某风景区人行悬索桥设计构思
2018-02-22
前言
视所处环境的不同，人选悬索桥可以做成多种桥型以满足地形要求。当桥梁两边有较坚硬的山岩时，还可以直接不修建桥塔而将主缆锚固于岩石上，节省了大量的造价。同时，人行悬索桥经常被用于建造城市景观桥或公园景观桥，因为其具有良好的视觉效果以及外部曲线，与外界环境融合的非常和谐，因而人行悬索桥兼具桥型美观的特点。根据工程实际所处的地形及地质条件，通过设计优化选择悬索桥桥型。下面主要介绍改桥的总体布置、主缆、风缆、桥台及锚碇的设计。
1 工程概况
某风景区人行吊桥跨越水库北侧峡谷，是景区内水库北侧连接观光步道与水库坝顶的人行专用桥梁。桥梁东岸经隧道通往坝顶，西岸连接沿库区北岸光道步道，该桥是风景区为观光道避开不稳定山体而设。拟建工程场地为构造剥蚀、侵蚀溶蚀中山峡谷地貌，河谷大致呈“V”字型，两岸基岩裸露，第四系河流阶地不发育。通过优化对比，选择悬索桥中跨跨度78m，桥面净宽2.0m，主索矢跨比为1/14.18，全桥设2根主缆。每根主缆由139根？准5mm镀锌钢丝组成，主缆成品索外包双层HDPE护套；桥面系为由工字钢横梁与槽钢纵梁组成的纵横梁体系，桥面板为木板；在桥梁两侧各设置一组风缆，风缆采用直径为32mm的AB类镀锌钢丝绳；桥塔造型采用门型塔，基础采用扩大基础；东西两个桥台高程一致，东岸直接锚入岩体，西岸边跨长3.02米。桥型立面布置图见图1所示。
2 设计理念
2.1 总体设计
与大跨公路悬索桥相比，人行悬索桥的跨度要小得多，一般在30M到120M左右，桥面宽度也较窄，一般在1.8M左右，加劲梁高度很小（h/l<100）或者不设加劲梁，因此又常简称为柔性吊桥。这种桥的特点是充分发挥高强度钢索受拉强度大的特点，不需要特别高的桥塔（矢跨比一般较小），就可以架设大跨径的桥梁，桥面系构造简单、加工容易、耗钢量低，桥梁架设和维护方便、桥型美观，但是桥梁的刚度也较低。通过对桥址的勘察，结合风景区的特点，最终选择桥梁跨度78m的单跨悬索桥，西侧设塔，东岸直接锚固岩体中，桥面系采用柔性全漂浮体系，主跨跨径78米，主缆矢高5.5米，矢跨比为1/14.18，跨中主缆中心至桥面高1.85米，东岸主缆直接锚固于山体，西岸边跨长3.02米。全桥布置35对吊索，吊索间距2.0米。采用柔性桥面系，桥面设置预拱，从跨中0.5米按抛物线型渐变。主缆锚碇均采用岩体锚索。桥下两侧各设置一组风缆，风缆拉索间距为4米，风缆采用空间曲线，曲线平面内矢高3.9米，分布在桥梁两侧，用拉索钢丝绳连接横梁和风缆，抗风缆两端与预应力锚杆连接。
2.2 主缆材料
主缆又称大缆，通过塔顶鞍座悬挂在主塔上并锚固在两端锚固体中的柔性承重构件。除承受自身恒载外，主缆本身又通过索夹和吊索承受活载和加劲梁（包括桥面）的恒载。除此之外，主缆还承担一部分横向风载，并将它直接传递到桥塔顶部。主缆有钢丝绳钢缆和平行线钢缆等，由于人行悬索桥的荷载等级低，所以人行悬索桥一般选用钢丝绳作为主缆。
主缆横桥向间距2.5米，主缆线形采用平面布置，主缆采用高强镀锌平行钢成品索，全桥设2根主缆，每根主缆由139根？准5mm镀锌钢丝组成，钢丝标准强度1670Mpa。主缆成品索外包双层HDPE护套，外侧PE为白色，两层PE间设置隔离层以延长拉索使用寿命，单根主缆无应力长82468mm。主缆在索塔顶设主索鞍。通过连接装置将主缆与锚索连接。主缆采用冷铸墩头锚具。
2.3 桥面系
加劲梁的主要功能是提供桥面并防止桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变形，桥面活载及加劲梁和桥面板的恒载是通过吊索和索夹传至主缆。同时加劲梁是承受横向风荷载和其它横向水平力的主要构件，人行悬索桥荷载等级低，刚度要求也较低，加劲梁一般采用纵横梁布置的形式。桥面系横梁采用工字钢，纵梁采用槽钢，桥面板采用145×50mm防腐木板，桥面木板与纵梁之间用普通螺栓连接，桥面纵向设置预拱，从跨中0.5米按抛物线型渐变。
2.4 锚碇
锚碗是主缆的锚固体，是主缆中的拉力传递给地基基础的构件。通常采用的有重力式锚旋和隧洞式锚碗。重力式锚锭依靠巨大的自重来抵抗主缆的垂直分力，水平分力则由锚碗与地基之间的摩阻力或嵌固力来抵抗。隧洞式锚旋则是将主缆中的拉力直接传递给周围的基岩。根据桥址处的地质特点，两岸主缆均采用预应力锚索锚碇，通过连接装置将主缆与锚索连接，锚索锚在两侧的岩石上。锚索采用剪压式预应力成品锚索，杆体采用无粘结环氧涂层低松弛钢绞线。
2.5 风缆
风缆系统主要是抵抗桥梁的横向风荷载，保证桥梁的横向风载稳定性。本桥位于峡谷口，邻着水库，因而风载比较大，为了保证桥梁的横向风载稳定性及抗风能力，同时兼顾桥梁的美观，本桥在桥梁两侧下方各设置一组风缆，风缆采用空间曲线，曲线平面内矢高3.9米，风缆两端锚固在桥梁两端的岩石上，通过风缆拉索将风缆与桥梁连接，在弱风情况下，风缆拉索基本不受力，只有在大风情况下，风缆拉索才会真正起到稳定桥梁的作用。拉索采用镀锌钢丝绳，风缆拉索间距为4米，风缆采用镀锌钢丝绳，直径为32mm，风缆两端与预应力锚杆连接。
3 结束语
人行悬索桥具有造型美观，工程造价低，施工方便等特点，能适应山谷、河谷中的跨越能力，在现代的小区、公园及风景区越来越受欢迎。文章讨论了某人行悬索桥的总体设计及局部构造细节设计，文章所提及的垂跨比设计、主缆锚固系统及风缆系统设计对于同类桥梁的设计有一定的参考价值。
参考文献
[1]人行悬索桥参数分析与优化设计[D].杭州：浙江大学，2010.
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[3]彭大文.福州江心公园悬索桥的设计构思[J].福州大学学报（自然科学版）1996，24（4）：44～48.
