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路人@行者

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日志

 
 

[组图] Sunniberg 一座完美的矮塔斜拉桥(16P)  

2009-08-04 01:25:56|  分类: 03欧洲专辑 |  标签: |举报 |字号 订阅

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[组图] Sunniberg 一座完美的矮塔斜拉桥(16P) - 路人@行者 - 路人@行者
  如果有机会到瑞士,如果你又是一位桥梁工程师的话,那么我建议你去Klosters镇,一个位于阿尔卑斯山脚下的美丽小镇,Sunniberg桥梁就位于这里。其实很多人也是慕名而来,为了一个完美的矮塔斜拉桥而来。Sunniberg桥无论从桥梁力学、桥梁建筑、桥梁美学,以及与环境的协调性、环境保护上都有独到之处,值得我们学习与借鉴。
  Sunniberg 桥梁位于瑞士Klosters地区之高速公路上,路线跨越Landquart 河谷,桥梁总长526米。早在20年前Sunniberg桥的规划构想即被提出,然而当时之设计并未能满足环境要求,而被多次修改。1993年业主邀请三家顾问公司提出新的设计,最终由Menn工程师所提出的设计概念获得广泛的好评。Sunniberg桥梁造价共计一仟七佰万瑞士法郎, 1996年开始兴建,仅历时二年,于1998年建成通车。
  Sunniberg桥的设计理念系参考了瑞士Fribourg的Poya桥。两桥均具备了三个结构特征:曲线、悬臂梁及斜拉桥。而Menn工程师在设计Sunniberg桥时,因地型限制而采取高桥墩、矮桥塔、竖琴形钢索配置,上构为预应力边主梁曲线梁,并搭载较薄的桥面形成行车系。在桥梁设计过程中Menn提出,可经由简单运算来掌握其可行性与经济性,在概念设计时间工程师须同时考虑到结构形式、数值分析、施工方式、工期、经费估算及桥梁和桥址间的关系,即由迭代及回馈分析法获得主要构件尺寸,得到较为优化的设计方案,完美地融合了桥梁力学与桥梁美学要素,将两者有机的结合在一起。这种概念设计有助于桥梁工程师设计出更好的桥梁来。
  Sunniberg桥结构型式为五跨连续双索面曲线梁矮塔斜拉桥。桥宽为12.378米;桥梁总长为526米,跨径配置为59+128+140+134+65=526米,最大跨径为140米;桥高约50至65米,桥塔最高距河谷约77米;平曲线半径503米;桥面纵坡3.2%。
  上部结构为预力混凝土结构。桥面钢索间距10m,桥面板厚40cm,两边主梁高80厘米。在初步(概念)设计中之数值计算包括拟定钢缆断面、计算上部结构于桥墩处之应力、桥塔形式之选定、计算桥墩顶部断面应力、桥墩顶部横梁之作用、桥墩横梁间距、上部结构临界轴力等。计算使用的永久作用(恒载)为190kN/m(含17厘米的桥面铺装层),活载考虑以均布三个车道载重6kN/m及卡车载重300kN + 80%冲击载重+ 80%偏心载重。
  Sunniberg桥为高墩矮塔搭配组成墩塔。塔高与跨径长之比约在0.10至0.15,一般常见的斜拉桥塔高与跨径比约在0.25左右。此举极具桥梁美学效果,因其几何尺寸与比例的关系,其桥梁构件受力情况与普通的斜拉桥不同,矮桥塔与较平缓的钢索使得上部结构承受着较大的轴力,而细长的桥面板使主梁屈曲稳定成为主要问题,因此在设计中给予了特别的关注。由于平面线形的关系,全桥桥面板整体浇筑为一体,并在桥台处取消了伸缩缝,形成一个平面拱形结构。另一个结构体点就是墩、塔、梁三者固结形成刚性约束,进而导致上构、下构弯矩重分配。桥墩及桥塔为变截面槽形断面,与横梁横向加劲连接,减少自由长度,增加稳定性。
  Sunniberg桥梁于2001年在马耳他IABSE 年会上获得该年度卓著结构奖。因桥其位于生态敏感的风景区中,能设计出如此卓越、创新、美观的桥梁,并且能在较短的工期内完工而获奖。
  亲临Sunniberg桥现场,观其桥塔钢索伴随着桥梁优美的曲线,配上纤细高耸的桥墩,宛如婀娜多姿的少女一般,其获奖真可谓实至名归!
[组图] Sunniberg 一座完美的矮塔斜拉桥(16P) - 路人@行者 - 路人@行者
冬雪季节的桥梁安全管制
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桥下拉索的锚固
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美丽的曲线宛如婀娜多姿的少女
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墩、塔、梁三者固结
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矮塔、竖琴式钢索与曲线梁犹豫一曲动听的乐章
[组图] Sunniberg 一座完美的矮塔斜拉桥(16P) - 路人@行者 - 路人@行者
桥梁全景
[组图] Sunniberg 一座完美的矮塔斜拉桥(16P) - 路人@行者 - 路人@行者
桥梁作为一个建筑物与自然有机地融为了一体[组图] Sunniberg 一座完美的矮塔斜拉桥(16P) - 路人@行者 - 路人@行者


引文来源  一座完美的矮塔斜拉桥-Alaskan Snow-搜狐博客

几张设计图,它可以告诉我们更多设计上的细节。
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总体设计图
[组图] Sunniberg 一座完美的矮塔斜拉桥(16P) - 路人@行者 - 路人@行者
2号桥墩设计图
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横断面设计图
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像大多数桥一样,Sunniberg Bridge采用了悬臂法施工工艺。只是因为是曲线桥,所以悬臂施工更为复杂。
[组图] Sunniberg 一座完美的矮塔斜拉桥(16P) - 路人@行者 - 路人@行者[组图] Sunniberg 一座完美的矮塔斜拉桥(16P) - 路人@行者 - 路人@行者[组图] Sunniberg 一座完美的矮塔斜拉桥(16P) - 路人@行者 - 路人@行者

最后再介绍一下Sunniberg桥结构上的几个关键技术。

-桥墩
在桥的纵向,桥墩呈抛物线形锥体,且宽度是改变的。在桥的横向,桥墩的宽度从基底处的8.80米变为桥面处的l3.40米,结果形成了一个杯型开口结构。
由横隔梁定型的塔架高出桥面15.00米。在纵向,塔架的横隔梁承受局部交通荷载引起的弯矩。在横向,由于行车道是曲线形的,它们要承受由于缆索的偏离力产生的横向弯矩,缆索的固定锚头布置在铜嵌板里的横隔梁中央部分。紧贴桥面下方的主横隔梁将巨大的横向弯矩传递成为不同大小的法向力给两根墩柱,曲线内侧约60% ,外侧约40%。

-桥的横断面
主梁的横截面由一块附带两根边粱的l2.10米宽的板组成。板厚横向由0.40米变至0.32米。缆索的活动锚头位于边梁的外面。因为静力的原因,横截面的板厚在桥的纵向朝桥墩方向递增。边梁用同一种预应力钢筋束施加全预应力;跨中部分,提高了纵向预应力以补偿缆索引起的轴向力的损失。

-缆索
桥梁的缆索由封装在硬聚乙烯钢筋鞘管中的成束平行钢丝组成,每根索由125至160根直径为7毫米的镀锌钢丝组成,设计最大索力其应用限度为σ=0.5fpk缆索分别锚固并可在任何时候更换。锚固端的套节经过特别设计,可以承受很大的变化荷载。

-梁塔墩完全固结
由于塔很矮,斜拉索夹角过于平坦,导致梁体受到了更大的水平力,结构会有更大的变形。因此,设计师Menn提出梁塔墩完全固结,以刚性连接形成整体。正是由于这样的措施,所以多跨度的梁体跨域跨之间联系相对较弱,基本上是依靠塔索梁组成的三角形劲性结构单元。
这种结构在单跨作用下,梁体上的荷载会产生很大的墩身弯矩。但是在全桥成桥之后,由于高墩、连续梁体的共同组合,使传递给墩身的弯矩大为减少,并在墩高1/3处出现弯矩零点,此处的桥墩截面尺寸也就最为纤细,它也减少了由于荷载偏心对基础的不利影响。

-平面拱结构
Sunniberg桥不仅仅是梁塔墩固结,连续的边主梁无伸缩缝,即使是在桥台处也是路桥固结。这种把固结理论用到了极致水平也只有设计师Menn。那么在温度变化情况下,梁体如何变形呢?在我看来Menn利用了水平拱结构原理,因此,在温度荷载作用下梁体伸缩依靠梁体的平面曲线径向位移来消化。这就从结构上很好的解释了为什么全桥无伸缩缝的道理。为了适应平面拱结构的径向位移,桥墩的横向尺寸设计得很小、很薄。

-施工过程
施工始于1996年7月,在1998年l0月竣工。总长近两年半的工期需要做仔细的准备工作。在长13.00米的第一节段完成之后,使用专门为此桥制造的两个吊篮采用平衡悬臂法以每周6.00米的速度进行施工。每一节段照浇筑边梁的混凝土,同时浇筑上一节段的中间板区域。在吊篮移动之前安装缆索锚固。四个悬臂段由7至9个6.00米长的节段组成。最大跨径为140米。
必须指出,由于斜拉索的倾角很小,即tana=0.20,控制变形非常困难而且费时。在施工阶段,高次超静定系统是非常不稳定的。为了使悬臂施工过程中强度还很低的现浇混凝土边梁不超过容许应力,一份关于施工过程的12个步骤的说明书详细说明了每个阶段的施工。

-体会
剖析一座桥梁就像一位医生来剖析一位人体结构一样,搞清楚了一些关键结构技术,有利于桥梁的维修与加固,延长它的寿命,这对于我们设计一座新桥也颇有益处。因为你知道哪些地方是薄弱环节,如何解决这些技术难题,有的放矢的做好设计,而不是那种不注重细节、没有针对性的闭门造车式的Ctrl+C、Ctrl+V!

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