勁肋、補(bǔ)強(qiáng)板等板件組成，構(gòu)造受力和傳力機(jī)制明確合理，為傳統(tǒng)的索梁錨固方式之一，適用范圍廣泛，本橋鋼錨箱式結(jié)構(gòu)組成如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

一些特殊結(jié)構(gòu)橋梁具有景觀(guān)效果好、寓意豐富的優(yōu)點(diǎn)，成為城市橋梁的地標(biāo)性建筑，在景觀(guān)效果突出的同時(shí)，帶來(lái)了設(shè)計(jì)、施工中的難題以及整體橋梁造價(jià)上的提高。在城市橋梁設(shè)計(jì)中，如何兼顧美觀(guān)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面成為景觀(guān)橋梁設(shè)計(jì)不可避免的問(wèn)題，本文為編花索面弧形鋼塔斜拉橋設(shè)計(jì)提供借鑒。

圖4 內(nèi)置式鋼錨箱上吊點(diǎn)示意圖

圖5 鋼錨箱式下吊點(diǎn)示意圖

[1]尹德蘭.鄧文中與橋梁——中國(guó)篇[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[2]項(xiàng)海帆.橋梁概念設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，2011.

挪威政府決定建造世界上首條船舶隧道

從1874年開(kāi)始提議建造到獲得批準(zhǔn)正式開(kāi)建，世界上首條船舶隧道的開(kāi)建經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的144年。

經(jīng)過(guò)逾一個(gè)世紀(jì)的辯論，挪威政府近日正式?jīng)Q定在西部斯塔蘭訥半島附近一座645 m高的山下進(jìn)行鉆鑿，興建全球首條供船舶航行的隧道“斯塔蘭訥船隧道”。建成后，船舶全年均可安全及直接地航行于挪威海及北海之間，連接沿海城市卑爾根及奧勒松。

隧道中心高度在海平面以上33 m、深度在海平面以下12 m。船寬限17 m，長(zhǎng)限20 m。按設(shè)計(jì),隧道長(zhǎng)1.7 km、寬36 m、高45 m，最大可通航1.6萬(wàn)噸級(jí)船舶。隧道定于2018年開(kāi)工，2029年完工，預(yù)計(jì)耗資27億挪威克朗（約合22.08億元人民幣）。

隧道建成后，預(yù)計(jì)每天來(lái)往船舶達(dá)60艘。隧道將安裝通風(fēng)系統(tǒng)以稀釋NOx（氮氧化物）之類(lèi)的有毒氣體及驅(qū)散火災(zāi)造成的濃煙。

挪威打算建造船舶隧道的建議最早出現(xiàn)于1874年一篇報(bào)紙文章中，引發(fā)各方提出包括興建鐵路等其他不同建議，以避免惡劣天氣造成人命損失。自二戰(zhàn)結(jié)束，斯塔蘭訥半島海域共發(fā)生46宗海難，導(dǎo)致33人死亡，當(dāng)?shù)匾恢庇新曇粢笈d建隧道。挪威政府在進(jìn)行大量研究衡量利弊后決定正式興建。

斯塔蘭訥半島北接挪威海，南鄰北海，為當(dāng)?shù)芈糜蝿俚?。挪威海岸有不少峽灣，由于氣候惡劣，長(zhǎng)年強(qiáng)風(fēng)伴隨驚濤駭浪，水流湍急，船舶須等候海面較平靜后才能行駛，常導(dǎo)致船期延誤，造成挪威政府巨大損失。除導(dǎo)致船舶航行不便，海面出現(xiàn)暴風(fēng)雨時(shí)經(jīng)常釀成人命事故。

挪威海岸曲折破碎，海灣深入內(nèi)陸，為典型峽灣地形，全國(guó)僅3%可耕土地，漁業(yè)及海上運(yùn)輸業(yè)為其經(jīng)濟(jì)命脈。過(guò)去由于岸與岸間的聯(lián)絡(luò)被峽灣所阻隔，路況蜿蜒險(xiǎn)惡，為解決此難題，挪威政府開(kāi)始鉆鑿堅(jiān)硬花崗巖，建造相通兩岸的隧道，所以挪威擁有世界一流的鉆山技術(shù)。

這里山體異常堅(jiān)固，開(kāi)挖運(yùn)河不僅成本更高，還會(huì)破壞當(dāng)?shù)丨h(huán)境。但挪威人自有一套與自然共存的生存法則，數(shù)千年來(lái)峽灣地仍能保存著原始清新的風(fēng)貌，很少遭到人為破壞。即使地勢(shì)險(xiǎn)要，村落與村落就算僅有一水之隔，交通不便，挪威人卻寧可繞遠(yuǎn)路或等候渡輪也不愿隨意架橋造路破壞自然景觀(guān)。

當(dāng)?shù)孛襟w認(rèn)為，隧道落成后，不僅能縮短通航時(shí)間、降低通航成本、減少航行事故，還能在極端天氣成為船只“避風(fēng)港”，而隧道本身也會(huì)成為當(dāng)?shù)匦戮?，吸引更多游人?/p>

U448.27

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1009-7716（2017）04-0107-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.031

2017-01-06

林茂（1979-），男，四川南充人，高級(jí)工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)與管理工作。