某景观斜拉桥设计要点

林茂

（天津城建设计院有限公司，天津市 300122）

某景观斜拉桥设计要点

林茂

（天津城建设计院有限公司，天津市 300122）

某景观斜拉桥为编花索面弧形钢塔斜拉桥，通过与常规斜拉桥进行对比分析，对编花索面弧形钢塔斜拉桥设计要点进行论述，介绍了方案设计创意过程、合理成桥索力的判定、斜拉索上下锚点的设计等问题。

编花索面；弧形钢塔；景观斜拉桥；成桥索力

0 引言

某景观桥梁为编花索面弧形钢塔斜拉桥（见图1），跨径布置为100 m+100 m=200 m，桥宽40 m，为钢梁钢塔支承体系独塔斜拉桥，塔高80 m，梁高2.5 m。编花索面有别于传统斜拉索布置，构思新颖，具有强烈的韵律感和美感。弧形钢塔外形似弓，寓意丰富，景观效果突出，为城市的地标工程。本文根据该景观斜拉桥的特点，对合理成桥索力、斜拉索的锚固、塔梁受力状态等问题进行论述。

图1 桥梁效果图

1 方案设计创意过程

本桥处于中心城区，长约200 m，设计伊始即定位为城市景观桥梁。与常规意义上的公路桥梁不同，城市桥梁倡导力学与美学的统一，景观与环境的协调，突出桥梁文化内涵和以人为本的设计思想。“城市桥梁”新概念强调，在满足交通功能的基础上，也要考虑桥梁的景观效果，设计原则与理念如下：

（1）安全、适用、经济、美观(突出)。

（2）桥型选择因地制宜，尝试城市桥梁的多样性。

（3）融入建筑美学元素，与周边环境协调。

（4）以人为本，强调人的体验。

除此之外，根据要求，本桥还应表现出以下几个方面的特质：

（1）造型新颖，具有地标性。该地区新建桥梁应该体现一个“新”字，造型要别致、新颖；同时还需要具有一定的地标性，展现城市发展的深刻含义。

（2）象征和平与友谊。桥位处于三省交界地区，是商品物资的重要集散地，每天迎接八方客人。桥梁应具有大气、开放的姿态，象征着和平与友谊。

（3）增加城市魅力。该桥为中华民族红山文化和富河文化的发祥地之一，修建桥梁时应力求精美，同时表达深刻的文化内涵，不仅提供方便的交通，而且应具有极高的观赏价值及吸引力，增加城市魅力。

（4）展现城市经济技术发展水平。该地区的桥梁还应该向国内外人们展示城市的经济实力及科学技术的先进水平。

本着以上思路及原则，根据当地“草原雄鹰”的文化底蕴，创意“草原雄鹰”的桥梁方案，创意过程如图2所示。

本桥采用开放式桥塔，桥塔向上伸展，利用将近100 m的高度，耸立云霄，体现市政府改革开放的决心，也表达了对外开放的热情；桥侧向上伸展的塔柱，宛若张开的双臂，敞开怀抱，欢迎八方来客；为了消除传统斜拉桥平行索那样的呆板，使拉索更具时代特色，通过有规则的编排，吊索空间交叉，看似凌乱，实则有序，整体形成一张顺畅、柔美的空间曲面，符合和谐之美。

图2 桥梁方案创意过程

2 合理成桥索力研究

在斜拉桥中，斜拉索的存在使桥梁整体设计变得复杂。索力的大小对结构的影响很大，因此合理地确定索力，使斜拉桥处于合理受力状态是设计中的关键问题。现阶段合理成桥索力的优化方法主要有以下3种：刚性支承连续梁法、弯曲能量最小法、弯矩平方和最小法。

本桥与传统斜拉桥不同，编花索面配合弧形钢塔景观效果突出的同时，存在承载效率不高的问题，如主塔为弧形钢塔，使得主塔为压弯构件，弯曲效应明显；斜拉索为编花索面，远端斜拉索存在与水平向夹角小、竖向分力小的问题。因此，从结构体系来讲，本桥更接近于索辅梁体系，有必要研究作用，尤其是恒载作用在索塔和主梁之间的分配比例。

合理成桥索力的判定标准如下：

（1）主塔、主梁及斜拉索的强度、刚度、稳定性等指标均满足规范要求。

（2）桥梁总体造价最低。

以上述两项判定标准为目标进行试设计，按照斜拉索分担不同恒载比例进行试算，最终得到最经济合理的成桥索力以及对应的塔梁设计参数。经试算，本桥斜拉索分担60%恒载重量时，桥梁总体造价最低。

3 斜拉索锚固设计

本桥斜拉索在顺桥向、横桥向上与塔梁的夹角变化范围远超常规斜拉桥，近塔端1、2号斜拉索与竖向夹角为10°、17°，远塔端11、12号斜拉索与水平向夹角为21°、17°，拉索锚固构造设计较难处理，为便于施工，分别对斜拉索的上下吊点进行详细设计，具体如下。

3.1 外置式钢锚箱上吊点设计

1、2号斜拉索与主塔竖向夹角过小，穿过塔壁锚固存在设计及施工方面困难，同时，1、2号斜拉索距离主梁中支点较近，斜拉索索力对减小主梁受力效果不显著，但由于处于弧形钢塔的顶端，索力会大幅增加钢塔弯矩，因此1、2号斜拉索设计成桥索力较小，约10 t。同时，从便于施工的角度考虑，采用外置式钢锚箱锚固，结构组成如图3所示。

图3 外置式钢锚箱上吊点示意图

3.2 内置式钢锚箱上吊点设计

内置式钢锚箱具有传力顺畅、耐久性好等优点，适用于大吨位斜拉索锚固，3～12号斜拉索成桥索力较大、疲劳应力幅值较大，因此采用内置式钢锚箱锚固于主塔，结构组成如图4所示。

3.3 钢锚箱式下吊点设计

钢锚箱式下吊点由锚垫板、承压板、腹板、加劲肋、补强板等板件组成，构造受力和传力机制明确合理，为传统的索梁锚固方式之一，适用范围广泛，本桥钢锚箱式结构组成如图5所示。

4 结语

一些特殊结构桥梁具有景观效果好、寓意丰富的优点，成为城市桥梁的地标性建筑，在景观效果突出的同时，带来了设计、施工中的难题以及整体桥梁造价上的提高。在城市桥梁设计中，如何兼顾美观和经济两个方面成为景观桥梁设计不可避免的问题，本文为编花索面弧形钢塔斜拉桥设计提供借鉴。

图4 内置式钢锚箱上吊点示意图

图5 钢锚箱式下吊点示意图

[1]尹德兰.邓文中与桥梁——中国篇[M].北京：清华大学出版社，2006.

[2]项海帆.桥梁概念设计[M].北京：人民交通出版社，2011.

挪威政府决定建造世界上首条船舶隧道

从1874年开始提议建造到获得批准正式开建，世界上首条船舶隧道的开建经历了漫长的144年。

经过逾一个世纪的辩论，挪威政府近日正式决定在西部斯塔兰讷半岛附近一座645 m高的山下进行钻凿，兴建全球首条供船舶航行的隧道“斯塔兰讷船隧道”。建成后，船舶全年均可安全及直接地航行于挪威海及北海之间，连接沿海城市卑尔根及奥勒松。

隧道中心高度在海平面以上33 m、深度在海平面以下12 m。船宽限17 m，长限20 m。按设计,隧道长1.7 km、宽36 m、高45 m，最大可通航1.6万吨级船舶。隧道定于2018年开工，2029年完工，预计耗资27亿挪威克朗（约合22.08亿元人民币）。

隧道建成后，预计每天来往船舶达60艘。隧道将安装通风系统以稀释NOx（氮氧化物）之类的有毒气体及驱散火灾造成的浓烟。

挪威打算建造船舶隧道的建议最早出现于1874年一篇报纸文章中，引发各方提出包括兴建铁路等其他不同建议，以避免恶劣天气造成人命损失。自二战结束，斯塔兰讷半岛海域共发生46宗海难，导致33人死亡，当地一直有声音要求兴建隧道。挪威政府在进行大量研究衡量利弊后决定正式兴建。

斯塔兰讷半岛北接挪威海，南邻北海，为当地旅游胜地。挪威海岸有不少峡湾，由于气候恶劣，长年强风伴随惊涛骇浪，水流湍急，船舶须等候海面较平静后才能行驶，常导致船期延误，造成挪威政府巨大损失。除导致船舶航行不便，海面出现暴风雨时经常酿成人命事故。

挪威海岸曲折破碎，海湾深入内陆，为典型峡湾地形，全国仅3%可耕土地，渔业及海上运输业为其经济命脉。过去由于岸与岸间的联络被峡湾所阻隔，路况蜿蜒险恶，为解决此难题，挪威政府开始钻凿坚硬花岗岩，建造相通两岸的隧道，所以挪威拥有世界一流的钻山技术。

这里山体异常坚固，开挖运河不仅成本更高，还会破坏当地环境。但挪威人自有一套与自然共存的生存法则，数千年来峡湾地仍能保存着原始清新的风貌，很少遭到人为破坏。即使地势险要，村落与村落就算仅有一水之隔，交通不便，挪威人却宁可绕远路或等候渡轮也不愿随意架桥造路破坏自然景观。

当地媒体认为，隧道落成后，不仅能缩短通航时间、降低通航成本、减少航行事故，还能在极端天气成为船只“避风港”，而隧道本身也会成为当地新景，吸引更多游人。

U448.27

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1009-7716（2017）04-0107-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.04.031

2017-01-06

林茂（1979-），男，四川南充人，高级工程师，从事桥梁设计与管理工作。