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浅析圣地亚哥一座标志性人行桥
2016-12-26  中国桥梁网 分享到:
   
   此人行桥是一座自锚式悬索桥,主跨长355英尺,坐落于圣地亚哥市区,临近Petco公园,美国职业棒球大联盟的圣地亚哥教士队和圣迭戈湾圣地亚哥会议中心的家乡。此桥通过一系列的铁路线来运载行人,包括重型货物运输,铁路客运,和有轨电车。行人也可以穿过一个繁忙的市区街道,并且直接连接着一个多层的停车建筑体。

   对于工程师而言,一座步行桥就像一个孩子的空白画布,在结构形式上可以有无限的创造力。几何形状,结构系统和细节,这些可以限制工程师在传统车辆桥梁设计的方面上根本就没有任何限制。蜿蜒的坡道和楼梯,倾斜的结构,具有挑战性的缆索几何形状,都有可能在步行桥上体现出来。

   相对于车辆桥来说,步行桥有更大空间的自由发挥。它们有比较少的几何限制。汽车不喜欢高度弯曲的结构,但人们喜欢。此外,步行桥所受的资金限制要少于车辆桥。它们的较小规模使得它们固有成本较低,即使它们单位成本要高得多。因此,社团可能会花费数百万美元在一座独特行人桥上,同样的钱花在车辆桥上肯定会增强其功能,却不足以创建一个标志性的结构。

   设计中可以涵盖新颖精致的细节,并且会受到行人的欣赏,而在车辆桥上,在高速上开车旅行却无法欣赏这些细节。有这些自由,和美丽的加利福尼亚,圣地亚哥市中心的景观作为画布,我们能够创造一个动态的,带戏剧性的标志性结构。

   圣地亚哥市中心区位于圣迭戈湾市。多年来,该市一直致力于在历史悠久的巴波亚公园和风景如画的圣迭戈湾之间完成一座行人和自行车的连接,并称之为“公园湾”链接。此链接最后一环被当地的电车轨道,几套货运列车轨道和一个闹市大街所阻碍。2004年,该市委托CCDC,城市重建局,来建立一座大桥完成约2英里的公园湾链接。项目选址临近于刚修建的Petco公园,美国职业棒球大联盟的圣地亚哥教士队和圣迭戈湾圣地亚哥会议中心的家乡,占地超过100万平方英尺。

   备受瞩目的解决方案

   CCDC认为:备受瞩目的项目定位需要一个有重大意义的建筑作为城市门户,并且作为圣地亚哥市区复兴的一个地标。他们聘请了设计团队设计开放主题概念,并且对大桥和其周边广场做了相应计划。尽管考虑了很多替代物,最终桥梁类型是一个带斜塔的自锚悬索桥。

   理想情况下,吊索作用线(啮合线;接触线)应该通过截面的重心来实现恒载平衡。

   108.2长的主跨的水平弯曲上部结构是一个深度为0.91米的单元中空箱形梁截面。5.97米宽的全断面包括了一个2.77米宽的从桥面的薄壁封闭箱部分一侧延伸出来的悬臂板。非对称截面将形状的重心尽可能朝由单排斜吊杆支撑的桥面边缘移动。桥面板,腹板,箱拱腹的典型厚度为13.97厘米。横向桥板肋骨和内隔板间距为304.8厘米,在中心结合了8000磅的混凝土抗压强度来增强结构的刚度。

   索塔高39.62米,呈30度倾斜,它斜靠在桥面上,支撑着悬索。在上部结构一个边缘处,在栏杆顶部,34个独立的吊索装在主缆上,支撑着桥面。主塔横截面有一个常数为1.77米宽的泪滴形状,横向于主塔整个高度的弯曲方向。沿着主要弯曲方向,泪滴形状的长度逐渐变窄,从底部的4.29米到顶部的1.58米。主塔由6000磅抗压强度的混凝土制成,并且由128个直径为0.18米的预应力钢绞线内部张拉。

   主缆轨迹

   对于大多数桥梁,其结构系统相对比较简单。这种情况下,自锚悬挂系统的力学就提出了第一个挑战。传统的悬索桥,主缆通常搭在两主塔中间,由悬索桥桥面自重引起的主缆张力,可以通过地面上大规模的索锚具来抵制。自锚悬索桥,主缆的张力由上层结构的纵向压缩来抵制。因此,完整的上层结构必须比其它主缆悬挂部件先到位。

   这座桥,源于其桥面不是线性的,其主缆结构更为复杂。由于引桥楼梯,大桥两端有一个垂直的弯折。解决方案就是将主缆一直到达楼梯底部,并且把他们锚固在每一组楼梯底部的桥台上。为了处理从桥面到楼梯的角度转换,主缆须穿过放置在每个楼梯跨顶部的,并且嵌入在砼盖梁中的一个钢偏量装置。这种解决方案意味着主缆的一些张力由桥台基础所抵制,但主缆大部分张力仍由刚度硬的楼梯和上层结构所抵制。

   非对称平衡

   用附加在桥面一侧的索缆支撑着桥面是一项非常具有挑战性的设计。看桥梁的这个典型截面,桥面的不平衡性是显而易见的。似乎是桥面的重量要把截面弄弯一样。这种由不平衡支撑位置产生的扭转必须以某种方式补偿。最好的办法就是让吊杆支撑力的作用线穿过桥梁截面的重心。于是建立一个非对称横截面,尽可能的把截面重心往吊杆移动。不幸的是,重心无法转移足够远的距离来达到设计平衡。于是支撑点移到栏杆顶部,努力把作用线进一步向重心处转移,从而达到桥梁自重和吊杆索力之间的平衡。

   事实证明,事情没那么简单。自重转动力仍大于吊杆水平组件阻力,因为静力扭转,桥梁仍处于不平衡状态。为了达到平衡,一个额外的横向抗力是必要的。为了提供这种必要的横向平衡力,需要沿着栏杆立柱顶部增加一个额外的纵向后张预应力锚索。由于规划中桥梁的曲线,这在栏杆顶部创造了一个额外的向心力,来提供平衡所需的扭力。

   主缆和吊杆

   主缆一共36股,直径1.5厘米,打蜡和护套在一个灌浆不锈钢导管中。主缆每一边的钢索被锚固在索塔顶部。36个单独股线捆扎着放置在大桥附近,并且粘在一起压紧成束包。把整个包拉着通过用一个临时支撑线悬挂着的不锈钢导管。把吊杆切到预订的长度,把它们连接到主缆导管上,当导管处在一个松弛的位置时。所有吊杆连上后,主缆被加上应力,不再松弛,把最终负荷加在吊杆上,并且吊起大桥,离开脚手架。然后给导管灌浆。

   一个纵向预应力被加在栏杆顶部。再加上桥梁曲率,此预应力创造了一个向内径向力,提供平衡所需的复位扭力。

   桥梁细节

   对于一座步行桥,行人们更接近于大桥的细节,并以步行的速度浏览观光。桥梁上的连接和硬件在这些类型的桥梁上扮演者重要的角色。导管取代了缆索,并且沿着主缆提供了一个连续的光滑的路线。吊杆依次附在管子节点板上,而不是通过缆索索箍直接连在主缆上,同样也提供了光滑整齐干净的外观,进一步增加了愉快的旅途兴致。

   主缆延伸到基台的楼梯,并且锚固在桥台。从桥面到楼梯的角度转换通过放置在每个楼梯跨顶部并且嵌入在砼盖梁中的钢偏量装置来改善。

   夜景赏析

   部分施工细节

   桥面和索塔都是使用的现浇混凝土,双方工作同时进行。

   混凝土桥面在脚手架上现浇,设计时允许在给索缆加应力时,可以有超过7.62厘米的横向移位。

   结论

   此大桥完成了圣地亚哥公园到海湾连接的最后一环,并且为城市提供了一个结构图标。新的自锚式悬索桥,130英尺高的塔,斜靠着水平弯曲桥面,并且吊杆仅仅依附在桥面的一侧,这座大桥的的确确适合美国最好的城市之一。
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