淺析圣地亞哥一座標(biāo)志性人行橋
2016-12-26
此人行橋是一座自錨式懸索橋，主跨長355英尺，坐落于圣地亞哥市區(qū)，臨近Petco公園，美國職業(yè)棒球大聯(lián)盟的圣地亞哥教士隊(duì)和圣迭戈灣圣地亞哥會(huì)議中心的家鄉(xiāng)。此橋通過一系列的鐵路線來運(yùn)載行人，包括重型貨物運(yùn)輸，鐵路客運(yùn)，和有軌電車。行人也可以穿過一個(gè)繁忙的市區(qū)街道，并且直接連接著一個(gè)多層的停車建筑體。
對(duì)于工程師而言，一座步行橋就像一個(gè)孩子的空白畫布，在結(jié)構(gòu)形式上可以有無限的創(chuàng)造力。幾何形狀，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和細(xì)節(jié)，這些可以限制工程師在傳統(tǒng)車輛橋梁設(shè)計(jì)的方面上根本就沒有任何限制。蜿蜒的坡道和樓梯，傾斜的結(jié)構(gòu)，具有挑戰(zhàn)性的纜索幾何形狀，都有可能在步行橋上體現(xiàn)出來。
相對(duì)于車輛橋來說，步行橋有更大空間的自由發(fā)揮。它們有比較少的幾何限制。汽車不喜歡高度彎曲的結(jié)構(gòu)，但人們喜歡。此外，步行橋所受的資金限制要少于車輛橋。它們的較小規(guī)模使得它們固有成本較低，即使它們單位成本要高得多。因此，社團(tuán)可能會(huì)花費(fèi)數(shù)百萬美元在一座獨(dú)特行人橋上，同樣的錢花在車輛橋上肯定會(huì)增強(qiáng)其功能，卻不足以創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)志性的結(jié)構(gòu)。
設(shè)計(jì)中可以涵蓋新穎精致的細(xì)節(jié)，并且會(huì)受到行人的欣賞，而在車輛橋上，在高速上開車旅行卻無法欣賞這些細(xì)節(jié)。有這些自由，和美麗的加利福尼亞，圣地亞哥市中心的景觀作為畫布，我們能夠創(chuàng)造一個(gè)動(dòng)態(tài)的，帶戲劇性的標(biāo)志性結(jié)構(gòu)。
圣地亞哥市中心區(qū)位于圣迭戈灣市。多年來，該市一直致力于在歷史悠久的巴波亞公園和風(fēng)景如畫的圣迭戈灣之間完成一座行人和自行車的連接，并稱之為“公園灣”鏈接。此鏈接最后一環(huán)被當(dāng)?shù)氐碾娷囓壍?，幾套貨運(yùn)列車軌道和一個(gè)鬧市大街所阻礙。2004年，該市委托CCDC，城市重建局，來建立一座大橋完成約2英里的公園灣鏈接。項(xiàng)目選址臨近于剛修建的Petco公園，美國職業(yè)棒球大聯(lián)盟的圣地亞哥教士隊(duì)和圣迭戈灣圣地亞哥會(huì)議中心的家鄉(xiāng)，占地超過100萬平方英尺。
備受矚目的解決方案
CCDC認(rèn)為：備受矚目的項(xiàng)目定位需要一個(gè)有重大意義的建筑作為城市門戶，并且作為圣地亞哥市區(qū)復(fù)興的一個(gè)地標(biāo)。他們聘請(qǐng)了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開放主題概念，并且對(duì)大橋和其周邊廣場(chǎng)做了相應(yīng)計(jì)劃。盡管考慮了很多替代物，最終橋梁類型是一個(gè)帶斜塔的自錨懸索橋。
理想情況下，吊索作用線（嚙合線;接觸線）應(yīng)該通過截面的重心來實(shí)現(xiàn)恒載平衡。
108.2長的主跨的水平彎曲上部結(jié)構(gòu)是一個(gè)深度為0.91米的單元中空箱形梁截面。5.97米寬的全斷面包括了一個(gè)2.77米寬的從橋面的薄壁封閉箱部分一側(cè)延伸出來的懸臂板。非對(duì)稱截面將形狀的重心盡可能朝由單排斜吊桿支撐的橋面邊緣移動(dòng)。橋面板，腹板，箱拱腹的典型厚度為13.97厘米。橫向橋板肋骨和內(nèi)隔板間距為304.8厘米，在中心結(jié)合了8000磅的混凝土抗壓強(qiáng)度來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度。
索塔高39.62米，呈30度傾斜，它斜靠在橋面上，支撐著懸索。在上部結(jié)構(gòu)一個(gè)邊緣處，在欄桿頂部，34個(gè)獨(dú)立的吊索裝在主纜上，支撐著橋面。主塔橫截面有一個(gè)常數(shù)為1.77米寬的淚滴形狀，橫向于主塔整個(gè)高度的彎曲方向。沿著主要彎曲方向，淚滴形狀的長度逐漸變窄，從底部的4.29米到頂部的1.58米。主塔由6000磅抗壓強(qiáng)度的混凝土制成，并且由128個(gè)直徑為0.18米的預(yù)應(yīng)力鋼絞線內(nèi)部張拉。
主纜軌跡
對(duì)于大多數(shù)橋梁，其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)相對(duì)比較簡單。這種情況下，自錨懸掛系統(tǒng)的力學(xué)就提出了第一個(gè)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的懸索橋，主纜通常搭在兩主塔中間，由懸索橋橋面自重引起的主纜張力，可以通過地面上大規(guī)模的索錨具來抵制。自錨懸索橋，主纜的張力由上層結(jié)構(gòu)的縱向壓縮來抵制。因此，完整的上層結(jié)構(gòu)必須比其它主纜懸掛部件先到位。
這座橋，源于其橋面不是線性的，其主纜結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。由于引橋樓梯，大橋兩端有一個(gè)垂直的彎折。解決方案就是將主纜一直到達(dá)樓梯底部，并且把他們錨固在每一組樓梯底部的橋臺(tái)上。為了處理從橋面到樓梯的角度轉(zhuǎn)換，主纜須穿過放置在每個(gè)樓梯跨頂部的，并且嵌入在砼蓋梁中的一個(gè)鋼偏量裝置。這種解決方案意味著主纜的一些張力由橋臺(tái)基礎(chǔ)所抵制，但主纜大部分張力仍由剛度硬的樓梯和上層結(jié)構(gòu)所抵制。
非對(duì)稱平衡
用附加在橋面一側(cè)的索纜支撐著橋面是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)?？礃蛄旱倪@個(gè)典型截面，橋面的不平衡性是顯而易見的。似乎是橋面的重量要把截面弄彎一樣。這種由不平衡支撐位置產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)必須以某種方式補(bǔ)償。最好的辦法就是讓吊桿支撐力的作用線穿過橋梁截面的重心。于是建立一個(gè)非對(duì)稱橫截面，盡可能的把截面重心往吊桿移動(dòng)。不幸的是，重心無法轉(zhuǎn)移足夠遠(yuǎn)的距離來達(dá)到設(shè)計(jì)平衡。于是支撐點(diǎn)移到欄桿頂部，努力把作用線進(jìn)一步向重心處轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到橋梁自重和吊桿索力之間的平衡。
事實(shí)證明，事情沒那么簡單。自重轉(zhuǎn)動(dòng)力仍大于吊桿水平組件阻力，因?yàn)殪o力扭轉(zhuǎn)，橋梁仍處于不平衡狀態(tài)。為了達(dá)到平衡，一個(gè)額外的橫向抗力是必要的。為了提供這種必要的橫向平衡力，需要沿著欄桿立柱頂部增加一個(gè)額外的縱向后張預(yù)應(yīng)力錨索。由于規(guī)劃中橋梁的曲線，這在欄桿頂部創(chuàng)造了一個(gè)額外的向心力，來提供平衡所需的扭力。
主纜和吊桿
主纜一共36股，直徑1.5厘米，打蠟和護(hù)套在一個(gè)灌漿不銹鋼導(dǎo)管中。主纜每一邊的鋼索被錨固在索塔頂部。36個(gè)單獨(dú)股線捆扎著放置在大橋附近，并且粘在一起壓緊成束包。把整個(gè)包拉著通過用一個(gè)臨時(shí)支撐線懸掛著的不銹鋼導(dǎo)管。把吊桿切到預(yù)訂的長度，把它們連接到主纜導(dǎo)管上，當(dāng)導(dǎo)管處在一個(gè)松弛的位置時(shí)。所有吊桿連上后，主纜被加上應(yīng)力，不再松弛，把最終負(fù)荷加在吊桿上，并且吊起大橋，離開腳手架。然后給導(dǎo)管灌漿。
一個(gè)縱向預(yù)應(yīng)力被加在欄桿頂部。再加上橋梁曲率，此預(yù)應(yīng)力創(chuàng)造了一個(gè)向內(nèi)徑向力，提供平衡所需的復(fù)位扭力。
橋梁細(xì)節(jié)
對(duì)于一座步行橋，行人們更接近于大橋的細(xì)節(jié)，并以步行的速度瀏覽觀光。橋梁上的連接和硬件在這些類型的橋梁上扮演者重要的角色。導(dǎo)管取代了纜索，并且沿著主纜提供了一個(gè)連續(xù)的光滑的路線。吊桿依次附在管子節(jié)點(diǎn)板上，而不是通過纜索索箍直接連在主纜上，同樣也提供了光滑整齊干凈的外觀，進(jìn)一步增加了愉快的旅途興致。
主纜延伸到基臺(tái)的樓梯，并且錨固在橋臺(tái)。從橋面到樓梯的角度轉(zhuǎn)換通過放置在每個(gè)樓梯跨頂部并且嵌入在砼蓋梁中的鋼偏量裝置來改善。
夜景賞析
部分施工細(xì)節(jié)
橋面和索塔都是使用的現(xiàn)澆混凝土，雙方工作同時(shí)進(jìn)行。
混凝土橋面在腳手架上現(xiàn)澆，設(shè)計(jì)時(shí)允許在給索纜加應(yīng)力時(shí)，可以有超過7.62厘米的橫向移位。
結(jié)論
此大橋完成了圣地亞哥公園到海灣連接的最后一環(huán)，并且為城市提供了一個(gè)結(jié)構(gòu)圖標(biāo)。新的自錨式懸索橋，130英尺高的塔，斜靠著水平彎曲橋面，并且吊桿僅僅依附在橋面的一側(cè)，這座大橋的的確確適合美國最好的城市之一。
