一、工程概况
一、工程概况
该工程主要包括4座桥梁,这些桥梁横跨在南明河上,分别是道路九南明河桥(简称1号桥)、道路十南明河桥(简称4号桥)、道路十二南明河桥(简称2号桥)以及道路十六南明河桥(简称3号桥),工程总投资高达28295.4万元。该工程于2015年1月竣工通车。
图1 4座 桥平面示意图
二、桥梁结构设计
(1)1号桥
本桥以两跨偏态拱的结构形式呈现,仿佛一只即将展翅高飞的雄鹰,寓意着未来方舟将在发展的东风中乘风破浪,与贵阳一起向着更高的发展目标翱翔。
这座桥梁的全长为80米,全宽为22.1米,跨径布置为49m+30m。上部结构采用了下承式两跨非对称偏态拱形桁架桥设计。第一跨的标准跨径为49米,高9.3米;第二跨的标准跨径为30米,高7.1米。 上弦杆均呈拱形,下弦杆和 腹杆则采用箱形截面。主桁采用了整体节点板的全焊钢结构设计, 桥面板则采用了正交异性钢桥面板结构。
图2 1号桥效果图
图3 1号桥实景图
(2)2号桥
本桥为一座斜靠式系杆拱桥,别致新颖,美观大方,将为您提供一个绝佳的亲水平台。这座桥是斜靠式钢管混凝土系杆拱桥,它的拱肋是由两片直立拱肋与两片斜靠的拱肋巧妙组合而成。
主拱是两铰拱,计算跨径为110米,矢高20米,矢跨比为1/5.5。而斜拱是无铰拱,具有推力,其轴线跨度为112.72米,拱圈平面内的矢跨比为1/5.1。主拱圈和斜拱圈的截面外形都是倒等边三角形,而三个角点采用三根小钢管,中央采用大直径钢管。主拱圈是钢管混凝土结构,而斜拱圈则是全钢结构。另外,斜拱圈内倾34.47度。最后,主拱系梁采用断面为钢箱梁。
图4 2号桥效果图
图5 2号桥实景图
(3)3号桥
本桥的设计构思为日月拱,由两个不对称的拱圈组成,大拱圈代表太阳,小拱圈代表月亮,象征着日月同辉。
本桥为下承式系杆拱钢桥,它的计算跨径高达90米。这座桥的独特之处在于它的主要受力结构——“日月拱”,由两个不对称的拱构成。大拱圈弧长116.7米,高33米,向东倾斜18度,象征着太阳;小拱圈弧长99米,高16米,向西倾斜22度,象征着月亮。这种设计预示着贵阳未来方舟的未来将与日月同辉。桥梁的结构在顺桥向是对称的,但在横桥向却不对称。它们由86根吊杆系于桥的两侧,与桥外伸出的半圆观景平台相对。这种独特的设计被称为“非对称外斜式联合梁系杆拱桥”。
图6 3号桥鸟瞰效果图
图7 3号桥实景图
(4)4号桥
本桥上部结构采用了独特的自锚式钢结构悬索桥,展现出古典、优雅且美观的外形。整座桥梁全长为85.6m,计算跨径为16+40+16m,采用了钢结构仿古悬索桥的设计。索塔采用了变截面的钢塔柱,如同守卫桥梁的钢铁战士,稳稳地承载着桥梁的重量。钢箱梁则采用了等截面的箱型构造,仿佛精巧的积木组合,横截面跨中处梁高1.3m,显得结实而轻盈。
主缆是桥梁的脉络,它采用了经过板材机加工的精致部件,不仅保证了桥梁的坚固性,还赋予了桥梁现代化的科技感。整座桥梁的结构设计巧妙,融合了古老与现代的元素,真是一道独特的风景线!
图8 4号桥鸟瞰效果图
图9 4号桥实景图
三、设计特点
贵阳市未来方舟,西南地区的独特宝藏,将温泉养生、游乐度假、商务休闲与高尚人居巧妙地融为一体,展现国际生态综合型地产的魅力。 它跨越母亲河——南明河,在桥梁造型、与周边建筑和自然景观的协调上,都表现出高超的精湛技艺。
桥梁工程作为该地产项目的配套工程,桥型、布局、建筑风格、色彩、功能,以至于建设周期,都严格遵循整体项目的需求。这座桥梁将能有机地成为贵阳新地标建筑的一部分,与城市的地域特色、自然景观和人文环境相得益彰。在建设过程中,我们始终关注桥梁建设周期的缩短,尽量避免河道内施工等因素,同时深入挖掘贵阳市的地域特色、自然景观和人文环境等元素,让桥梁工程成为贵阳未来方舟的闪亮一环。
四、工程设计的难点
(1)桥型选择
在本工程中,桥型选择受到了多个因素的影响。首先,景观要求是一个重要的考虑因素。为了与周边环境相协调,桥型的设计需要与周围的景观融为一体,从而营造出一种独特的美感。其次,由于河道水位较高,桥面设计高程与设计水位之间仅有2米的差距,这给桥型选择带来了较大的限制。因此,在选择桥型时需要充分考虑到这一因素,以确保桥梁在满足通行功能的同时,不会受到水位的限制。
除此之外,本工程还需要满足人车辆通行的功能,同时达到观光游览的效果。这意味着桥型设计需要同时考虑到实用性和观赏性。为了满足这一要求,设计师可能需要采用一些创新的桥型设计,如景观拱桥、悬索桥等,以实现人车分流,同时为游客提供观赏美景的场所。
另外,桥梁的宽度也是一个需要考虑的因素。本工程中,桥梁宽度达到了60米,这使得常规的梁桥单幅宽度很难满足要求。为了解决这一问题,设计师可能需要采用一些特殊的桥梁结构形式,如组合式桥梁等,以实现桥梁的宽度要求。最后,桥跨布置也给本工程的设计带来了较大的困难。由于河道、截污沟、交口路口等条件的限制,桥跨布置需要充分考虑到这些因素,以确保桥梁的建设不会对周边环境造成影响,同时满足通行和人车分流的要求。这些控制因素给设计时桥型选择带来了较大的困难,需要设计师进行全面的考虑和周密的设计。
(2)拱脚处“铰”的材料及“铰座”构造的设计
这座桥的主拱是一座两铰拱,像两个优雅的舞者,拱起的曲线美得让人流连忘返。这座拱桥的铰,可以选择使用钢构件或者铸铁构件,真是个纠结的选择题。不过别急,我们来看看设计者们是如何考虑的吧。
首先,从功能角度来看,两种材料都能满足要求;其次,从受力角度来看,铸铁构件更胜一筹;再者,从耐久性角度来看,铸铁构件同样表现优秀;最后,从制造工艺难度来看,嗯…这还是交给专家去评判吧。
那么经过综合比较,采用ANSYS软件进行实体分析后,最终确定了采用铸铁构件来构建这座优美的拱桥。现在我们来看铰座部分,它受力复杂得让人头疼。但别怕,设计者们早有准备。铰座顶部采用的是凹型铸铁构件,底部则是钢构件。是不是觉得很有艺术感?既保证了铰座的受力要求,又保证了其变形的控制和耐久性。不过等等,还有更精彩的!为了确保铰座的安全耐用,设计者们决定将钢构件内部注浆填实。这个决定经过了充分的论证,确保了铰座的安全性和耐用性。现在你已经了解了这座拱桥的奥秘了,是不是觉得设计者们真的很用心呢?他们不仅考虑到了美观性,还考虑到了实用性、耐用性和安全性。这座桥不仅仅是一个交通工具,更是一个艺术品。
(3)大支座间距宽桥的处理
道路十二南明河桥、道路十六南明河桥, 最大桥面宽度达60米,梁端支座横向间距达27.5米,拱梁结构空间效应明显,端横梁长期挠度会较大,对主体结构受力不利,还会导致伸缩缝容易损害,桥头“跳车”现象显著。为了改善该类大支座间距宽桥存在的问题,提出了加大端横梁的高度并设置梁高渐变段的优化措施。通过详细的计算分析和成桥荷载试验证明,采取这样的优化措施可以显著改善大宽度桥梁存在的问题,提高了桥梁的稳定性和安全性。
(4)非对称外斜式拱桥的稳定性
道路十六南明河桥为 "非对称外斜式联合梁系杆拱桥。 拱圈稳定性是设计和施工的关键难题。经过试算和优化,决定调整大拱和小拱的倾斜度,以提高稳定性和承重能力。双面拉索设计增强结构稳定性,控制拉索强度和稳定性以保证安全。分阶段张拉施工措施确保施工稳定、安全和高质量。综合考虑拱圈稳定性、结构强度和施工可控性等多个因素,通过优化和改进,为独特美丽的桥梁建成奠定基础。
(5)拱梁连接部位构造
道路十六南明河桥 在初步设计阶段,采用焊接方式连接拱圈与纵梁的部位。然而,在深入施工图阶段,进行了详细的分析,发现拱圈拱脚部位的钢板厚度较大,焊接产生的残余应力也相应增大。经过权衡利弊,做出了一个重大的决定——将连接方式改为螺栓连接,以优化结构设计。这一改变不仅提高了结构的安全性,也极大地增强了整体结构的稳定性。
(6)拉锚设计关键技术
道路十二南明河桥及道路十六南明河桥均为钢结构系杆拱桥,系杆与桥面系采用拉锚固结,拉锚精度要求高、可调范围小、计算难度大,施工体系转换系杆空间效应明显。
五、总体评价
本工程位于城市的核心区域,因此设计过程中对桥梁方案进行了精心的构思,并多次进行优化调整。设计师们不仅考虑了桥梁的景观效果,还对其经济型和可实施性进行了综合比较,以提升方案的整体水平及景观效果。最终,工程成为了一座地标性建筑,吸引了众多游客前来参观。
在方案的实施过程中,由于结构复杂,设计及施工技术难度大,设计师们将BIM(建筑信息模型)等先进理念引入设计并用于指导施工。这种方法不仅保证了工期,还提高了工程质量。自建成以来,各桥梁未出现任何裂缝、支座移位、主梁下挠等病害,使用效果良好。