组合功能异形玻璃桥面悬索桥建设新思路

2016年8月,一座人行悬索桥在张家界大峡谷景区开通运营,受到国内外广泛关注。该桥以夹胶玻璃作桥面板,以玻璃球作减振质量块,为了旅游推介需要,称为“张家界大峡谷玻璃桥”。该桥开通不久,欧美权威媒体作专题报道,出现上桥参观一票难求、进出景区交通堵塞、游客半夜排队买票的盛况。国外著名设计公司赴现场专题考察并研究。我国景区人行悬索桥众多,该桥工程规模也并不大,何以得到旅游界和桥梁界高度关注?其原因在于,该桥在设计构思中,设计者不仅仅满足于建设一座传统意义上的、服务于通行的桥梁,而是设计了一座具有组合功能的异形悬索桥(见图1)。

组合功能异形玻璃桥面悬索桥建设新思路

图1

该桥位于张家界市慈利县大峡谷景区,距张家界市区约50公里,桥面距谷底280多米。桥址两岸多处发现断裂、地质漏斗,地形具有“沟大谷深、沟谷交错、岗峦起伏”等特点(见图2)。该桥主缆跨度430m,主缆矢跨比1/10,北侧主缆跨度布置为(55+430+51)m,南侧主缆跨度布置为(80+430+82)m。全桥四根塔柱均为钢筋混凝土独柱结构,桥塔基础均为桩基础。加劲梁为纵、横梁体系,跨度373m(见图3)。

组合功能异形玻璃桥面悬索桥建设新思路

图2

组合功能异形玻璃桥面悬索桥建设新思路图3

组合功能要求

旅游景区建设一座人行桥,如何发挥最佳的经济社会效益?作为景区经营者,业主考察了国内外著名风景名胜区,有了初步想法。请以色列著名的设计师提出景观设计概略,然后在国内和欧美寻找承担设计的意向单位。在受到多次拒绝后,找到了最终的设计者。业主提出了个性化的功能要求,并在与设计者的沟通中,对要求的功能坚持没有作丝毫调整。

通常,桥梁设计遵循“适用、安全、耐久、经济、美观”,桥梁服务于“通行”,具有跨越与承载的功能,美观排在靠后的位置。本桥作为大峡谷旅游景区的旅游主景点,业主要求设计一座组合功能的悬索桥。要求的功能包括:① 沟通的功能:跨越峡谷两岸,方便游客从游客中心停车场到达峡谷游览区。由于是游览主路线,桥上游客众多(见图4),对结构刚度和行人舒适度有严格要求,不能如同通常景区那种晃晃悠悠的索桥。② 作为景点:桥梁本身要成为一个景点,对外形提出了美学要求,甚至更进一步要求游客愿意在桥上停留,要留得住人。考虑到该桥的位置,对建筑外形、与环境协调都需要精细研究。③ 设置演示台:桥头设有看台,桥上布设演艺台,悬索桥加劲梁平面布置、与主塔的关系都要适应该项要求(见图5)。④ 作为旅游设施:加劲梁上布置溜索和蹦极平台和相关设施,需要设计从桥面到达平台的通道,需要解决好加劲梁恒载分布、与平台结构共同作用的问题(见图6)。

组合功能异形玻璃桥面悬索桥建设新思路

图4

组合功能异形玻璃桥面悬索桥建设新思路

图5

组合功能异形玻璃桥面悬索桥建设新思路

图6

核心技术

基于要求的特殊功能,设计采取针对性的措施,包括外形、结构尺寸、结构形式、振动控制。

玻璃桥面及大张开量的异形空间索面

景观的功能要求融入环境,实现“大象无形”的建筑设计意图。主梁加劲梁的梁高被限定为0.6m,梁高与跨度的比例达到创纪录的1/622;本桥被称为“玻璃桥”,要求结构通透,游客在桥上通行如行云流水,有置身峡谷的感觉,选用玻璃作为桥面板,降低了加劲梁的抗扭刚度。为了实现好的经济性,主梁标准段宽度亦被限定为6m,桥跨结构具有跨径大、梁高低、宽度小、主梁抗扭刚度低的结构特点,必须基于这些特点保障结构抗风安全性和耐久性。

对于加劲梁宽跨比较小的大跨悬索桥,增加抗风索以提高结构抗风稳定性,是最为经济和简单的结构措施。为实现外形简洁的景观要求,本桥不采用抗风索,主要通过采用张开量大的空间主缆,增加结构横向刚度和抗扭转刚度,主跨主缆横桥向中心距由跨中的8.194m,变化到主塔处的45m、50m;主缆设计为大张开量空间索面,两侧边跨主缆横桥向按受力平衡沿切线方向延伸至锚碇。研究表明,与平面主缆相比,本桥空间索面可大幅提高结构横向刚度和抗风稳定性。

平面上异形的边主梁加劲梁

加劲梁跨度373m,梁高0.6m,梁端与主塔之间设置容纳3000人的看台。加劲梁纵向位于由西侧向东侧1.5%的单向纵坡上,中间部分为宽度6.0m等宽段,两端各50m范围为变宽段,桥面宽度渐变至15m,变宽段成为演艺台。跨中附近于加劲梁下方设蹦极、溜索平台。大张开量空间索面, 看台、演艺台、平台的设置,决定加劲梁成为异形结构, 体现在结构尺寸和恒载分布两方面。在加劲梁高度和宽度受限的情形下,在钢箱纵梁内灌注混凝土,以有效提高结构重力刚度、增加遏制振动的质量(见图7、图8)。玻璃桥面板支承在加劲梁的横梁和边主梁上,为保持玻璃与钢量变形的跟随性、促使玻璃支承局部受力均匀,设计了特殊的连接。

组合功能异形玻璃桥面悬索桥建设新思路

图7

组合功能异形玻璃桥面悬索桥建设新思路

图8

独柱式主塔和依地形而建的隧道锚碇

依据起伏的峡谷地形,空间索面两根主缆的四个边跨跨度各不相同,东、西两侧塔柱间距分别为50、45m。主缆在塔顶鞍座处平面内匀顺通过,不设转角,为景观需要, 取消塔柱之间横梁,直立的塔柱设计成张家界特有的“峰林”形状(见图9)。西侧锚碇地表覆盖层薄,为保护旅游区植被、保持天然地貌,采用隧道式锚碇。桥址区遍布发育的溶洞,探测表明峡谷临空面附近存在断裂,全桥四个锚碇、四处主塔基础的位置均经过几次调整。基于保障透水围岩隧道锚中钢结构耐久性,主缆锚固结构采用了优质碳素钢圆形拉杆。

组合功能异形玻璃桥面悬索桥建设新思路

图9

振动控制

基于功能要求,该桥应该让游客体会到脚下稳定的感觉,具备高于其他景区悬索桥的刚度;作为景区人行桥, 设计工况要考虑桥上行人密布、行人行走的各种工况,保障行人舒适度。

行人行走会对桥梁形成周期性动荷载,由于该桥有大量游人在桥上行走,因此需要遏制人致振动。设计初期, 计算表明桥梁多阶振动模态的频率,均落入结构人致振动敏感频域区间内。之后采取技术措施降低人致振动响应, 除主缆和加劲梁采取结构措施外,选用不同形式的TMD、TLD遏制竖向与横向振动,各阶模态的有效阻尼比增加幅值Dξ在3%以上;为避免所有行人同时同方向齐步走,于主梁顶面设置玻璃球、栏杆设计成波浪形,以扰乱行人脚步,玻璃球同时作为TMD的质量块。选用电涡流阻尼器遏制主梁纵向振动,提高结构的纵向动刚度。经综合采用结构措施和振动控制措施,研究表明人致振动响应满足舒适度要求,桥上超过1200人时,未出现行人可察觉的振动(见图4)。

满足游客心理需求

张家界大峡谷玻璃悬索桥带来的经济、社会效益显著,其中原因到底是什么,游客在桥上获得怎样的感受? 该桥集通行、景观、极限体验、演艺台于一体,给游客全方位融入大自然的感受;透明的玻璃,游客置身峡谷之中,看到的是峡谷全貌,游客有向大自然敞开心扉的愿望;张开的空间索面、向两端变宽的桥面、塔柱顶面不设横梁,都让游客感觉到开放、无拘束和亲近自然;曼妙的主缆、吊索线形,裙裾般的栏杆让人眼前一亮;习惯于景区悬索桥晃晃悠悠、有点恐惧的感觉,游客在这里感觉脚下特别踏实、稳当,激发了好奇心;爱美的女士,放心在桥上玩自拍,人与自然相结合,激发了展示美的冲动; 总觉得自己恐高的游客到桥上,验证自己其实是勇敢的, 脚下是坚定的,莫名地获得了自信(见图10)。桥上安装的各类阻尼器,乃至加劲梁细部,都可以从桥面上清晰看见,喜欢琢磨结构的工程人士,有机会坐在桥上观察、思考。笔者的亲身体会,在国内外大型悬索桥上,闭目静思,都能感受到桥的振动。在玻璃桥上,即便盘腿打坐, 却感觉不到振动。曾经观察到有游客在桥上站马步、摆金鸡独立pose,验证了该桥具有的刚度。作为被认为柔度大的悬索桥,在结构尺寸受到严格限制、要求功能多样的前提下,获得了极佳的结构刚度,是该桥最大的结构特色, 也是满足功能需求的最重要技术考虑;设计上诸多细节考虑,则以满足心理需求为目标。

组合功能异形玻璃桥面悬索桥建设新思路

图10

桥梁也能“量身定制”

根据用户需要定制的个性化异形悬索桥,具有组合功能。国内悬索桥经历了90年代初期的建成学会、随之而来的大跨度悬索桥、自锚式悬索桥、悬索桥加劲梁形式的多样化,以及新世纪多塔多跨悬索桥、大跨度铁路悬索桥发展阶段。张家界大峡谷玻璃桥的建设,取得了良好社会经济效益,满足了游客多种心理需求。目前,国内多个景区都在规划建设作为旅游景点、旅游设施的悬索桥,由此可见,该桥的建成具有突出的标志意义。

课程学习

路桥市政项目部专享全套施工技能培训课程(畅学2年,无限视听)

市政工程施工技术修炼营(视频+直播+答疑+作业点评)

公路工程施工技术修炼营(视频+答疑+作业+点评)

桥梁工程师速成班2017升级版(视频+直播+答疑+作业)

公路造价全过程实操培训(快速胜任公路造价工作)(每周更新)

手把手教你做好道路设计项目负责人(道路项目负责人年薪30万的必修课)【每周更新】

声明:本站所有文章,如无特殊说明或标注,均为本站原创发布。任何个人或组织,在未征得本站同意时,禁止复制、盗用、采集、发布本站内容到任何网站、书籍等各类媒体平台。如若本站内容侵犯了原著者的合法权益,可联系我们进行处理。