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同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)世界首例、高空無背索斜拉弧形玻璃橋
2019-11-20 來源:同濟(jì)大學(xué) 

  近日,2019世界結(jié)構(gòu)大獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名單揭曉,同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院張其林教授主持設(shè)計(jì)并監(jiān)造完成的世界首例無背索斜拉弧形玻璃橋——潭溪山高空玻璃橋獲“行人橋梁獎(jiǎng)”。

  潭溪山風(fēng)景區(qū)位于山東淄博市,該風(fēng)景區(qū)是國家AAAA級旅游區(qū)、國家森林公園、國家水利風(fēng)景區(qū)。潭溪山頂部是一高約100米的內(nèi)凹形懸崖峭壁,峭壁兩端突出山體相距100多米。在這樣特殊的地形上興建一座具有外凸形橋面板的人行玻璃景觀橋,可使橋面上的行人遠(yuǎn)眺能欣賞整個(gè)潭溪山的自然風(fēng)景、俯瞰則具有危險(xiǎn)和刺激的懸空體驗(yàn)!

  同濟(jì)團(tuán)隊(duì)做到了!

  歷時(shí)兩年建設(shè),潭溪山高空玻璃橋于2017年盛夏時(shí)節(jié)建成,向游客開放。建于潭溪山頂海拔700米的崖壁之上,橋面跨度117米、寬2.45米,外弧最大半徑90米,懸空高度101米,最大承載量3.5噸/平方米,總承載可達(dá)900噸,單次承重1萬人。它被譽(yù)為“齊魯空中走廊”,與山崖風(fēng)格渾然一體。晴天時(shí),藍(lán)天和白云的倒影鋪滿玻璃橋面,有踏云而行的快感;云霧天氣,玻璃橋則在霧中若隱若現(xiàn),宛如海市蜃樓。

  張其林教授介紹,這樣一個(gè)橋面制作的時(shí)候,是在山背后制作的,拱也是靠在山背后制作的,橋面跟拱都在一個(gè)水平面上。然后施工的時(shí)候把橋面翻過來,翻了差不多100多度,橋面反過來之后再把大拱翻過來,就是旋轉(zhuǎn)施工法。所以這個(gè)施工方法到目前為止,應(yīng)該還是首創(chuàng)的,而且非常經(jīng)濟(jì)。多次的轉(zhuǎn)體,在這個(gè)過程中每一步要做得非常精細(xì),這種施工方法在橋梁里面應(yīng)該是第一次。

  景觀橋?yàn)閱蝹?cè)懸掛式拱梁體系,主拱中心曲線為拋物線,跨度109m,高25m,拱平面與水平面夾角60度,拱截面φ2000×30,拱腳處放大為φ2000~4000×30長圓形;橋面截面為1m高鋼箱梁,箱型梁中心為圓弧,半徑為85m,矢高20m,橋面寬度2.4m,橋面梁與拱之間設(shè)15根φ45的PE索。

  設(shè)計(jì)方面要解決的難點(diǎn)之一是巖體的穩(wěn)定性問題。設(shè)計(jì)中應(yīng)用了三維激光掃描定位技術(shù),設(shè)置了6個(gè)掃描站點(diǎn)懸崖巖體全貌進(jìn)行了掃描,通過點(diǎn)云拼接、去噪處理,構(gòu)建了崖體、橋墩及基礎(chǔ)的三維數(shù)值計(jì)算模型,通過數(shù)值計(jì)算與分析,確保了懸崖巖體的穩(wěn)定性。

  三維激光掃描還同時(shí)解決了橋墩定位、樁基及樁體定位、橋面與支承拱架制作尺寸的精確性問題。

  橋梁和巖體三維模型

  設(shè)計(jì)方面要解決的難點(diǎn)之二是設(shè)計(jì)目標(biāo)的可實(shí)現(xiàn)性問題。采用設(shè)計(jì)—制作—施工全過程一體化設(shè)計(jì)理念,在充分考慮預(yù)應(yīng)力張拉、橋面和拱架安裝的可實(shí)施性及避免危險(xiǎn)高空作業(yè)的目標(biāo)下,進(jìn)行結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力初始狀態(tài)設(shè)計(jì)與計(jì)算??紤]斜拉索的初始預(yù)應(yīng)力由拱架和橋面自重的相互作用產(chǎn)生,通過調(diào)整拉索原長及預(yù)應(yīng)力值使得初始狀態(tài)下橋面中點(diǎn)起拱600mm左右,在人行荷載下,橋面不產(chǎn)生向下的撓度。這樣的設(shè)計(jì)理念,避免了在橋面上布置張拉工裝、進(jìn)行危險(xiǎn)的高空作業(yè)。

  運(yùn)維全過程的控制與監(jiān)測技術(shù)

  運(yùn)行過程中的舒適度是景觀人行橋必須考慮的問題。計(jì)算分析表明,譚溪山景觀人行橋的舒適度為CL4不可接受類別。工程中,設(shè)置了10個(gè)TMD,使橋梁舒適度達(dá)到了CL1最好類別。施工完成后、TMD安裝前后的人行現(xiàn)場實(shí)測證明了數(shù)值計(jì)算與分析的正確性。

  迄今,譚溪山景觀人行橋已經(jīng)安全運(yùn)營了兩年半。

  世界首創(chuàng)!

  結(jié)構(gòu)工程專家們對這座橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給予高度評價(jià):“這座玻璃橋是結(jié)構(gòu)成就建筑之美,結(jié)構(gòu)特別輕巧,從力學(xué)上說非常合理,是一種新的結(jié)構(gòu)形式。” “潭溪山無背索斜拉弧形玻璃橋,填補(bǔ)了中國景觀橋梁的一個(gè)空白。它的設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定合理,工程難度大,尤其是采用的施工方法,更是前所未有、世界首創(chuàng),體現(xiàn)了我國橋梁建設(shè)的最高水平。”

  世界結(jié)構(gòu)大獎(jiǎng)(The Structural Awards) 由結(jié)構(gòu)工程師協(xié)會(Institution of Structural Engineers)發(fā)起,對全球范圍內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施以及建筑項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行表彰,挑選出卓越的兼具創(chuàng)意、美感、可持續(xù)性和價(jià)值的項(xiàng)目。50多年的歷史里,包括悉尼歌劇院、法國巴黎蓬皮杜中心、英國威爾士塞文橋等偉大的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都曾經(jīng)獲得相應(yīng)的結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)項(xiàng)。

  世界結(jié)構(gòu)大獎(jiǎng)根據(jù)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而不是結(jié)構(gòu)類型,設(shè)置了12個(gè)主要獎(jiǎng)項(xiàng):高聳或細(xì)長結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)、大跨度結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)、交通橋梁獎(jiǎng)、行人橋梁獎(jiǎng)、小型項(xiàng)目獎(jiǎng)(建筑成本低于300萬英鎊)、極端條件設(shè)計(jì)獎(jiǎng)、傳承結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)、改造/擴(kuò)建項(xiàng)目獎(jiǎng)、建造創(chuàng)新獎(jiǎng)、結(jié)構(gòu)技藝獎(jiǎng)(建筑物類)、結(jié)構(gòu)技藝獎(jiǎng)(非建筑類)、可持續(xù)發(fā)展獎(jiǎng)。此外,The Structural Awards 還設(shè)置最卓越工程獎(jiǎng),從上述的12個(gè)獲獎(jiǎng)名單中選出。



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