1工程概況

某湖人行橋位于旅游休閑區(qū)，主要跨度為150m，長度為192m的4跨連續(xù)懸索橋。其跨度構(gòu)成:18m+10.35m+150m+13m。人行橋跨越廣闊的湖面，連接著兩岸的青山。白天，橘紅色的鋼梁反映在綠色的水面上，夜晚，橋面上的七彩燈光形成了五彩繽紛的彩虹，富有時(shí)代氣息。結(jié)構(gòu)輕巧，美觀大方，與周圍景色協(xié)調(diào)。本橋?qū)?.74m，‘’鋼梁高0.75m。橋板采用9cm厚、25cm寬的C30混凝土預(yù)制板，板間間距為2.5cm。主橋塔高29.5m，主纜矢跨比為1/8。

2設(shè)計(jì)構(gòu)思

由于橋梁位置湖水較深，該湖本身為大型水庫，水體必須得到保護(hù)。因此，在設(shè)計(jì)人行橋方案時(shí)，只提出了中承式拱橋、懸索橋、單塔斜拉橋等跨度大、造型優(yōu)美的方案�？紤]到與地形地貌的配合，各方案橋型的特點(diǎn)，雖然懸索橋造價(jià)相對(duì)最高，但從景觀設(shè)計(jì)的角度來看，懸索橋建成后的造型最優(yōu)美，在建設(shè)方的大力支持下，最后選擇了懸索橋?yàn)閷?shí)施方案。為了跨越湖畔的兩條道路以及施工的方便，最終跨徑組成為18m+10.35m+150m+13m，四跨連續(xù)。其整體配置、主梁橫斷面和橋墩平面。

3靜力計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

懸索橋?yàn)樗鹘Y(jié)構(gòu)，屬于非線性系統(tǒng)，一般平面線性結(jié)構(gòu)分析程序如QJX等無法計(jì)算。根據(jù)本部門的實(shí)際情況，我們采用平面計(jì)算，解決靜力問題，確定各部件的尺寸、配筋、鋼板厚度等。另一方面，與科研機(jī)構(gòu)、大學(xué)合作，重點(diǎn)解決抗風(fēng)、抗震等動(dòng)力性問題。

由于鋼梁單位重量輕，本橋的活恒比大于1，絕對(duì)值小，計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)恒載索力小，橋的重力剛度小。不得已放棄方案設(shè)計(jì)時(shí)準(zhǔn)備采用的木制橋架，改為9cm厚、25cm寬的C30混凝土預(yù)制板，以增大恒載索力和重力剛度。預(yù)制板用兩個(gè)M18螺栓與鋼梁連接。預(yù)制板在與鋼梁的接觸面上涂上瀝青膏，保護(hù)鋼梁的涂裝。

活恒比超過1，絕對(duì)值小帶來兩個(gè)問題。一是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難增加。后來從有關(guān)資料可知塞文橋活恒比僅0.19，恒伯爾橋活恒比僅0.25，博斯普魯斯海峽二橋活恒比為0.26。桁架式加勁梁由于梁高的關(guān)系雖活恒比較大，但其剛度較大可作彌補(bǔ)。二是大量行人在橋上行走時(shí)產(chǎn)生的主梁晃動(dòng)和振動(dòng)。英國切斯特爾的總跨度約為100m的Groves懸索橋在1977年的劃船比賽中，很多興奮的人涌入橋上，發(fā)生了很大的搖晃。最近的例子是倫敦跨越泰吾士河的千年大橋在開放日由于人流過大而出現(xiàn)的未預(yù)見的橫向晃動(dòng)，不得不關(guān)閉加固。因此，我們也討論了這一點(diǎn)。最后我們采取的措施是利用抗風(fēng)電纜和主電纜的平面形成小夾角，產(chǎn)生水平力強(qiáng)化橫向制約。另外，為了增加抗風(fēng)電纜和主電纜平面的角度，預(yù)約了增加抗力的位置。同時(shí)，請(qǐng)管理部門在兩座橋頭設(shè)置醒目的招牌，限制惡意行為。

懸索橋的兩條主要電纜是主要的受力部件，其安全與橋的安全有關(guān)，無法更換。根據(jù)國內(nèi)外的一些成功經(jīng)驗(yàn)，我們選擇了工廠斜拉橋?qū)Ｓ美�索和配套錨具，按斜拉索國標(biāo)生產(chǎn)，安全系數(shù)K≥3.0。出廠前按規(guī)定預(yù)先拉。吊索采用優(yōu)質(zhì)中15.2無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，考慮更換的可能性，其間隔為375cm。電纜夾具由45號(hào)鑄鋼制成�！�П’型鋼梁高75cm，中心距350cm，采用國產(chǎn)16Mnq優(yōu)質(zhì)鋼材，鋼板厚均為1cm。為增大主梁的抗扭剛度，橫隔梁間距加密至187.5cm。橋臺(tái)采用C25混凝土，橋塔、橫梁、錨定橋墩采用C30混凝土，塔頂鞍座下1m高度采用C30鋼纖維混凝土，其他按規(guī)范要求設(shè)計(jì)。

4風(fēng)振動(dòng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)

本橋高度和跨度比為1/200，寬度比為1140，超過≤道路橋涵洞鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范≥(JTJ025-86)第1.5.34條規(guī)定�；詈惚却笥�1，恒活載絕對(duì)值小，對(duì)風(fēng)振動(dòng)敏感，上述指標(biāo)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性密切相關(guān)，重視本橋抗風(fēng)設(shè)計(jì)。

采用Ansys空間有限元?jiǎng)恿Ψ治龀绦蚍治�，成橋狀態(tài)下一階段對(duì)稱扭轉(zhuǎn)頻率為0.5458Hz，一階段反對(duì)稱扭轉(zhuǎn)頻率為0.4071HZ，一階段對(duì)稱垂直彎曲頻率為0.3820HZ，一階段反對(duì)稱垂直彎曲頻率為0.29676

minTho-1=[Uα]/ffB=35/0.4071/3.90=22.0446>7.5

同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)主橋抗風(fēng)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)和分析研究，主要采用節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)。根據(jù)相似性的原理，節(jié)段模型的縮小比為1/17，長寬比為4，試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室TJ-2號(hào)的邊界層孔中進(jìn)行。第一步，進(jìn)行動(dòng)力特性分析和測(cè)量各種氣動(dòng)參數(shù)。第二步是通過節(jié)段模型的風(fēng)振穩(wěn)定性檢查同升湖橋的風(fēng)振性能。結(jié)果在a=3°迎角下，75°m/s時(shí)發(fā)生了扭曲振動(dòng)。a=0°和a=-3°迎角下，27m/s和38m/s發(fā)生垂直振動(dòng)，a=0°時(shí)狀態(tài)極不穩(wěn)定，對(duì)風(fēng)攻擊角非常敏感，稍有干擾即發(fā)散，本橋不能滿足抗風(fēng)穩(wěn)定性的要求。但是，試驗(yàn)表明自然風(fēng)場(chǎng)中本橋不會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)渦流振動(dòng)。

為了滿足抗風(fēng)穩(wěn)定性的要求，我們制定了三個(gè)改進(jìn)方案進(jìn)行比較。①在原設(shè)計(jì)斷面增加導(dǎo)風(fēng)板或在腹板上打開導(dǎo)風(fēng)孔②在原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上增加抗風(fēng)電纜③在原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上增加抗風(fēng)電纜和中央按鈕。

方案1、a=0°、a=3°和a=-3°迎角下，在橋狀態(tài)下振動(dòng)臨界風(fēng)速分別為25m/s、25m/s和18m/s。試驗(yàn)表明，在原設(shè)計(jì)的截面上增加導(dǎo)風(fēng)板或在腹板上打開導(dǎo)風(fēng)孔不能滿足抗風(fēng)穩(wěn)定性的要求。但是，導(dǎo)氣孔可以降低靜風(fēng)壓力。

方案2、a=0°迎角下，在橋狀態(tài)下緩和振動(dòng)的臨界風(fēng)速為29m/s，比振動(dòng)檢查風(fēng)速Ucg=28m/s稍大。試驗(yàn)表明，這種狀態(tài)極其不穩(wěn)定，對(duì)風(fēng)攻角極其敏感，稍有干擾即發(fā)散。因此，在原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中增加抗風(fēng)電纜仍不能滿足抗風(fēng)穩(wěn)定性的要求。

方案3、a=0°迎角下，在橋狀態(tài)下緩和振動(dòng)的臨界風(fēng)速為41m/s，比振動(dòng)檢查風(fēng)速Ucg=28m/s大，可滿足抗風(fēng)穩(wěn)定性的要求。因此，我們計(jì)劃三實(shí)施。

之后，通過春夏兩季多次大風(fēng)時(shí)的觀察和橋梁的體驗(yàn)，可以明顯發(fā)現(xiàn)有無抗風(fēng)電纜的差異。無抗風(fēng)電纜、5￣6級(jí)風(fēng)時(shí)，主梁有明顯的縱波位移，橫向位移達(dá)到10cm以上。十幾個(gè)人走在橋上有很大的振動(dòng)感。給人不舒服的感覺。加入抗風(fēng)電纜后，上述現(xiàn)象基本消失，證明抗風(fēng)電纜的設(shè)置確實(shí)提高了同升湖橋的抗風(fēng)穩(wěn)定性。

5鋼梁防腐處理

5.1涂層系統(tǒng)的選擇

鋼梁外壁是指頂板和腹板的外表面。這些板的外表面暴露在大氣中，是鋼梁最容易腐蝕的地方。但其表面光滑，易于噴涂施工。本橋根據(jù)大氣環(huán)境條件和使用要求，采用比較先進(jìn)的長效多層涂料系統(tǒng)保護(hù)鋼梁外墻。

5.2油漆涂裝的時(shí)機(jī)和方法

鋼梁各層涂裝在梁節(jié)段完成后，在吊裝前在全天場(chǎng)進(jìn)行。最后的油漆是鋼梁整體焊接成橋后，利用支架在間隔露天進(jìn)行的。

5.3噴涂施工

噴涂施工主要包括表面處理、噴涂、成膜、干燥和固化等過程。涂膜的質(zhì)量與表面處理的好壞、涂料的調(diào)配方法、涂裝方法、涂裝環(huán)境、涂膜的干燥和固化方法等因素密切相關(guān)，其中表面處理的好壞對(duì)防腐涂裝的效果和耐久性有最大影響。而且性能越好的涂料，對(duì)表面處理的好壞越敏感。因此，我們?yōu)橥垦b工程制定了施工要求，要求施工部門嚴(yán)格遵守。

6施工過程

本橋施工采用分段法施工，利用電纜吊起主電纜、主梁和混凝土橋面板。施工順序如下①采用人工挖孔方法施工橋塔樁基礎(chǔ)，其他腳和錨基礎(chǔ)采用明挖施工②施工混凝土橋臺(tái)、橋塔、橋墩和錨。同時(shí)，在工廠內(nèi)焊接主梁段，對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行初步防腐處理。在預(yù)制場(chǎng)預(yù)制砼橋面板。在主纜制造廠制造主纜、吊索及索夾具并在廠家做熱鍍鋅處理，外涂防銹漆③待各構(gòu)件砼強(qiáng)度達(dá)到100％后開始安裝主梁。主要吊裝設(shè)備為2(噸)200m跨度的單纜吊機(jī)。首先安裝主電纜、吊索和夾具。然后從中間向兩側(cè)橋塔吊起梁段，段間暫時(shí)鉸接，安裝后按吊起順序焊接成形。安裝的關(guān)鍵是確定安裝前主纜的高度。經(jīng)過我們的大量計(jì)算，加上施工單位的緊密配合，精心組織，最后跨中高度和設(shè)計(jì)值僅為4cm④對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行后期防腐處理，安裝混凝土橋面板、扶手、橋伸縮縫和抗風(fēng)電纜。其中，防風(fēng)電纜的安裝比較復(fù)雜，首先作為防風(fēng)電纜使用的電纜一次拉伸，消除大部分松弛。安裝抗風(fēng)電纜和吊桿后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)抗風(fēng)電纜分級(jí)施加200(KN)張力，在張力過程中同步觀測(cè)橋面高度的變化。最后，將各吊桿的長度調(diào)整到計(jì)算值⑤檢查，交付使用。

7成橋試驗(yàn)

全橋所有部件安裝完畢后，在施工部門的協(xié)助下，我們進(jìn)行了簡單的橋試驗(yàn)。用5(KN)重型推車從橋的一端均速移動(dòng)到橋的另一端，分別測(cè)量主梁上8點(diǎn)的位移。主梁最大的位移是小車跨中時(shí)，約2(cm)�？荚嚱Y(jié)果令人滿意。

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