悬索造型构思与分析

Ｉ工程建设与设计　ＩＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆Ｄｅｓ　ＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ　悬索造型构思与分析　Ｔｈｅ　Ｉｄｅａ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌ　杨新刚　（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司天津分公司，天津３０００４２）　ＹＡＮＧ　Ｘｉｎ—ｇａｎｇ　（ｓｈａｎ￣ａｉＭｕｎｉｃｉｐａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．Ｌｔｄ．，ＴｉｎｊａｉｎＢｒｎｃｈ，ａＴｉｎｊａｉｎ　３０００４２，Ｃｈｍａ）　【摘要Ｉｎ代跨河城市桥梁都对景观提出越来越高的要求，传统的悬索桥造价高，技术难度大，而在桥梁上建造一个悬索造型既能　从景观上满足桥梁作为标志性建筑的要求，又能最大限度降低．Ｙ－程造价，从而成为城市桥梁景观设计的选择之一。为了使悬索造型　能够在实际工程中得到更好的应用，有必要对其进行美学、结构等方面的分析研究。结合悬索桥美学特点，对其景观造型建模分析，　才能得出美观、经济、安全的工程方案。　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｍｏｄｅｍｃｉｔｙｂｒｉｄｇｅｓａｃｒｏｓｓｔｈｅｒｉｖｅｒａｒｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｄｅｍａｎｄｓｏｎｔｈｅｌｎｄａｓｃａｐｅ，ｈｔｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｂｒｉｄｇｅｃｏｓｔｈｉｇｈｌｙ，ａｎｄｈａｓ　ｍｕｓｈｔｅｃｈｎｉｃａｌｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ，ｂｕｔｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆａｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｍｏｄｅｌｎｏｔｏｎｌｙｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅａｓａｌａｎｄｓｃａｐｅｌｎｄｍａａｒｋ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　Ｃａｎｍｉｎｉｍｉｚｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｓｔｓ，ｔｈｕｓｉｔ＇ｓｂｅｃｏｍｉｎｇｏｎｅｏｆｔｈｅｏｐｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｃｉｙｂｒｔｉｄｇｅｌｎｄｓｃａｐａｅｄｅｓｉｇｎ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｔａｂｅｔｔｅｒｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｉｔ　ｉｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｃａｒｒｙ　ｏｕｔ　ｎａｌａｙｓｉｓ　ｏｆ　ａｅｓｔｈｅｔｉｃｓ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ａｓｐｅｃｔｓ．Ｂｙ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｈｅ　ｔｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎａｅｓｔｈｅｔｉｃｓｆｅａｔｕｒｅｓｗｉｔｈｔｈｅｍｏｄｅｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｗｅｃａｎｏｂｔａｉｎａｅｓｔｈｅｔｉｃ，ｅｃｏｎｏｍｉｃ，ｓｅｃｕｒｉｙ，ｅｎｇｉｎｅｅｒｔｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．　【关键词】美学；悬索；造型；有限元　【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ａｅｓｈｔｅｉｔｃｓ；ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ＦＥＭ　【中图分类号］ｕ４４８．２５　【文献标志码】Ａ　【文章编号】１００７．９４６７（２．０１５）０３—００９２—０３　［ＤＯＩ］１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１５．０３．０２２　１概述　桥梁美学正逐渐成为桥梁建设的主要方面，每一座桥梁　都要成为城市一道亮丽的风景线，成为一个城市的看点，成为　一的功能要求，地域环境景观能力的强弱来选择其造型。其桥体　往往比较轻薄，大部分采用钢材作为主梁，柔性较大。　２悬索桥美学特性　悬索桥又称吊桥，是一个古老的桥型，我国是世界上公认　的最早有吊桥的国家。悬索桥不仅具有雄伟壮观的气势，更有　座城市的标志。　城市景观桥特指在城市中心繁华地区的桥梁，其设计是　融合了建筑美学思想和结构工程的创造性思维的过程，也是　景观工程与桥梁工程综合的结晶。　对于人行景观桥来说，它的设计与造型要依据道路交叉　与路幅宽度，桥位地域特点，行人类型、行人速度及对人行桥　生动活泼又富有张力的曲线线形，形成一个很有个性特色的　索塔组成的桥梁造型，很适于在景观要求较高的城市或景观　区修建。　当人们在悬索桥上行驶时，会感到巨大的桥塔逐渐变大，　迎面而至。大跨度桥梁尤其是索结构桥梁的高耸桥塔显示着　【作者简介】杨新￣１Ｊ（１９８４一），男，河北石家庄人，工程师，从事桥梁　设计研究，（电子信箱）１　０７９６７９５９＠ｑｑ．ｃｏｒｎ。　９２　强壮伟岸，纤细的柔力拉索又蕴涵着强劲的张力，巨大的跨度　使水平的桥面系显得轻快舒展，其结构本身便显示出一种生　气盎然、充满活力的气质，它给与人们的这种动势“动态感情”　是其他建筑所不及的。　悬索桥基本结构图形简洁，由主塔、加劲主梁、拉索或主　缆吊杆构成，主塔将竖向及斜向心理引诱线引向塔顶，形成人　们注目的重要部位，其心理引诱线如图１所示。高松挺拔气势　夺人的塔，配以轻柔的拉索、无限延伸的水平加劲梁，这些都　突出了桥塔作为主体的主导地位，形成索体系桥梁突出的个　性和鲜明的印象。视觉上的主从分明，力的传递路线明确，形　成索结构桥型所独有的形态和美感。　图１悬索桥心理引诱线　在水面宽阔的江河、海湾、海峡地区建设悬索桥，给人一　种跨大体薄、横越长空、轻柔空透、线形流畅、气势雄伟、景观　优美的感觉。　３工程案例　在设计某跨河桥时既要满足游人观景要求，又要最大限　度降低工程造价。通过多方案对比，最终选用刚构桥作为桥体　结构，在其上建造悬索造型的方案。该造型采用总长１　１０ｍ的　悬索桥，采用桥塔一主缆一吊杆体系。主塔横桥向宽８．５ｍ，主　缆共２根，采用对称布置，主缆的矢跨比为１：１０，吊索采用２９　对吊索。悬索桥整体造型呈帆船造型，塔柱采用Ａ型钢结构，　塔柱自上而下逐渐变宽增高。从远处看，就像一艘扬帆起航的　船行驶于江河之上，其景观效果如图２所示。　图２悬索造型效果图　造型主缆采用双护层成品缆索，外挤双层ＰＥ。主缆共２　根，采用对称布置，成桥跨度下主缆跨度１００ｍ。主缆标准强度　ｔｒｋ＝１６７０ＭＰａ，锚固端采用相配套的热铸锚锚具。索夹及锚具　表面均刷防护漆，索夹采用镀锌防护。　市政・交通・水利工程设计ｌ　Ｍｕｎ／ｃ扣　・¨＇面　・Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏ￣ｅＪ‘ｇｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｄｇｎ　Ｉ　吊索标准间距２．５ｍ，主塔中心到最近吊索的间距为　３．５ｍ，材料采用ＵＵ型桥梁用合金钢钢拉杆，强度等级３４５　级，外刷防护漆。　该悬索造型对施工测量要求很高，造型安装完成后若主　缆线形与设计不符，可通过上端锚具进行微调。　造型主塔基础采用钢筋混凝土结构浅埋基础，工字形平面布　置。　４模型计算　对该造型进行有限元分析时，要对基础、桥塔、吊杆和锚　固端进行简化，建立起三维的有限元模型，之前相关研究表　明：完整的有限元模型能够比较好的模拟实际桥的真实行为。　因而，本文依据实际结构几何特性和材料特性建立了三维有　限元模型，如图３所示。　模型全部采用钢材料，根据桥部位不同采用不同的单元　类型，见表３。　表１悬索桥造型模型各部位单元　图３悬索造型有限元模型　在模型上施加该景观造型在运营期间所承受的荷载，计　算主要结果见表２、表３。　表２悬索造型在荷载作用下应力计算结果　～　ａ　表３悬索造型在荷载作用下位移计算结果　计算表明，悬索造型既不承受梁体、铺装等恒载，也不承　受运营期间汽车活载，在造型自重及其他活载作用组合下，主　９３　Ｊ　堡　皇！　一——　Ｉ。　‘　‘　＆ＤｅｓｉｇｎＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ　塔、主缆、吊杆的最大应力只有结构承载能力的１／１０左右，安　悬索造型既能从景观上发挥悬索桥作为城市风景线的特　全储备较高；主塔、主缆、吊杆的最大位移也只有规范限值的　１／１０左右，因此能够保证安全。　长，又能从经济上最大限度降低工程造价。　本文通过悬索造型的计算分析，得出了可用于实际施工　的方案，对工程有一定的指导意义。　悬索造型既不承受梁体、铺装等恒载也不承受运营期间　５施工措施　１）主缆加工前应取一段进行破断试验，并根据试验结果　汽车活载，因此安全储备较高，在工程中能保证安全。　恰当地确定钢绞线的下料长度。　悬索造型在施工中需要提高测量要求和加强对主缆线形　的控制。　由于建模本身采用了大量简化计算，还有各种因素如主　２１主缆安装时必须在温度２０￣Ｃ左右时安装，同时挂索，主　缆安装时，应在主缆中心做一标志以方便跨中矢高的测量。　３）缆索由专业厂家制作生产安装，或由专业厂家派人指　导安装。预埋件的加工均应由专业钢结构厂家完成，尺寸准　确，平整光滑、倒角圆润。　缆几何非线性影响，主缆、吊杆截面积假定等使得计算本身产　生误差，因此还有待进一步研究　【参考文献】　【１】盛洪飞桥梁建筑美学【Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００９．　【２】顾安邦．桥梁概念设计［Ｍ】．北京：人民交通出版社，２０１１．　４）索夹应定位准确，在正式栓合前，应对吊索长度和内力　进行调整，使其高度符合设计要求。　５）钢主塔制作单位应在必要时对构造复杂的构件进行工　艺性试验。　【３】Ｒｅｎ　ＷＸ，Ｚｏｎｇ　ＺＨ．Ｏｕｔｐｕｔ　ｏｎｌｙ　ｍｏｄａｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｉｔｏｎ　ｏｆｃｉ￣ｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｃｓ．２００４，１７（３－４）：　４２９－４４４．　６）钢结构制造的焊接工艺是保证焊接质量的关键，所有　类型的焊缝在开工前应做焊接工艺评定，根据评定的结果编　制焊接工艺。　【４】ＴｏｍａｋａＨ，ＫａｍｅｉＭ．Ｃａｂｌｅｔｅｎｓｉｏｎａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ　ｂｙ　ｓｔｒｕｃｔ—ｕｒａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｄｅｎｔｍｃａｔｉｏｎ【Ｃ】．Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ　Ｂｒｉｄｇｅ．　Ｂａｎｇｋｏｋ：ＡｓｉａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８７，８５６—８６８．　７）腹板的对接焊缝均采用坡口全熔透焊缝，焊缝等级一　级；其余连接焊缝采用角焊缝，焊缝等级三级。　【５】ＪＴＧ／ＴＤ６（Ｆ－－２００４公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范　【Ｓ】．　６结论　（ｔ－接第９１页）　【收稿日期］２０１４．１２．２４　ｔｈｅＲｈｅｏｌｏｇｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰｏｌｙｍｅｒＭｏｄｉｉｆｅｄＡｓ－ｐｈａｌｔｓ［ｊ］．Ｆｕｅｌ，２００３，８２　（１４）：１７６３—１７７３．　４结论　论文通过研究不同ＳＢＳ掺量下的ＳＢＳ改性沥青软化点、　【２】Ｗｉｔｅｚａｋ　Ｍ　Ｗ，Ｖｏｎ　Ｑｕｉｎｔｕｓ　Ｈ　Ｌ，Ｓｃｈｗａｒｔｚ　Ｃ　Ｗ．Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ　Ｓｕｐｐｏ￣ａｎｄ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｍｏｄｅｌｓ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ：Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ＳＨＲＰ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　针人度、延度、弹性恢复等性能指标，同时成型混合料试件研　究其高温稳定性及水稳定性，得出如下结论：　１）ＳＢＳ改性剂可以有效提高沥青沥青感温性、韧性高温　Ｍｏｄｅｌｓ　Ｓｙｓｔｅｍ［Ｃ】８ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｎｃｅ　ｅｏｎ　Ａｓｐｈａｌｔ　Ｐａｖｅｍｅｎｔｓ，　Ｓｅａｔｔｌｅ，ＷＡ，Ａｕｇｕｓｔ，１９９７：１７５—１９５．　【３】Ａｉｒｅｙ　Ｇ　Ｄ．Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｓｔｙｒｅｎｅ　Ｂｕｔａｄｉｎｅ　Ｓｔｅｙｒｅｎｅ　稳定性、弹塑性等性能，对软化点的提高显著，性能指标随掺　ＰｏｌｙｍｅｒＭｏｄｉｉｆｅｄＲｏａｄＢｉｔｕｍｅｎｓ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２００３，８２（１４）：１７０９－１７１９．　量的增加而增强，但到６％时部分指标下降，综合考虑最佳掺　量为５％。　【４］ＪｕｒｉｓｔｙａｒｉｎｉＰ．Ａｓｐｈａｌｔ　Ｍｏｄｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ－　ｒｅｌａｔｅｄＣｒａｃｋｉｎｇＦａｉｌｕｒｅＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｄ］．Ｂｙｒｎ：ａＴｅｘａｓＡ＆Ｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　２００３．　２）ＳＢＳ改性沥青具有较好的高温稳定性，抗车辙能力强，　优良的抗水损害能力，且ＳＢＳ改性剂的掺量越多，效果越好，　低温抗裂性也较好，但随着掺量的增加，脆性也将增加，实际　工程应用中应予以考虑。（　【参考文献】　【１】ＲｕａｎＹ，ＤａｖｉｓｏｎＲＲ，ＯｌｏｖｅｒＣＪ．ＴｈｅＥｆｆｅｃｔｏｆＬｏｎｇ—ｔｅｒｍＯｘｉｄａｔｉｏｎｏｎ　９４　【５】陈华鑫，王秉纲．基质沥青与ＳＢＳ改性剂的相互作用机理分析【Ｊ］．　公路，２００７（２）：１３４．１３８．　【６】Ｊ］ｒＧＥ　２Ｏ一２０ｌｌ公路工程沥青及沥青混合料试验规【ｓ】．　【７］ＪＴＧＦ　４０－－２００４公路沥青路面施工技术规范【ｓ】．　【收稿日期］２０１４．１１．１９