某風(fēng)景區(qū)人行懸索橋設(shè)計(jì)構(gòu)思
2018-02-22
前言
視所處環(huán)境的不同，人選懸索橋可以做成多種橋型以滿足地形要求。當(dāng)橋梁兩邊有較堅(jiān)硬的山巖時(shí)，還可以直接不修建橋塔而將主纜錨固于巖石上，節(jié)省了大量的造價(jià)。同時(shí)，人行懸索橋經(jīng)常被用于建造城市景觀橋或公園景觀橋，因?yàn)槠渚哂辛己玫囊曈X效果以及外部曲線，與外界環(huán)境融合的非常和諧，因而人行懸索橋兼具橋型美觀的特點(diǎn)。根據(jù)工程實(shí)際所處的地形及地質(zhì)條件，通過設(shè)計(jì)優(yōu)化選擇懸索橋橋型。下面主要介紹改橋的總體布置、主纜、風(fēng)纜、橋臺(tái)及錨碇的設(shè)計(jì)。
1 工程概況
某風(fēng)景區(qū)人行吊橋跨越水庫北側(cè)峽谷，是景區(qū)內(nèi)水庫北側(cè)連接觀光步道與水庫壩頂?shù)娜诵袑Ｓ脴蛄?。橋梁東岸經(jīng)隧道通往壩頂，西岸連接沿庫區(qū)北岸光道步道，該橋是風(fēng)景區(qū)為觀光道避開不穩(wěn)定山體而設(shè)。擬建工程場(chǎng)地為構(gòu)造剝蝕、侵蝕溶蝕中山峽谷地貌，河谷大致呈“V”字型，兩岸基巖裸露，第四系河流階地不發(fā)育。通過優(yōu)化對(duì)比，選擇懸索橋中跨跨度78m，橋面凈寬2.0m，主索矢跨比為1/14.18，全橋設(shè)2根主纜。每根主纜由139根？準(zhǔn)5mm鍍鋅鋼絲組成，主纜成品索外包雙層HDPE護(hù)套；橋面系為由工字鋼橫梁與槽鋼縱梁組成的縱橫梁體系，橋面板為木板；在橋梁兩側(cè)各設(shè)置一組風(fēng)纜，風(fēng)纜采用直徑為32mm的AB類鍍鋅鋼絲繩；橋塔造型采用門型塔，基礎(chǔ)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)；東西兩個(gè)橋臺(tái)高程一致，東岸直接錨入巖體，西岸邊跨長3.02米。橋型立面布置圖見圖1所示。
2 設(shè)計(jì)理念
2.1 總體設(shè)計(jì)
與大跨公路懸索橋相比，人行懸索橋的跨度要小得多，一般在30M到120M左右，橋面寬度也較窄，一般在1.8M左右，加勁梁高度很?。╤/l<100）或者不設(shè)加勁梁，因此又常簡(jiǎn)稱為柔性吊橋。這種橋的特點(diǎn)是充分發(fā)揮高強(qiáng)度鋼索受拉強(qiáng)度大的特點(diǎn)，不需要特別高的橋塔（矢跨比一般較小），就可以架設(shè)大跨徑的橋梁，橋面系構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工容易、耗鋼量低，橋梁架設(shè)和維護(hù)方便、橋型美觀，但是橋梁的剛度也較低。通過對(duì)橋址的勘察，結(jié)合風(fēng)景區(qū)的特點(diǎn)，最終選擇橋梁跨度78m的單跨懸索橋，西側(cè)設(shè)塔，東岸直接錨固巖體中，橋面系采用柔性全漂浮體系，主跨跨徑78米，主纜矢高5.5米，矢跨比為1/14.18，跨中主纜中心至橋面高1.85米，東岸主纜直接錨固于山體，西岸邊跨長3.02米。全橋布置35對(duì)吊索，吊索間距2.0米。采用柔性橋面系，橋面設(shè)置預(yù)拱，從跨中0.5米按拋物線型漸變。主纜錨碇均采用巖體錨索。橋下兩側(cè)各設(shè)置一組風(fēng)纜，風(fēng)纜拉索間距為4米，風(fēng)纜采用空間曲線，曲線平面內(nèi)矢高3.9米，分布在橋梁兩側(cè)，用拉索鋼絲繩連接橫梁和風(fēng)纜，抗風(fēng)纜兩端與預(yù)應(yīng)力錨桿連接。
2.2 主纜材料
主纜又稱大纜，通過塔頂鞍座懸掛在主塔上并錨固在兩端錨固體中的柔性承重構(gòu)件。除承受自身恒載外，主纜本身又通過索夾和吊索承受活載和加勁梁（包括橋面）的恒載。除此之外，主纜還承擔(dān)一部分橫向風(fēng)載，并將它直接傳遞到橋塔頂部。主纜有鋼絲繩鋼纜和平行線鋼纜等，由于人行懸索橋的荷載等級(jí)低，所以人行懸索橋一般選用鋼絲繩作為主纜。
主纜橫橋向間距2.5米，主纜線形采用平面布置，主纜采用高強(qiáng)鍍鋅平行鋼成品索，全橋設(shè)2根主纜，每根主纜由139根？準(zhǔn)5mm鍍鋅鋼絲組成，鋼絲標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1670Mpa。主纜成品索外包雙層HDPE護(hù)套，外側(cè)PE為白色，兩層PE間設(shè)置隔離層以延長拉索使用壽命，單根主纜無應(yīng)力長82468mm。主纜在索塔頂設(shè)主索鞍。通過連接裝置將主纜與錨索連接。主纜采用冷鑄墩頭錨具。
2.3 橋面系
加勁梁的主要功能是提供橋面并防止橋面發(fā)生過大的撓曲變形和扭曲變形，橋面活載及加勁梁和橋面板的恒載是通過吊索和索夾傳至主纜。同時(shí)加勁梁是承受橫向風(fēng)荷載和其它橫向水平力的主要構(gòu)件，人行懸索橋荷載等級(jí)低，剛度要求也較低，加勁梁一般采用縱橫梁布置的形式。橋面系橫梁采用工字鋼，縱梁采用槽鋼，橋面板采用145×50mm防腐木板，橋面木板與縱梁之間用普通螺栓連接，橋面縱向設(shè)置預(yù)拱，從跨中0.5米按拋物線型漸變。
2.4 錨碇
錨碗是主纜的錨固體，是主纜中的拉力傳遞給地基基礎(chǔ)的構(gòu)件。通常采用的有重力式錨旋和隧洞式錨碗。重力式錨錠依靠巨大的自重來抵抗主纜的垂直分力，水平分力則由錨碗與地基之間的摩阻力或嵌固力來抵抗。隧洞式錨旋則是將主纜中的拉力直接傳遞給周圍的基巖。根據(jù)橋址處的地質(zhì)特點(diǎn)，兩岸主纜均采用預(yù)應(yīng)力錨索錨碇，通過連接裝置將主纜與錨索連接，錨索錨在兩側(cè)的巖石上。錨索采用剪壓式預(yù)應(yīng)力成品錨索，桿體采用無粘結(jié)環(huán)氧涂層低松弛鋼絞線。
2.5 風(fēng)纜
風(fēng)纜系統(tǒng)主要是抵抗橋梁的橫向風(fēng)荷載，保證橋梁的橫向風(fēng)載穩(wěn)定性。本橋位于峽谷口，鄰著水庫，因而風(fēng)載比較大，為了保證橋梁的橫向風(fēng)載穩(wěn)定性及抗風(fēng)能力，同時(shí)兼顧橋梁的美觀，本橋在橋梁兩側(cè)下方各設(shè)置一組風(fēng)纜，風(fēng)纜采用空間曲線，曲線平面內(nèi)矢高3.9米，風(fēng)纜兩端錨固在橋梁兩端的巖石上，通過風(fēng)纜拉索將風(fēng)纜與橋梁連接，在弱風(fēng)情況下，風(fēng)纜拉索基本不受力，只有在大風(fēng)情況下，風(fēng)纜拉索才會(huì)真正起到穩(wěn)定橋梁的作用。拉索采用鍍鋅鋼絲繩，風(fēng)纜拉索間距為4米，風(fēng)纜采用鍍鋅鋼絲繩，直徑為32mm，風(fēng)纜兩端與預(yù)應(yīng)力錨桿連接。
3 結(jié)束語
人行懸索橋具有造型美觀，工程造價(jià)低，施工方便等特點(diǎn)，能適應(yīng)山谷、河谷中的跨越能力，在現(xiàn)代的小區(qū)、公園及風(fēng)景區(qū)越來越受歡迎。文章討論了某人行懸索橋的總體設(shè)計(jì)及局部構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，文章所提及的垂跨比設(shè)計(jì)、主纜錨固系統(tǒng)及風(fēng)纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于同類橋梁的設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]人行懸索橋參數(shù)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].杭州：浙江大學(xué)，2010.
[2]某人行懸索橋的設(shè)計(jì)與構(gòu)思[Z].國防交通工程與技術(shù)，2003[4].
[3]彭大文.福州江心公園懸索橋的設(shè)計(jì)構(gòu)思[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）1996，24（4）：44～48.
