北江四橋橋梁造型設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研究

1 引言

斜拉橋橋型主要是以豎直線的橋塔、斜直線的拉索、拱曲線的主梁為架構(gòu)，其主梁、主塔及拉索、主墩等主體構(gòu)件的造型設(shè)計(jì)是橋梁景觀設(shè)計(jì)的重要組成部分，影響著斜拉橋橋梁整體布局和形象。設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮其功能性和安全性，橋梁造型也要?jiǎng)?chuàng)新，其中橋梁主體構(gòu)件要有獨(dú)特的藝術(shù)造型，創(chuàng)造出結(jié)構(gòu)優(yōu)美、協(xié)調(diào)統(tǒng)一的橋梁結(jié)構(gòu)。有關(guān)橋梁造型設(shè)計(jì)的文章很多，從造型、主梁、主塔、主墩等不同角度分析橋梁造型設(shè)計(jì) 。本文以清遠(yuǎn)市北江四橋?yàn)槔接憜嗡髅嫘崩瓨驑蛄旱脑煨驮O(shè)計(jì)和相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)研究。

2 橋梁景觀設(shè)計(jì)原則

橋梁景觀設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是最大限度發(fā)揮橋梁及周邊環(huán)境的資源功能，使橋梁景觀與技術(shù)、功能、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、文化等相協(xié)調(diào)，這是景觀設(shè)計(jì)必須遵守的原則，主要包括橋梁使用功能要求的原則、質(zhì)量第一原則、體現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)造型的原則、以橋梁結(jié)構(gòu)作為載體的美學(xué)形態(tài)原則、協(xié)調(diào)橋位周邊景觀原則、環(huán)境保護(hù)和環(huán)境建設(shè)原則、尊重民風(fēng)民俗原則。

3 北江四橋橋梁造型設(shè)計(jì)

3.1 橋梁方案構(gòu)思

本項(xiàng)目作為清遠(yuǎn)市的中軸線和景觀大道，必須充分考慮橋型的景觀效果。根據(jù)北江四橋橋位的實(shí)際情況，橋梁方案主要由現(xiàn)狀跨江橋型、征地拆遷、航道凈空、地質(zhì)水文條件、景觀要求及施工難易程度決定。清遠(yuǎn)市跨北江橋梁多以拱橋、梁橋?yàn)橹鳎坝^效果一般，無斜拉橋橋型，而本項(xiàng)目橋址處水面開闊，北岸以村落、農(nóng)田為主，南岸為矮層洋房。在充分了解地域環(huán)境及功能需求等前提下，結(jié)合當(dāng)?shù)匚幕匦裕卷?xiàng)目的主題創(chuàng)意為“山水清遠(yuǎn)，鳳舞北江”的單索面寬幅斜拉橋方案。

3.2 主梁設(shè)計(jì)

從表1比較可知，鋼箱梁具有施工周期短，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，施工安全可靠，外形輕盈、景觀效果好，質(zhì)量易控制等特點(diǎn)，建成后線型標(biāo)準(zhǔn)高，社會(huì)效益優(yōu)，推薦采用大懸臂鋼箱梁為主梁結(jié)構(gòu)型式。

3.3 主塔及拉索設(shè)計(jì)

主塔內(nèi)外形狀皆呈“水滴流線型”，烘托出清遠(yuǎn)是最美的山清水秀宜居城市和旅游之鄉(xiāng)，與城市新中軸線和新地標(biāo)建筑的定位相匹配。主橋橋塔兩側(cè)設(shè)置成弧形的觀景平臺(tái)，站在平臺(tái)上，視野開闊，清遠(yuǎn)新區(qū)周邊美景凈收眼底。從上表比較可知，水滴型主塔具有施工周期短，施工安全可靠，外形輕盈、主題創(chuàng)意巧妙等特點(diǎn)，推薦采用水滴型主塔為主塔結(jié)構(gòu)型式。如表2所示。

3.4 主墩設(shè)計(jì)

主墩設(shè)計(jì)可通過造型獨(dú)特、結(jié)構(gòu)輕巧、線形優(yōu)美、比例協(xié)調(diào)來表現(xiàn)序列韻律美，除考慮其功能、經(jīng)濟(jì)、施工技術(shù)、管理等因素外，還需考慮與主橋結(jié)構(gòu)型式的搭配及周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，推薦采用T型橋墩為主墩結(jié)構(gòu)型式。如表3所示。

4 關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 測(cè)力調(diào)高支座研究

表1 主梁結(jié)構(gòu)型式比選表

主橋采用塔梁固結(jié)、墩梁分離的支承形式，梁底設(shè)支座支承在橋墩上。本項(xiàng)目每個(gè)軸上縱向布置2排支座，橫向布置4個(gè)支座，在國內(nèi)首次應(yīng)用和開發(fā)了測(cè)力調(diào)高支座。測(cè)力調(diào)高球型支座首先能發(fā)揮普通球型支座的全部作用，同時(shí)通過彈性體以及測(cè)力系統(tǒng)具備對(duì)支座受力情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和傳輸，當(dāng)監(jiān)測(cè)到支座受力不均勻超過容許值時(shí)，可對(duì)支座進(jìn)行無級(jí)調(diào)高，以使支座的受力達(dá)到設(shè)計(jì)的合理范圍內(nèi)，并且更加均勻，能減少因受力不均對(duì)梁體及橋墩造成的損傷。

表2主塔結(jié)構(gòu)型式比選表

表3 主墩結(jié)構(gòu)型式比選表

4.2 鋼砼結(jié)合段研究

鋼砼結(jié)合段長度22.1米，鋼箱梁外包在混凝土箱梁之外，全斷面與混凝土箱梁結(jié)合成一體，在鋼箱梁的頂板、底板和腹板上布置抗剪栓釘與混凝土梁體牢固結(jié)合，在鋼箱梁節(jié)段端部設(shè)置多格室分離結(jié)構(gòu)，在鋼隔室中填充混凝土，其腹板上設(shè)置PBL鍵加強(qiáng)鋼板與混凝土的延性，并通過預(yù)應(yīng)力粗鋼筋和鋼絞線加強(qiáng)鋼箱梁與混凝土箱梁的連接。在鋼梁頂板、底板U型加勁肋設(shè)置倒T型加勁板，使鋼箱梁節(jié)段截面特性逐漸過渡，防止剛度突變。

4.3 超高韌性組合橋面研究

為解決鋼橋面疲勞裂紋和鋪裝易損壞問題，本項(xiàng)目采用超高韌性組合橋面（簡稱STC組合橋面）。STC組合橋面的使用，能大幅提高橋面剛度，減小面板和縱橫肋在輪載下的應(yīng)力，提高了鋼橋面的抗疲勞壽命，降低單索面寬幅斜拉橋橫向變形。

5 結(jié)語

北江四橋是清遠(yuǎn)市區(qū)的城市景觀中軸線和新地標(biāo)，建成后將是清遠(yuǎn)市未來的一大旅游休閑的重要景點(diǎn)，橋梁景觀設(shè)計(jì)也越來越重要，而橋梁選型設(shè)計(jì)是工程的靈魂，斜拉橋的美存在于結(jié)構(gòu)的形態(tài)之中，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮其功能性和安全性，橋梁造型也要?jiǎng)?chuàng)新，其中橋梁主體構(gòu)件要有獨(dú)特的藝術(shù)造型，創(chuàng)造出結(jié)構(gòu)優(yōu)美、協(xié)調(diào)統(tǒng)一的橋梁結(jié)構(gòu)。本文通過北江四橋?qū)嵗U述橋梁方案構(gòu)思、主梁、主塔及拉索、主墩等主體構(gòu)件設(shè)計(jì)，探索出一套針對(duì)單索面斜拉橋橋梁造型的設(shè)計(jì)方法，為同類斜拉橋的橋梁造型設(shè)計(jì)提供參考價(jià)值，并重點(diǎn)介紹了本橋測(cè)力調(diào)高支座、鋼砼結(jié)合段、超高韌性組合橋面等關(guān)鍵技術(shù)研究。