全球阅读量最大的在线新闻报纸网站《每日邮报》再再再再次撰稿(小编没有结巴,确实已经写了四个专访了)深度介绍张家界大峡谷玻璃桥。他们是这么说的:
每日邮报这会是世界上最令人生畏的旅游景点吗?中国造价达万英镑的玻璃桥凌空横跨在离地米的山谷之上,还有个蹦极台和秋千!!
最新发布的航拍影像显示大桥整体建筑即将完工!
这座位于张家界大峡谷,长米的玻璃桥即将对游客开放!
明年在这座原本就够吓人的大桥上面还会有个米的蹦极!
此外,据说还有个米长的大秋千会加装在桥体上,在这个郁郁葱葱的峡谷上空荡来荡去!
听起来是不是很爽?这样的桥到底是什么样的?嘿嘿嘿,有孩子的抱稳了,请看!
绝美视频戳下面:
远远看去就已然惊心动魄,在建造时的难度更可想而知,今天小编就来独家揭秘张家界大峡谷玻璃桥到建造时使用了什么先进的施工技术,真的是凝结了无数工程人的智慧与勇气啊!
大跨度人行桥减震技术为使桥梁结构在各种震动情况下能够正常运作,同时延长桥梁使用寿命,张家界大峡谷玻璃桥采用了多种减振措施,堪称世界最柔、舒适性最好的桥梁。然而,多种减振措施于一体给桥梁建设造成了极大困难,中建六局玻璃桥项目部从结构设计到施工过程层层把关,保证了每项措施都落实到位。
结构设计张家界大峡谷玻璃桥空间索面大张开量(张开量超过6倍),主梁高跨比最高(1∶)的结构设计在考虑桥梁美观的同时,极大提高了全桥的整体刚度。全桥根吊索(杆)均存在不同的横向角度,保证了桥梁的稳定性。经湖南大学陈政清院士的风动实验室进行抗风验证及抗震计算,均符合要求,特别是抗风方面,本桥采用大变量空间索,极大地提高了桥的抗风性能和人的舒适度。其中抗风试验加风速至56m/s依然没出现桥的涡振和颤振。
辅助措施本工程桥面采用玻璃球TMD阻尼、水箱式TLD阻尼、悬臂梁式TMD阻尼3种减振措施(见图1~3)。附加的子结构有质量、刚度和阻尼,因而可以调节子结构的自振频率,使其尽量接近主结构的基本频率或激振频率,这样当主结构受激振而振动时,子结构就会产生一个与主结构振动方向相反的惯性力作用在主结构上,使主结构的反应衰减并受到控制,有效阻止了人致振动并减小了地震的影响。
图1玻璃球TMD平面连接
图2水箱式TLD平面连接
图3悬臂梁式TMD
施工过程大部分采用缆索吊机吊装法施工的悬索桥,均采用由中间向两端吊装的施工顺序,但本工程地处山区峡谷,风速较大,这种施工顺序容易引起桥梁整体振动。项目部慎重考虑后决定采用由两端向中间吊装的施工顺序,以减小施工过程中桥梁的振动。现有桥梁施工中可借鉴经验较少,吊装过程中需要对塔架偏量、塔架应力、主索垂度及索力、主地锚位移等结构数据进行实时监控来保证桥梁的稳定性。
空间索面悬索桥监控技术与其他桥型相比,悬索桥相对较柔,施工过程中工况变化繁多,形状变化很大,结构具有强烈的几何非线性,加之悬索桥难以对误差进行调整,所以施工监控非常必要。而对于空间索面悬索桥来说,其主缆呈现出空间三维状态,索夹和吊索均存在横向偏转角度,施工过程中控制难度极大,这就对施工监控提出了更高要求。
主缆线型控制成桥主缆线形的确定将关系到主缆索股无应力长度、吊索下料长度、加劲梁耳板焊接倾角、成桥桥面标高、鞍座与顺桥向夹角等,对整个悬索桥工程能否达到设计状态至关重要。对于空间缆悬索桥,主缆同时存在竖向和横向的垂度,且两者并不完全独立,而索为柔性结构,平面连接在荷载作用下的变化规律不显著,计算繁琐。在实际监控计算中,采用坐标迭代的方式,以竖向设计垂度作为定值,通过坐标迭代的方式,调整竖向线形,并根据荷载状态和主缆的变形条件迭代出横向线形,从而得到每一个主缆节点在成桥状态的三维坐标,最后再根据荷载状态推算出实际的空缆状态指导施工架设。
索夹放样位置确定由于悬索桥的计算状态为成桥状态,而在索夹定位时为空缆状态,因此在模型计算时需要将所有的成桥荷载全部拆除,使主缆成为自由下垂的平面空缆状态,并设置正确的索鞍预偏量。同时,理论状态桥塔无偏位,温度为设计温度,和现场实际桥塔偏位、环境温度等有些许差异,而这些差异对索夹放样有较大影响,因此,需要在理论计算中引入桥塔偏位和主缆温度参数,通过计算输出不同状态下的结果,拟合放样公式,再结合现场实际测量结果确定精确的索夹位置。
鞍座顶推次数及顶推量在架梁初始阶段,鞍座的顶推主要是防止主缆在鞍槽内滑移,随着架梁的进行竖向荷载增大后,鞍座顶推的主要目的是释放桥塔底部的弯矩。空间缆悬索桥的塔顶鞍座安装时与顺桥向有一个夹角,这主要与成桥状态的主缆线形有关,因此在鞍座顶推的过程中,桥塔会同时产生横向和纵向的位移。在架梁前期阶段,主缆没有达到设计状态,横向和纵向荷载的比例并不满足鞍座设置的倾角正切值关系,同时桥塔是独柱结构,前期架梁顶推受桥塔横向偏位控制,顶推次数较平面主缆悬索桥多。在每一个架梁与顶推阶段,都要确保桥塔顶部的偏位和塔底的应力,均不能超过限值。
锚跨索股张力调整合理的成桥状态,锚跨各索股的拉力比较均匀且与设计值接近。该桥在散索点使用的是散索套,前期荷载较小,散索套没有达到设计位置,故而锚跨张力在钢梁吊装完成后再作调整。首先通过激振的方式测定每根索股的频率,然后根据无应力长度、索股基本参数和相关公式,计算实际的索股拉力。由于锚跨索股的张拉与放松会导致散索套的移动,且索力的变动会相互影响,因此不能简单按照线弹性理论来计算索股的调节量,很难一次调整到位,需要进行反复的测量调整工作。
景区内大型桥梁绿色施工技术张家界大峡谷玻璃桥为人行景观桥梁,施工过程中对环境保护的要求极高,项目部从施工组织设计到具体方案实施过程中细化考虑绿色施工要求,做到环保效益最大化。
桩基础采用水磨钻人工挖孔施工工艺桥梁基础设计为桩基础,桩长15~20m不等。因桩基施工位于景区内,且地质属于微风化灰岩,不能采用常规的钻孔桩施工工艺,也不能采用人工挖孔爆破施工工艺,会对景区的正常运营造成不利影响,最终选定水磨钻人工挖孔桩施工工艺(见图4),该工艺具有施工安全、环保无污水排放等优点。
图4水磨钻人工挖孔桩施工工艺
隧道式锚碇开挖采用潜孔钻机配合小型挖掘机开挖工艺隧道式锚碇周边围岩为Ⅲ级围岩,但由于隧道式锚碇位于景区入口一侧,距离景区入口直线距离仅约m,为保证景区的正常运营,隧道式锚碇开挖不能采用爆破作业。隧道式锚碇洞口尺寸仅为4m×4m,大型挖掘机械无法进行作业,施工过程中采用潜孔钻机配合小型挖掘机开挖的施工工艺。
空间索面悬索桥缆索系统施工技术目前在桥梁施工中,空间索面结构均应用在地锚式悬索桥中,采用“先梁后缆”施工工艺,体系转换的同时完成空间线形的调整,常见方法如表1所示。
由于张家界大峡谷玻璃桥为空间索面地锚式悬索桥,总体施工工艺为“先缆后梁”,无法采用常规的自锚式悬索桥主缆体系转换的方式进行空间线形的调整,必须在主缆架设完成后,对主缆进行横向对拉调整主缆的空间线形,以便索夹横向倾角的调整以及后续加劲梁的架设工作。
横向对拉数及位置主缆横向对拉后主缆成多段线状,并不能达到设计空间圆滑曲线要求。在施工可行的情况下布置适当数量对拉设备,满足主缆“以直代曲”的要求,对拉道数及位置都应建立数据模型,根据张拉力、线形效果以及施工可操作性等因素综合确定。加劲梁吊装过程主缆横向对拉处主缆标高发生“先高后低”的变化,在均满足主缆线形前提下,综合3道与5道对拉张力内力及施工宜操作性的要求,拟采用3道对拉装置。
对拉工装设计主缆施工属于高空、高危作业,要求其施工过程所使用设备尽量小巧便捷。对拉工装的设计在满足施工强度要求(施工阶段单点张力最大值kN)的同时尽量减小其体积及重量。本工程用型钢或普通钢板焊接制作,单点布置钢绞线共6根,安全系数>2。项目部成员集思广益,以对拉处索夹为受力点用型钢和工字钢制作了简易对拉工装(见图5)。
图5简易对拉工装
对拉过程控制①对拉张力控制。主缆横向对拉过程要求多点同时对拉,以避免单点对拉位移大、受力集中及主缆折角较大等问题。各对拉点分级、同步张拉,施工过程利用千斤顶油表读数及测力传感器双控钢绞线受力情况(见图6)。
图6张拉过程控制
②对拉过程防护。雨季施工期间,对拉装置外露且在合龙段吊装前才能全部拆除,为防止对拉装置生锈导致对拉索松动发生危险,在对拉处两侧主缆上缠绕钢丝绳进行保护。对拉效果主缆对拉完成后线形基本接近成桥线形,能够按照设计角度准确安装索夹(见图7)。
图7主缆对拉完成效果
空间索面悬索桥加劲梁施工技术山区跨峡谷大跨度悬索桥,一般谷底无施工作业面,运梁设备无法到达梁段待安装位置下方,加大了桥面安装的施工难度。目前山区大跨度悬索桥加劲梁架设主要有缆索吊机整节段吊装、桥面吊机散拼、索轨滑梁法等方法(见表2)。
结合上述3种施工工艺与本桥工程特点及工期的需要,综合考虑选用改进后的缆索吊机整节段安装施工方法。本工程地处山区峡谷,考虑到峡谷大风会影响加劲梁吊装,项目部综合考虑设计要求、现场情况及陈政清院士的风洞研究,决定采用由两侧向中间对称吊装的缆索吊机整节安装施工方法。
总体布置大跨度悬索桥一般是平行索面结构,可利用自有的索塔与锚碇体系作为缆索吊机支撑架、锚固点的施工平台,只要另行配备缆索吊装系统就构成了完整施工条件。本工程为空间索面悬索桥,采用缆索吊装法进行加劲梁吊装,需增设缆索吊系统以实现加劲梁的水平和垂直运输,架设次序由跨中向两桥塔方向进行。
加劲梁在厂内制作完成后拆分成单根横梁和纵梁发运,到达现场后将横梁与纵梁在总拼胎架上预拼成单个节段;因缆索吊起吊重量限制,对于L1和L2节段,采取先浇筑混凝土再吊装(横梁与纵梁连接处的4个空腔约1.5m3留待成桥后再浇筑),L3~L7采取待全桥吊装完成后整体浇筑混凝土。先调整吊索对应索夹角度,并焊接耳板,然后将每个节段用运梁车运至缆索吊起吊点正下方,安装扶手栏杆和安全网,利用缆索吊将各节段吊装至相应的位置,安装吊索。各节段之间采用柔性临时连接,以便适应线形的变化。因L7节段超重,L7节段在桥头搭设临时支架拼装,其余节段采用缆索吊由两岸向跨中对称吊装,所有节段的吊装重量均不大于41.1t。吊装完成后调整线形,将全桥焊接成整体,浇筑部分腔体混凝土并封堵工艺孔,然后进行外观打磨处理,最后全桥涂装。
缆索吊设计缆索吊装系统由主索、跑车、起重索、起重滑车组、牵引索、起重及牵引卷扬机、锚碇、塔架、风缆等组成。根据现场条件,索跨分布由西岸至东岸依次为:60m+m+60m。整个缆索吊装系统设1组主索(由6根直径47.5mm钢丝绳组成),边跨后缆风与水平面夹角约28°,采用双吊点吊装。
1)起重量设计。本工程采用缆索吊机整节段吊装施工工艺,各节段重量如表3所示。考虑到渐变段钢结构重量较大,全部吊装完成后再浇筑混凝土,标准段浇筑完成后再吊装(横梁与纵梁连接处的4个空腔约1.5m3留待成桥后再补灌),故缆索吊机设计起重量可设为45t,端头两片L7节段可在岸上搭设临时支架拼装,既满足了设计要求,又最大化节省了成本。
2)垂度设计。根据《路桥施工设计手册》,主索垂度可根据施工经验而定,一般可取主索跨度的1/14。相同吊重情况下主索垂度增大可减小主索受力,但是会增加跑车牵引绳的拉力。根据以往的施工案例,垂度可取主索跨度的1/10,也即垂度取44m,此时缆索吊装系统经济性较高,只需在跑车牵引绳设计时留意校核牵引索索力即可。由于该悬索桥为空间索面结构,因此在安装索夹前需要在主缆的L/2和L/4处设置对拉索(使主缆线形近似成桥线形)后再安装索夹及吊索。加劲梁吊装至对拉索处时,才能进行对拉索拆除,因此缆索吊吊运构件需要跨越的最高点为跨中处的对拉索。由于加劲梁由两岸向跨中对称加载,主缆跨中处标高存在一个“先升高后回落”的过程,整个施工过程中主缆跨中处标高最大值为+.m(见图8)。当主索垂度取44m时,主索跨中处最低标高为+.m,比主缆跨中最高点高出约8.3m,由于跑车和起吊滑轮组的构造高度约3m,吊具至吊点高度约3m,加劲梁自身高度约0.6m。最不利工况下,吊运加劲梁跨越主缆跨中对拉索时,加劲梁底部与对拉索的安全距离约为8.3m-3m-3m-0.6m=1.7m,安全距离足够。
加劲梁吊装
本工程为空间索面结构悬索桥,吊索与主缆及加劲梁间横桥向均存在角度,需根据监控指令进行角度调整。
1)索夹调整。由于吊装过程中主缆及桥梁线形不断变化,为保证空间索面结构的完美形成,每片加劲梁架设前要精确调整对应索夹。
2)端梁架设。由桥型模拟软件可知,端横梁及端头节段架设完成后端头存在下降趋势,且一直保持下降趋势直到东岸第2个L2安装到位(共下降2m)后才有所上升,为防止架设过程中已吊装梁段整体向前滑移或轴线产生偏移,在端横梁与承台垫石接触处采取限位措施,方便合龙段架设的同时也一定程度上减小了下沉量(见图9)。该措施不仅大幅度减小端头的下沉量还能对大桥轴线起限制作用,有效限制架设误差。
图9限位措施
在两岸搭设临时支架,拼装L7节段。拼装完成后安装L7节段的吊索,然后拆掉临时支架,主缆加载处及其附近区域的标高均会下降,主缆跨中区域标高将上升。因缆索吊只能垂直升降,而吊索耳板与桥面有夹角,垂直方向难以进入,故安装吊索耳板时仅安装吊索耳板单侧筋板,吊索从耳板另一侧旋入,旋入后再安装另一侧筋板(见图10)。
图10吊索耳板安装
因吊索耳板与吊索必须平行才能旋入,而吊索耳板与主缆在空间上有夹角,吊索只能沿垂直或平行于主缆的空间转动,在必要的情况下可能需要转动调节套筒才能使吊索旋入吊索耳板内。
3)其余节段吊装。由缆索吊机将梁段吊装到位后,安装吊索和连接处限位板,安装完成后松掉梁段与跑车连接点。由于端头节段吊装后端头处下降较多,随着加劲梁的架设每个连接处标高都会有所变化,所以连接处必须采用连接板铰接连接取代刚性连接(见图11)。按照以上步骤,逐节段安装加劲梁,安装顺序遵循从两岸向跨中、对称加载的原则。
图11连接板铰接连接
4)吊装合龙段。吊装合龙段前必须考虑热胀冷缩的影响,先观测一段时间主线随温度的变化,选择合适的时间和温度进行吊装。根据加劲梁总体吊装顺序,按照先西岸后东岸进行主桥加劲梁合龙施工。施工采用预偏法,即利用卷扬机将索塔端部梁段向索塔处预偏30cm然后下放合龙段梁段,再利用千斤顶顶推预偏梁段归位,实现主桥加劲梁合龙。
整个吊装施工过程中,中建六局玻璃桥项目部成功克服了结构创新及施工工艺创新带来的种种困难,确保了张家界大峡谷玻璃桥主体部分施工顺利完成。
(来源:《施工技术·资讯》年第1期,作者马亮,郭坤,韩猛,唐宝军,有删改)
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