淺析圣地亞哥一座標(biāo)志性人行橋
2016-12-26
此人行橋是一座自錨式懸索橋，主跨長355英尺，坐落于圣地亞哥市區(qū)，臨近Petco公園，美國職業(yè)棒球大聯(lián)盟的圣地亞哥教士隊和圣迭戈灣圣地亞哥會議中心的家鄉(xiāng)。此橋通過一系列的鐵路線來運(yùn)載行人，包括重型貨物運(yùn)輸，鐵路客運(yùn)，和有軌電車。行人也可以穿過一個繁忙的市區(qū)街道，并且直接連接著一個多層的停車建筑體。
對于工程師而言，一座步行橋就像一個孩子的空白畫布，在結(jié)構(gòu)形式上可以有無限的創(chuàng)造力。幾何形狀，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和細(xì)節(jié)，這些可以限制工程師在傳統(tǒng)車輛橋梁設(shè)計的方面上根本就沒有任何限制。蜿蜒的坡道和樓梯，傾斜的結(jié)構(gòu)，具有挑戰(zhàn)性的纜索幾何形狀，都有可能在步行橋上體現(xiàn)出來。
相對于車輛橋來說，步行橋有更大空間的自由發(fā)揮。它們有比較少的幾何限制。汽車不喜歡高度彎曲的結(jié)構(gòu)，但人們喜歡。此外，步行橋所受的資金限制要少于車輛橋。它們的較小規(guī)模使得它們固有成本較低，即使它們單位成本要高得多。因此，社團(tuán)可能會花費(fèi)數(shù)百萬美元在一座獨(dú)特行人橋上，同樣的錢花在車輛橋上肯定會增強(qiáng)其功能，卻不足以創(chuàng)建一個標(biāo)志性的結(jié)構(gòu)。
設(shè)計中可以涵蓋新穎精致的細(xì)節(jié)，并且會受到行人的欣賞，而在車輛橋上，在高速上開車旅行卻無法欣賞這些細(xì)節(jié)。有這些自由，和美麗的加利福尼亞，圣地亞哥市中心的景觀作為畫布，我們能夠創(chuàng)造一個動態(tài)的，帶戲劇性的標(biāo)志性結(jié)構(gòu)。
圣地亞哥市中心區(qū)位于圣迭戈灣市。多年來，該市一直致力于在歷史悠久的巴波亞公園和風(fēng)景如畫的圣迭戈灣之間完成一座行人和自行車的連接，并稱之為“公園灣”鏈接。此鏈接最后一環(huán)被當(dāng)?shù)氐碾娷囓壍?，幾套貨運(yùn)列車軌道和一個鬧市大街所阻礙。2004年，該市委托CCDC，城市重建局，來建立一座大橋完成約2英里的公園灣鏈接。項(xiàng)目選址臨近于剛修建的Petco公園，美國職業(yè)棒球大聯(lián)盟的圣地亞哥教士隊和圣迭戈灣圣地亞哥會議中心的家鄉(xiāng)，占地超過100萬平方英尺。
備受矚目的解決方案
CCDC認(rèn)為：備受矚目的項(xiàng)目定位需要一個有重大意義的建筑作為城市門戶，并且作為圣地亞哥市區(qū)復(fù)興的一個地標(biāo)。他們聘請了設(shè)計團(tuán)隊設(shè)計開放主題概念，并且對大橋和其周邊廣場做了相應(yīng)計劃。盡管考慮了很多替代物，最終橋梁類型是一個帶斜塔的自錨懸索橋。
理想情況下，吊索作用線（嚙合線;接觸線）應(yīng)該通過截面的重心來實(shí)現(xiàn)恒載平衡。
108.2長的主跨的水平彎曲上部結(jié)構(gòu)是一個深度為0.91米的單元中空箱形梁截面。5.97米寬的全斷面包括了一個2.77米寬的從橋面的薄壁封閉箱部分一側(cè)延伸出來的懸臂板。非對稱截面將形狀的重心盡可能朝由單排斜吊桿支撐的橋面邊緣移動。橋面板，腹板，箱拱腹的典型厚度為13.97厘米。橫向橋板肋骨和內(nèi)隔板間距為304.8厘米，在中心結(jié)合了8000磅的混凝土抗壓強(qiáng)度來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度。
索塔高39.62米，呈30度傾斜，它斜靠在橋面上，支撐著懸索。在上部結(jié)構(gòu)一個邊緣處，在欄桿頂部，34個獨(dú)立的吊索裝在主纜上，支撐著橋面。主塔橫截面有一個常數(shù)為1.77米寬的淚滴形狀，橫向于主塔整個高度的彎曲方向。沿著主要彎曲方向，淚滴形狀的長度逐漸變窄，從底部的4.29米到頂部的1.58米。主塔由6000磅抗壓強(qiáng)度的混凝土制成，并且由128個直徑為0.18米的預(yù)應(yīng)力鋼絞線內(nèi)部張拉。
主纜軌跡
對于大多數(shù)橋梁，其結(jié)構(gòu)系統(tǒng)相對比較簡單。這種情況下，自錨懸掛系統(tǒng)的力學(xué)就提出了第一個挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的懸索橋，主纜通常搭在兩主塔中間，由懸索橋橋面自重引起的主纜張力，可以通過地面上大規(guī)模的索錨具來抵制。自錨懸索橋，主纜的張力由上層結(jié)構(gòu)的縱向壓縮來抵制。因此，完整的上層結(jié)構(gòu)必須比其它主纜懸掛部件先到位。
這座橋，源于其橋面不是線性的，其主纜結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。由于引橋樓梯，大橋兩端有一個垂直的彎折。解決方案就是將主纜一直到達(dá)樓梯底部，并且把他們錨固在每一組樓梯底部的橋臺上。為了處理從橋面到樓梯的角度轉(zhuǎn)換，主纜須穿過放置在每個樓梯跨頂部的，并且嵌入在砼蓋梁中的一個鋼偏量裝置。這種解決方案意味著主纜的一些張力由橋臺基礎(chǔ)所抵制，但主纜大部分張力仍由剛度硬的樓梯和上層結(jié)構(gòu)所抵制。
非對稱平衡
用附加在橋面一側(cè)的索纜支撐著橋面是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的設(shè)計。看橋梁的這個典型截面，橋面的不平衡性是顯而易見的。似乎是橋面的重量要把截面弄彎一樣。這種由不平衡支撐位置產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)必須以某種方式補(bǔ)償。最好的辦法就是讓吊桿支撐力的作用線穿過橋梁截面的重心。于是建立一個非對稱橫截面，盡可能的把截面重心往吊桿移動。不幸的是，重心無法轉(zhuǎn)移足夠遠(yuǎn)的距離來達(dá)到設(shè)計平衡。于是支撐點(diǎn)移到欄桿頂部，努力把作用線進(jìn)一步向重心處轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到橋梁自重和吊桿索力之間的平衡。
事實(shí)證明，事情沒那么簡單。自重轉(zhuǎn)動力仍大于吊桿水平組件阻力，因?yàn)殪o力扭轉(zhuǎn)，橋梁仍處于不平衡狀態(tài)。為了達(dá)到平衡，一個額外的橫向抗力是必要的。為了提供這種必要的橫向平衡力，需要沿著欄桿立柱頂部增加一個額外的縱向后張預(yù)應(yīng)力錨索。由于規(guī)劃中橋梁的曲線，這在欄桿頂部創(chuàng)造了一個額外的向心力，來提供平衡所需的扭力。
主纜和吊桿
主纜一共36股，直徑1.5厘米，打蠟和護(hù)套在一個灌漿不銹鋼導(dǎo)管中。主纜每一邊的鋼索被錨固在索塔頂部。36個單獨(dú)股線捆扎著放置在大橋附近，并且粘在一起壓緊成束包。把整個包拉著通過用一個臨時支撐線懸掛著的不銹鋼導(dǎo)管。把吊桿切到預(yù)訂的長度，把它們連接到主纜導(dǎo)管上，當(dāng)導(dǎo)管處在一個松弛的位置時。所有吊桿連上后，主纜被加上應(yīng)力，不再松弛，把最終負(fù)荷加在吊桿上，并且吊起大橋，離開腳手架。然后給導(dǎo)管灌漿。
一個縱向預(yù)應(yīng)力被加在欄桿頂部。再加上橋梁曲率，此預(yù)應(yīng)力創(chuàng)造了一個向內(nèi)徑向力，提供平衡所需的復(fù)位扭力。
橋梁細(xì)節(jié)
對于一座步行橋，行人們更接近于大橋的細(xì)節(jié)，并以步行的速度瀏覽觀光。橋梁上的連接和硬件在這些類型的橋梁上扮演者重要的角色。導(dǎo)管取代了纜索，并且沿著主纜提供了一個連續(xù)的光滑的路線。吊桿依次附在管子節(jié)點(diǎn)板上，而不是通過纜索索箍直接連在主纜上，同樣也提供了光滑整齊干凈的外觀，進(jìn)一步增加了愉快的旅途興致。
主纜延伸到基臺的樓梯，并且錨固在橋臺。從橋面到樓梯的角度轉(zhuǎn)換通過放置在每個樓梯跨頂部并且嵌入在砼蓋梁中的鋼偏量裝置來改善。
夜景賞析
部分施工細(xì)節(jié)
橋面和索塔都是使用的現(xiàn)澆混凝土，雙方工作同時進(jìn)行。
混凝土橋面在腳手架上現(xiàn)澆，設(shè)計時允許在給索纜加應(yīng)力時，可以有超過7.62厘米的橫向移位。
結(jié)論
此大橋完成了圣地亞哥公園到海灣連接的最后一環(huán)，并且為城市提供了一個結(jié)構(gòu)圖標(biāo)。新的自錨式懸索橋，130英尺高的塔，斜靠著水平彎曲橋面，并且吊桿僅僅依附在橋面的一側(cè)，這座大橋的的確確適合美國最好的城市之一。
