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摘 要:介绍了马来西亚荪盖—普莱斜拉桥的设计特色,对我国桥梁建设有一定借鉴意义。
关键词:马来西亚荪盖—普莱斜拉桥;设计特色
位于槟榔(PENANG)市的荪盖-普莱(SUN PRAI)大桥,在2006年被英国结构工程师协会授予最高奖和交通奖。评审专家认为其是桥梁工程中最具有效果和想象力的典范,是21世纪里程碑的建筑物。
马来西亚交通部将荪盖-普莱大桥规划为大巴特沃斯(Butterworth)外环公路项目的一部分,目的是将那儿的港口和延伸整个马来半岛西部地区起始于北部的布克•卡余•希坦(Bukit Kayu Hitam)穿越吉隆坡到达南部柔佛•巴鲁(Johor Bahru)的南北高速公路连接起来,从而减轻槟榔州巴特沃斯工业区的交通拥挤的状况。新桥也可更快到达既有的槟榔大桥(连接槟榔州的大陆和岛屿)。新桥包括一条跨河通道(其通航净空超过28米,使得船只可以到达桥梁上游的船厂),主线高架桥和通往港区的匝道。高架桥也跨越铁路。由于位于市区,要求项目团队尽量减少对往来港区的车辆和往来船厂的船只的干扰。
项目由业主按照建造-运营-移交(build/operate/transfer)的模式承建,设计单位也提出了替代的结构方案。对于主线高架和跨河主跨,业主原先考虑采用双幅混凝土箱梁结构。一家国际咨询公司—达•阿尔汗达萨咨询公司(Dar Al-Handasah Consultants(shair and Partners) 提出了替代方案,采用单幅很宽的、由单箱多室箱梁骨架与预制悬臂组成预制节段。高架和斜拉桥主跨的悬臂单元相同。
单箱多室箱梁和悬臂展翅梁全部采用节段施工方法,这是瑟沙德利•斯利尼瓦散(Seshadri Srinivasan)等人提出的独特的技术创新,这项技术提出迄今已经超过15年。其主要原理为将桥梁的节段设计得较宽,但能轻易地提升到位,设计时最大限度呈现相同的结构,最大限度地降低费用。桥型也呈现高效的结构体系,因而能节省费用。节段预应力也很好地控制在箱梁安全范围之内。这种方案也有利于先完成箱梁骨架,随后进行悬臂展翅梁施工。
这种方案有利于混凝土形成复杂的型状。工程师必须施展其才能,使用简单的方法生产出复杂的形状。在这种情况下,预制悬臂展翅梁是标准的。通过沿着节段中线的平行带,增加或者减少底模、或者模板,实现节段宽度的变化。边模总是与中线保持相同的方向。
在这种体系中,基本的建筑块是标准的高架节段。主跨结构也采用三室箱梁,其中中间的室箱比两边的室箱都宽出1米,以便安装斜拉索锚具。由于主跨比高架长出许多,内模也进行了调整,以便生产出较厚的腹板,来接受主跨额外的扭力和轴向力。匝道施工时,将边模内移,以便生产出单独的一个箱室。
使用相同结构的另外一个好处是可以有效和经济地利用模板的内衬。这样可以利用纹理来将表面分块,创造出有趣的型式,同时也缓解浇筑混凝土时小缺陷造成的视觉上的突兀感。然而,对纹理的利用需要精细考虑。对于本项目而言,设计单位在项目一开始就提出了纹理参数的细节。比例和及其偏差控制也很重要。观察者会从远处和近处观看,这需要不同表面采用不同深度和密度的纹理。但是过于复杂会损坏视觉的和谐,增加施工费用。所有这些都必须仔细考虑,并及时告知施工队伍。
本项目桥墩设计的挑战性在于设计最多的相同结构,从而最大限度降低成本,虽然桥墩的内部变化比节段单元的大。桥墩高度不同,他们有的支撑在支座上,但大多数施工时与节段联接成一个整体。而且,匝道的桥墩比主墩窄。
将桥墩作为节段的一个不可缺少的组成部分来施工,通过最大限度地减少支座的数量,从而最大限度地减少了维修。然而,这明确需要桥墩具有柔性,以抵御温度的变化。使用双叶墩-每一桥墩由两个墩腿组成-是常用的解决方案之一。对本桥而言,在此方案的基础上,将桥墩的双叶平面上设计成曲线,增加了挑战性。通过改变桥墩的宽度并保持曲线,这使得工程师有可能对结构所需的刚性和强度进行“微调”。通过改变端模的位置而实现对宽度的变更。这样,相同的基本模板可用于所有的桥墩。
通过模板内衬在桥墩中实现纹理。设计之初,工程师考虑如何修建桥墩,在纹理中增加了水平间隔使之与桥墩灌注混凝土的节相对应。他们也将角落处纹理的边缘细节体现在施工图纸中。
两座桥塔延伸至桥面以下部分的线形与桥墩线形一致,但是由于两塔必须承受额外的垂直荷载,在设计时应考虑到每座塔的两片叶子要连接在一起。应用于桥墩的逐步变细的原则也适用于桥塔。
在桥面上,桥塔变成椭圆形,在主轴处截顶,形成一个槽子,以便斜拉索延伸到鞍座之上。桥塔随着高度增加而逐渐变细,并与道路的中央隔离带相匹配,如图所示。塔的纹理与桥的其他部分的纹理相同。值得一提的是每座塔都极其细薄。这是由于使用了斜拉索鞍座造成的,这使得在桥塔上不需要使用锚具。
鞍座采用的传统设计,工程师与专业承包商合作,找到了有效、经济的方案。使用鞍座意味着大大地简化了施工。所有的斜拉索张拉都从桥面进行,千斤顶位于箱梁内,这提供了安全的工作区域。
橋塔的另外一个新颖的特征是照明。在塔顶,工程师设计了一套桥面照明灯具。除了在主跨上省去了灯柱和灯具外,还创造出了在视觉上清新的结构,也省去了对斜拉索之间的灯具进行定位和维护的复杂工作。
引桥高架的桥面分叉使得匝道能融入主线。这里的分叉全部由预制节段组成,这是异乎寻常的。事实上,即使没有规定使用现浇接缝,桥面也呈现出外在的复合线形,使用了曲线拱腹箱梁。使用相同模板的混凝土节段形成这样的线形,这使得许多节段预制很经济。这是精心思考的结果,这也是整个设计的特点。
如上所述,使用单一的模板预制所有的节段使得线形变化得到有效的控制。匝道似乎由主跨生成,这不仅令人赏心悦目,而且生产费用不高。它也遵循了结构受力,给出了预应力筋的逻辑传递线路,自然有助于设计与细化。
沿着项目的水平方向有四个分叉。然而,它们是旋转对称,节段及其细部相类似但是“左右倾”,有时向右,有时向左。这极大地简化了施工,因为不同单元的数量减少了。悬臂单元也是基于标准单元,根据需要而减少宽度。
精心设计、合适的材料和最恰当的施工方法结合在一起,产生了简单而又优美的细节。许多其他结构出现沉重的十字头或者多个箱梁突然在某个节点结合在一起的现象,这里形式流畅,不仅反映了交通流动,也反映了力的流动。对怎样施工最终产品进行精心思考,从而产生了最多的相同结构,最大限度地减少错误或者事故。
这个结构带来了世界一流的设计、施工标准,提出了替代方案——这是竞争性的建造-运营-移交模式所期待并能采购到的方案,从而取得了杰出的成就。与传统设计的引桥和主跨采用双幅箱梁桥相对而言,对高架和主跨的所有单元进行整体设计,这就意味着单幅桥面、斜拉结构不发生额外费用。
本桥连通了巴特沃斯(Butterworth)外环公路,减缓交通拥挤的状况,提升了入港通道。也许更为重要的是,游客驻足桥头,欣赏这一极其美丽的结构。
注:本文系作者根据有关资料编译。
关键词:马来西亚荪盖—普莱斜拉桥;设计特色
位于槟榔(PENANG)市的荪盖-普莱(SUN PRAI)大桥,在2006年被英国结构工程师协会授予最高奖和交通奖。评审专家认为其是桥梁工程中最具有效果和想象力的典范,是21世纪里程碑的建筑物。
马来西亚交通部将荪盖-普莱大桥规划为大巴特沃斯(Butterworth)外环公路项目的一部分,目的是将那儿的港口和延伸整个马来半岛西部地区起始于北部的布克•卡余•希坦(Bukit Kayu Hitam)穿越吉隆坡到达南部柔佛•巴鲁(Johor Bahru)的南北高速公路连接起来,从而减轻槟榔州巴特沃斯工业区的交通拥挤的状况。新桥也可更快到达既有的槟榔大桥(连接槟榔州的大陆和岛屿)。新桥包括一条跨河通道(其通航净空超过28米,使得船只可以到达桥梁上游的船厂),主线高架桥和通往港区的匝道。高架桥也跨越铁路。由于位于市区,要求项目团队尽量减少对往来港区的车辆和往来船厂的船只的干扰。
项目由业主按照建造-运营-移交(build/operate/transfer)的模式承建,设计单位也提出了替代的结构方案。对于主线高架和跨河主跨,业主原先考虑采用双幅混凝土箱梁结构。一家国际咨询公司—达•阿尔汗达萨咨询公司(Dar Al-Handasah Consultants(shair and Partners) 提出了替代方案,采用单幅很宽的、由单箱多室箱梁骨架与预制悬臂组成预制节段。高架和斜拉桥主跨的悬臂单元相同。
单箱多室箱梁和悬臂展翅梁全部采用节段施工方法,这是瑟沙德利•斯利尼瓦散(Seshadri Srinivasan)等人提出的独特的技术创新,这项技术提出迄今已经超过15年。其主要原理为将桥梁的节段设计得较宽,但能轻易地提升到位,设计时最大限度呈现相同的结构,最大限度地降低费用。桥型也呈现高效的结构体系,因而能节省费用。节段预应力也很好地控制在箱梁安全范围之内。这种方案也有利于先完成箱梁骨架,随后进行悬臂展翅梁施工。
这种方案有利于混凝土形成复杂的型状。工程师必须施展其才能,使用简单的方法生产出复杂的形状。在这种情况下,预制悬臂展翅梁是标准的。通过沿着节段中线的平行带,增加或者减少底模、或者模板,实现节段宽度的变化。边模总是与中线保持相同的方向。
在这种体系中,基本的建筑块是标准的高架节段。主跨结构也采用三室箱梁,其中中间的室箱比两边的室箱都宽出1米,以便安装斜拉索锚具。由于主跨比高架长出许多,内模也进行了调整,以便生产出较厚的腹板,来接受主跨额外的扭力和轴向力。匝道施工时,将边模内移,以便生产出单独的一个箱室。
使用相同结构的另外一个好处是可以有效和经济地利用模板的内衬。这样可以利用纹理来将表面分块,创造出有趣的型式,同时也缓解浇筑混凝土时小缺陷造成的视觉上的突兀感。然而,对纹理的利用需要精细考虑。对于本项目而言,设计单位在项目一开始就提出了纹理参数的细节。比例和及其偏差控制也很重要。观察者会从远处和近处观看,这需要不同表面采用不同深度和密度的纹理。但是过于复杂会损坏视觉的和谐,增加施工费用。所有这些都必须仔细考虑,并及时告知施工队伍。
本项目桥墩设计的挑战性在于设计最多的相同结构,从而最大限度降低成本,虽然桥墩的内部变化比节段单元的大。桥墩高度不同,他们有的支撑在支座上,但大多数施工时与节段联接成一个整体。而且,匝道的桥墩比主墩窄。
将桥墩作为节段的一个不可缺少的组成部分来施工,通过最大限度地减少支座的数量,从而最大限度地减少了维修。然而,这明确需要桥墩具有柔性,以抵御温度的变化。使用双叶墩-每一桥墩由两个墩腿组成-是常用的解决方案之一。对本桥而言,在此方案的基础上,将桥墩的双叶平面上设计成曲线,增加了挑战性。通过改变桥墩的宽度并保持曲线,这使得工程师有可能对结构所需的刚性和强度进行“微调”。通过改变端模的位置而实现对宽度的变更。这样,相同的基本模板可用于所有的桥墩。
通过模板内衬在桥墩中实现纹理。设计之初,工程师考虑如何修建桥墩,在纹理中增加了水平间隔使之与桥墩灌注混凝土的节相对应。他们也将角落处纹理的边缘细节体现在施工图纸中。
两座桥塔延伸至桥面以下部分的线形与桥墩线形一致,但是由于两塔必须承受额外的垂直荷载,在设计时应考虑到每座塔的两片叶子要连接在一起。应用于桥墩的逐步变细的原则也适用于桥塔。
在桥面上,桥塔变成椭圆形,在主轴处截顶,形成一个槽子,以便斜拉索延伸到鞍座之上。桥塔随着高度增加而逐渐变细,并与道路的中央隔离带相匹配,如图所示。塔的纹理与桥的其他部分的纹理相同。值得一提的是每座塔都极其细薄。这是由于使用了斜拉索鞍座造成的,这使得在桥塔上不需要使用锚具。
鞍座采用的传统设计,工程师与专业承包商合作,找到了有效、经济的方案。使用鞍座意味着大大地简化了施工。所有的斜拉索张拉都从桥面进行,千斤顶位于箱梁内,这提供了安全的工作区域。
橋塔的另外一个新颖的特征是照明。在塔顶,工程师设计了一套桥面照明灯具。除了在主跨上省去了灯柱和灯具外,还创造出了在视觉上清新的结构,也省去了对斜拉索之间的灯具进行定位和维护的复杂工作。
引桥高架的桥面分叉使得匝道能融入主线。这里的分叉全部由预制节段组成,这是异乎寻常的。事实上,即使没有规定使用现浇接缝,桥面也呈现出外在的复合线形,使用了曲线拱腹箱梁。使用相同模板的混凝土节段形成这样的线形,这使得许多节段预制很经济。这是精心思考的结果,这也是整个设计的特点。
如上所述,使用单一的模板预制所有的节段使得线形变化得到有效的控制。匝道似乎由主跨生成,这不仅令人赏心悦目,而且生产费用不高。它也遵循了结构受力,给出了预应力筋的逻辑传递线路,自然有助于设计与细化。
沿着项目的水平方向有四个分叉。然而,它们是旋转对称,节段及其细部相类似但是“左右倾”,有时向右,有时向左。这极大地简化了施工,因为不同单元的数量减少了。悬臂单元也是基于标准单元,根据需要而减少宽度。
精心设计、合适的材料和最恰当的施工方法结合在一起,产生了简单而又优美的细节。许多其他结构出现沉重的十字头或者多个箱梁突然在某个节点结合在一起的现象,这里形式流畅,不仅反映了交通流动,也反映了力的流动。对怎样施工最终产品进行精心思考,从而产生了最多的相同结构,最大限度地减少错误或者事故。
这个结构带来了世界一流的设计、施工标准,提出了替代方案——这是竞争性的建造-运营-移交模式所期待并能采购到的方案,从而取得了杰出的成就。与传统设计的引桥和主跨采用双幅箱梁桥相对而言,对高架和主跨的所有单元进行整体设计,这就意味着单幅桥面、斜拉结构不发生额外费用。
本桥连通了巴特沃斯(Butterworth)外环公路,减缓交通拥挤的状况,提升了入港通道。也许更为重要的是,游客驻足桥头,欣赏这一极其美丽的结构。
注:本文系作者根据有关资料编译。