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会员报道 | 潭溪山玻璃景观人行桥荣获2020年IBC亚瑟 · 海顿大奖
2020.09.10

近日,由同济设计集团土木建筑设计院张其林教授主持设计并监造完成的潭溪山玻璃景观人行桥,荣获2020年IBC(International Bridge Conference)亚瑟·海顿大奖,这是项目继2019年获得IStructE(Institution of Structural Engineers)世界结构大奖行人桥梁奖之后,再次荣获世界大奖。


项目简介

潭溪山玻璃景观人行桥位于山东省淄博市淄川区,建造在两个挑出的悬崖上,景观桥与潭溪山风景相得益彰。外凸的弧形桥梁更增加了游客观赏美景的视野,桥面梁、索和拱形成的张力结构展现了桥梁的力度美和结构美,潭溪山玻璃景观人行桥已经成为景区的一个标志性建筑。



结构体系

景观桥为单侧悬挂式拱梁体系,主拱中心曲线为抛物线,跨度109m,高25m,拱平面与水平面夹角60度,拱截面φ2000×30,拱脚处放大为φ2000~4000×30长圆形;桥面截面为1m高钢箱梁,箱型梁中心为圆弧,半径为85m,矢高20m,桥面宽度2.4m,桥面梁与拱之间设15根φ45的PE索。


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结构平面图


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结构立面图

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结构侧视图

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桥面梁截面


创新性设计技术

设计方面要解决的难点之一是岩体的稳定性问题。设计中应用了三维激光扫描定位技术,设置了6个扫描站点悬崖岩体全貌进行了扫描,通过点云拼接、去噪处理,构建了崖体、桥墩及基础的三维数值计算模型,通过数值计算与分析,确保了悬崖岩体的稳定性。



三维激光扫描还同时解决了桥墩定位、桩基及桩体定位、桥面与支承拱架制作尺寸的精确性问题。


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桥梁和岩体三维模型


设计方面要解决的难点之二是设计目标的可实现性问题。采用设计—制作—施工全过程一体化设计理念,在充分考虑预应力张拉、桥面和拱架安装的可实施性及避免危险高空作业的目标下,进行结构的预应力初始状态设计与计算。考虑斜拉索的初始预应力由拱架和桥面自重的相互作用产生,通过调整拉索原长及预应力值使得初始状态下桥面中点起拱600mm左右,在人行荷载下,桥面不产生向下的挠度。这样的设计理念,避免了在桥面上布置张拉工装、进行危险的高空作业。


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创新性施工技术和装置

平移和旋转施工方案

景区运输条件很差,桥面和拱架只能小段工厂制作、运输到现场安装,但现场场地狭小,采用自悬崖底部搭设脚手架或支撑柱的方案,或者悬崖底部拼接、整体提升的方案,代价极大、危险性较高。而一体化设计理念实现的条件是桥面和拱架需布置在一定的位置、连接斜拉索的两端后由桥面和拱架的自重导入预应力。而只有将桥面和拱架放置在其夹角小于120度的位置上,才能连接无应力的长度为原长的斜拉索。综合以上因素,采用旋转桥面和拱架的安装方法就自然形成。


因为施工现场场地狭小,拱架拼接时在悬崖顶部附近的台阶处搭设了支承胎架。桥面矢高小于拱架,因无场地同时搭设桥面的支承胎架,实际施工时是设置了滑移轨道、将桥面置于拱架上部拼接、然后将桥面整体平移至其位置后旋转。


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桥梁梁旋转

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整体旋转


临时旋转铰接节点构造

桥面与拱架的拱脚设计均为刚接连接,为了实现旋转施工,必须设置临时的旋转铰接节点,旋转到位后再固定和封装节点。临时铰接节点采用简单的销轴连接方式,两拱脚处销轴位于拱脚连线上,销轴节点必须满足大角度旋转的要求。


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桥面临时旋转铰接节点

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拱架临时旋转铰接节点


拱推力主动平衡装置

拱在水平位置拱脚无推力,而拱在旋转过程中,拱脚会产生随与地面夹角变化的推力。这一推力会使临时旋转节点上的钢板抵紧而产生摩擦力,当摩擦力很大时会使拱无法旋转。所以,必须设置抵抗拱脚推力的平衡装置。当然可以设置连接两个拱脚的拉索来被动地抵抗拱脚推力,但长度109m的水平索拉力事实上仅取决于垂度、基本为定值,无法平衡变化的拱脚推力。实际施工时,在平衡索的两端各设置了一套张拉工装,通过液压千斤顶输入相应的数值、产生相应的所需的平衡力,实现了拱脚水平力的主动平衡。千斤顶输入数值根据施工过程的数值计算随拱旋转角度输入。



桥面梁和主拱施工平衡索及其工装


摇摆柱子及爬升装置

为拱的旋转提供推力是旋转施工实施的关键。在跨度的1/3处两个位置各设置一根摇摆柱,摇摆柱的基础为铰接连接、可以360度旋转。摇摆柱中设置爬升装置,爬升装置由一组液压千斤顶和钢套筒组成。钢套筒在千斤顶推力下可以沿摇摆柱爬升、停止爬升后可予以定位。千斤顶顶升推力根据施工过程的数值计算随拱旋转角度输入。


当桥面拱旋转角度小于90度时,摇摆柱承受压力。当桥面拱旋转至90度附近时,摇摆柱轴力会产生由压至拉的很大的变化,在设计摇摆柱基础时必须考虑最大的拉压力。


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摇摆柱示意及其内力




运维全过程的控制与监测技术

运行过程中的舒适度是景观人行桥必须考虑的问题。计算分析表明,谭溪山景观人行桥的舒适度为CL4不可接受类别。工程中,设置了10个TMD,使桥梁舒适度达到了CL1最好类别。施工完成后、TMD安装前后的人行现场实测证明了数值计算与分析的正确性。



TMD布置及现场实测照片


为了确保景观人行桥在运行期特别是节假日高峰运行期的安全性,对人行桥建立了运营期全寿命健康监测系统。对每根索布置了EM索力传感器,在桥面上布置了三个三向加速度仪。如果加速度值超过设定的门槛值,系统将自动向人行桥运行管理部门和负责人报警。



传感器和健康监测系统


迄今,潭溪山景观人行桥已经安全运营了三年。



国际桥梁大会奖IBC(International Bridge Conference)是美国西宾夕法尼亚州工程师协会主办的学术会议,在世界桥梁界具有广泛的影响力。大会每年举办一次,包括主旨报告、论坛报告、专业论文发表、专题展览、桥梁项目奖颁奖、国家主题年活动等内容。迄今为止已成功举办36届,每次均有来自十多个国家的千余名代表参加。目前为止,IBC桥梁项目奖总共设有7项。



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