157米跨非對稱管結(jié)構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)選型

PasserelledelaPaix法國和平大橋橋梁設(shè)計基本概況1961.11.18出生于奧地利布魯克1988畢業(yè)于奧地利格拉茨技術(shù)大學（TechnicalUniversityinGraz）1989前往巴黎1995擔任因斯布魯克大學建筑學院（ConstructionInstitut,UniversityofInnsbruck）客座教授1994于巴黎創(chuàng)辦第一個建筑設(shè)計事務(wù)所1999-2000擔任亞琛工業(yè)大學（RWTHAachen）客座教授2002于維也納創(chuàng)辦第二個建筑設(shè)計事務(wù)所2006–2010當選薩爾茨堡建筑師顧問委員會會員2014當選柏林藝術(shù)學院（AcademyofArtsinBerlin）永久榮譽學員DietmarFeichtinger迪特馬爾·法伊希汀格爾建筑師介紹//一個有結(jié)構(gòu)思維的建筑師//

FootbridgeovertheRhine

Weil-am-Rhein(D)-Huningue(F),Germany-2007FootbridgeSimone-de-Beauvoir

Paris,France-2006建筑師介紹建筑師介紹FootbridgesBraque,Chagall,Miro

Strasbourg,France-2008Museumsfootbridge

Hamburg,Germany-2007ButterflyBridgeCopenhagen,Denmark-2015建筑師介紹FootbridgeovertheRhin

Lyon,France-2014項目概況地點：法國里昂北部總長：220米主跨度：157米寬度：1.5m/5m/8.8m重量：800tn高度：高于羅納河正常水位8m時間安排：競標01|2008規(guī)劃04|2009開工03|2012完工03|2014造價：9795500€HT(68247901RMB）

項目概況總長：220m主跨長：157m主跨跨中距河面凈高：8m設(shè)計概念“設(shè)計首要的出發(fā)點是在一個非常特殊的位置對場所做出回應(yīng)，然后來解答這座橋形成一種怎樣的聯(lián)系，可能代表什么，也就是說，橋不僅是兩個場所的聯(lián)系，它本身就是一個場所?！?/p>

——迪特馬爾·法伊希汀格爾

橋梁設(shè)計特點/橋梁回應(yīng)場所場所·意圖大橋橫跨羅納河，河流位于里昂北部，是城市開發(fā)項目中一個重要部分。圣克萊爾城市公園theParcofSaintClaire

里昂羅納河RhoneRiverinLyon金頭公園theParcdelaTeted’or處于圣克萊爾城市公園和金頭公園兩個大型城市公園之間。場所·意圖高度重視城市結(jié)構(gòu)，處于敏感的自然環(huán)境，盡量減少視覺沖擊力，橋身纖細，保證最大的透明度。場所·交通圣克萊爾城市公園theParcofSaintClaire國際會議廳和娛樂中心（倫佐皮亞諾）橋的北岸連接圣克萊爾城市公園；橋的南岸連接了倫佐皮亞諾設(shè)計的國際會議廳和娛樂中心和金頭公園。

金頭公園theParcdelaTeted’or場所·交通自行車道步級人行道公園橋臺自行車道會議中心廣場公園延伸出較高的橋臺，通過自行車道與對岸的會議中心廣場相連場所·交通較低的河兩岸，通過步級人行道連接河岸步級人行道河岸場所·交通場所·空間橋梁不僅僅是交通，自行車道和人行道在河流中間交匯，形成休憩，觀景，交流場所，提供長凳增加停留感。結(jié)構(gòu)選型與構(gòu)造設(shè)計分析結(jié)構(gòu)形式語言與建筑空間特點筆直的車行橋與彎曲的步行橋形成對比，給人以不同的空間體驗。結(jié)構(gòu)形式語言與建筑空間特點斜撐與腹桿隨著拱肋的弧度而變化，韻律感十足。結(jié)構(gòu)形式語言與建筑空間特點結(jié)構(gòu)桿件向中心放射，給人強烈的導(dǎo)向性。結(jié)構(gòu)形式語言與建筑空間特點欄桿由不銹鋼扶手和索網(wǎng)組成，保證最大的透明度，給行人提供了良好的景觀視線。結(jié)構(gòu)形式語言與建筑空間特點甲板由橡木制成，親近自然的同時提供了防滑性。結(jié)構(gòu)形式語言與建筑空間特點橋梁附有LED燈，每到夜晚燈光使大橋變身成為一個神奇的物體，與兩岸景色相呼應(yīng)。橋梁基礎(chǔ)知識地表地下橋面鋪設(shè)橋跨結(jié)構(gòu)支座橋墩（橋臺）支座基礎(chǔ)橋面鋪設(shè)：橋面板、伸縮縫、欄桿、燈光照明、排水構(gòu)造等等橋跨結(jié)構(gòu)：線路中斷時跨越障礙的結(jié)構(gòu)（支承人與車輛荷載的結(jié)構(gòu)）支座：位于橋跨與橋墩、橋墩與基礎(chǔ)之間的支承結(jié)構(gòu)，能在溫度變化等因素下產(chǎn)生一定位移來應(yīng)對結(jié)構(gòu)變形橋墩：支承上部兩端橋跨的結(jié)構(gòu)橋臺：位于橋兩端的橋墩，除了支承上部結(jié)構(gòu)還要防護兩側(cè)路堤防止其滑塌基礎(chǔ)：保護橋墩的安全，并將橋墩的荷載傳遞至地基橋梁基礎(chǔ)知識受力特點體系分類彎壓拉梁板橋拱橋拉索橋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成基礎(chǔ)拱肋結(jié)構(gòu)組成基礎(chǔ)拱肋斜撐與腹桿結(jié)構(gòu)組成基礎(chǔ)拱肋斜撐與腹桿主梁結(jié)構(gòu)組成基礎(chǔ)拱肋斜撐與腹桿主梁懸臂構(gòu)件結(jié)構(gòu)組成*懸臂構(gòu)件包括懸臂梁、次梁和欄桿，這里著重分析懸臂梁基礎(chǔ)拱肋斜撐與腹桿主梁懸臂構(gòu)件引橋結(jié)構(gòu)組成基礎(chǔ)拱肋斜撐與腹桿主梁懸臂構(gòu)件引橋橋面鋪設(shè)結(jié)構(gòu)組成橫橋面分析順橋面分析結(jié)構(gòu)受力·理論順橋面受力分析中，可簡化為圖中與基礎(chǔ)剛接的鋼拱平面桁架（無鉸拱鋼架），結(jié)構(gòu)高度從拱腳向拱頂減少；然而雙鉸拱鋼架結(jié)構(gòu)高度一般從拱腳向拱頂增加。結(jié)構(gòu)受力·理論將雙鉸拱鋼架、無鉸拱鋼架分別簡化為變截面雙鉸拱和無鉸拱，同樣在跨中施加一個集中荷載，分析各自受彎情況。雙鉸拱受彎情況與鉸接簡支梁相似，跨中彎矩最大，兩側(cè)彎矩幾乎為零無鉸拱根據(jù)彈性中心法可分截成兩懸臂曲梁，梁末端彎矩幾乎為零，而支座附近彎矩最大所以，和平大橋作為無鉸拱的鋼拱桁架結(jié)構(gòu)，其變截面處理符合結(jié)構(gòu)彎矩分布，充分發(fā)揮材料性能MM結(jié)構(gòu)受力·理論此外，變截面處理讓結(jié)構(gòu)的上下拱線有不同的高跨比——上部比值小，便于使用；下部比值大，保證拱結(jié)構(gòu)的一定強度，在保證結(jié)構(gòu)堅固的同時也兼顧到其實用性結(jié)構(gòu)受力·理論高跨比大，拱結(jié)構(gòu)強度高，但坡度太大不便于車輛行人使用高跨比小，坡度適宜車輛行人使用，但拱結(jié)構(gòu)強度較小變截面——平衡兩者橫橋面受力分析中，可將三角斜撐和下部拱肋簡化為圖中鋼架（與基礎(chǔ)剛接）以是否傳遞彎矩的原則分為圖示的剛接與鉸接結(jié)構(gòu)受力·理論鉸接剛接著重研究結(jié)構(gòu)在各種彎矩下的形變，得出鋼架形變曲線結(jié)構(gòu)受力·理論上部自行車道兩側(cè)的集中力形成的彎矩側(cè)邊步級集中力形成的彎矩從鋼架形變曲線和彎矩分布圖可以看到（以基礎(chǔ)為基準，紅色段為外側(cè)受拉內(nèi)側(cè)受壓，藍色段為外側(cè)受壓，內(nèi)側(cè)受拉），上部彎矩主要由上方兩斜撐承擔，側(cè)邊彎矩主要由下方兩基座承擔（整個過程下方斜撐只受軸向拉力）結(jié)構(gòu)受力·理論上部自行車道兩側(cè)的集中力形成的彎矩側(cè)邊步級集中力形成的彎矩從橫橋面分析可知道，在這種橫截面的結(jié)構(gòu)中，上方和側(cè)邊的彎矩都有各自獨立的結(jié)構(gòu)承擔，并且對其他結(jié)構(gòu)影響極小，也就是說，即使兩種彎矩同時出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上，該結(jié)構(gòu)也不會受到太大的影響結(jié)構(gòu)受力·理論上部自行車道兩側(cè)的集中力形成的彎矩側(cè)邊步級集中力形成的彎矩總的來說，變截面拱的基本型本身就提供了很好的順橋面抗彎剛度；而且，空間桁架形式將結(jié)構(gòu)內(nèi)力分解成各桿件的軸力充分利用材料強度；再加上合理的結(jié)構(gòu)橫截面設(shè)計，使得該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到保證的同時，還能同時承擔各種方向的彎矩結(jié)構(gòu)受力·理論懸臂構(gòu)件主梁腹桿斜撐拱肋材料截面形式是否變截面組合鋼板組合鋼板鋼管組合鋼板鋼管是是否否否結(jié)構(gòu)受力·材料——懸臂構(gòu)件M中性軸受拉受壓懸臂梁與結(jié)構(gòu)焊接，為T型變截面鋼梁，符合彎矩分布圖變化，充分發(fā)揮材料性能懸臂梁在彎矩作用下，上部受拉，下部受壓。由于鋼材受拉性能比受壓弱，所以上部加翼緣板增大受拉截面減少拉應(yīng)力（注：不適用在混凝土等受拉性能極弱的材料）結(jié)構(gòu)受力·材料蓋板直腹板斜腹板橫隔板底板板主梁是由多種鋼板焊接拼裝而成的梯形截面鋼箱梁，一般是工廠預(yù)制成段，再到現(xiàn)場吊裝（全焊接）——主梁結(jié)構(gòu)受力·材料主梁作為橋梁主結(jié)構(gòu)，必須考慮到各種受力、變形并進行相應(yīng)的構(gòu)造設(shè)計水平彎曲——斜腹板抗彎截面扭轉(zhuǎn)——橫隔板抗扭豎向彎曲——蓋板、直腹板、底板共同抗彎（類工字鋼）——主梁結(jié)構(gòu)受力·材料三角形斜撐是由三根預(yù)制拼接的型鋼桿件組成從斜撐截面和前面理想桿受力分析可以看到A桿與上部主梁、下部主拱肋通過焊接直接連接（承受軸向壓力和部分彎矩）C桿與主次拱肋連接（承受軸向拉力）B桿與次拱肋、A桿連接（承受部分彎矩外，還能增強側(cè)向剛度，防止結(jié)構(gòu)出平面失穩(wěn)）BAC——斜撐結(jié)構(gòu)受力·材料中性軸由σmax

=

Mmax/WzABlalbss在一定彎矩作用下，Wz越大，構(gòu)件截面承受正應(yīng)力越小，截面越合理即Wa=s*laWb=s*lbla>lbWa>Wb即所以原截面較為合理——斜撐結(jié)構(gòu)受力·材料主拱肋次拱肋d：740mm560mmd：560mm560mm主拱肋是變截面鋼管拱，由于無鉸拱的彎矩和內(nèi)力都是從拱頂?shù)焦澳_增大，變截面有利于材料的充分發(fā)揮——拱肋結(jié)構(gòu)受力·材料πra等面積前提下，雖然圓截面的抗扭、抗彎不及矩形截面，但卻能提供最大焊縫長度，所以鋼結(jié)構(gòu)中常用圓截面拱肋，鋼混結(jié)構(gòu)中常用矩形截面拱肋πr2=ab，a<b則πr>b>a>r或b>πr>r>a即πr>a抗扭抗彎——拱肋結(jié)構(gòu)受力·材料圓截面鋼拱肋矩形截面鋼混拱肋——拱肋結(jié)構(gòu)受力·材料優(yōu)秀的橋梁設(shè)計是由受力合理的結(jié)構(gòu)和因地制宜的施工方案組成的。建造過程及細部構(gòu)造南北岸地下連續(xù)墻基礎(chǔ)建造/河床臨時樁基礎(chǔ)(支撐滑輪引橋)STEP1井筒式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)通過專門的挖掘機泥漿護壁法挖成長條形深槽，再下鋼筋籠和灌注水下混凝土，形成單元墻段，同時墻體單元通過剛性接頭一次連接形成閉合截面，即為井筒式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)。施工過程承臺地下連續(xù)墻基礎(chǔ)井筒式地下連續(xù)墻基礎(chǔ)尺寸：10m*14m/20m深滑輪引橋搭建/北岸臨時支承系統(tǒng)建造STEP2臨時墩基礎(chǔ)——裝配式空間桁架作為橋墩，實木木板作為基礎(chǔ)減少壓強內(nèi)側(cè)沙袋——加固柱腳滑輪引橋——先于臨時墩基礎(chǔ)鋪建滑輪引橋墩基礎(chǔ)臨時支承系統(tǒng)1.0臨時支座——支承拱肋，臨時支座——分為上下兩部分，下部是墊高鋼構(gòu)件，上部是鉸支座通過電焊與墊高層連接(中間4個墩基礎(chǔ)的鉸支座兩側(cè)配有豎構(gòu)件保護)，由于考慮到后期橋梁搬運，所以僅靠橋梁結(jié)構(gòu)自重、支座角度調(diào)整、豎構(gòu)件保護，使結(jié)構(gòu)平穩(wěn)放在墩基礎(chǔ)上，方便實現(xiàn)橋梁與臨時支承系統(tǒng)的脫離墊高層鉸支座臨時支座拱肋的拼裝、焊接、涂漆STEP31，拱肋自重作用于8個固定鉸支座上，由于拱形均布荷載，支座受到非豎直壓力2，壓力通過橋墩傳遞至基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)上分解為豎直正壓力和水平側(cè)推力3，內(nèi)側(cè)放置沙袋可以抵消部分水平側(cè)推力，減輕臨時支承系統(tǒng)荷載負擔

墩基礎(chǔ)拱肋臨時支承系統(tǒng)1.0受力斜撐和腹桿的拼裝、焊接、涂漆

/上部主梁的拼裝、焊接、涂漆/懸臂構(gòu)件的拼裝、焊接、涂漆STEP4拱肋焊接步驟安裝斜撐焊接步驟熔焊：加熱欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷卻凝固后便接合，必要時可加入熔填物輔助。坡口處理T形接頭安裝斜撐焊接步驟安裝斜撐焊接步驟安裝斜撐焊接步驟安裝下平縱聯(lián)焊接步驟安裝下平縱聯(lián)對桿件端部進行處理使之與拱肋橫梁相適應(yīng)焊接步驟安裝斜撐焊接步驟安裝斜撐形成三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)焊接步驟安裝斜撐焊接步驟安裝斜撐焊接步驟安裝腹桿焊接步驟安裝腹桿焊接步驟安裝腹桿焊接步驟安裝腹桿焊接步驟安裝主梁焊接步驟安裝主梁豎直桿件主要承擔軸向壓力焊接步驟安裝懸臂構(gòu)件焊接步驟安裝懸臂構(gòu)件焊接步驟安裝懸臂構(gòu)件焊接步驟安裝懸臂構(gòu)件焊接步驟焊接步驟*到了跨段中間（第11至第19個三角斜撐之間），因為主梁與主拱肋之間只有0.5到1.4m距離，不能提供足夠空間放置斜腹桿，所以用兩根短桿（與斜撐同截面）和3塊梯形空心鋼板代替一根腹桿焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟焊接步驟臨時基礎(chǔ)更換成升降系統(tǒng)/上部臨時索塔系統(tǒng)建造/臨時水面工作平臺建造/整體垂直提升

STEP5ABEDCFAC、AE、AB、BD、BE、BF為單根鋼絞索，均通過鋼索扣與索塔連接，除AC、BF外長度均固定不變，長度與索塔高度成圖示幾何關(guān)系；(索塔底部與主梁連接)以垂直升降承重機器替換原來的裝配式桁架橋墩，并將處于同一橫橋面的兩個升降機器上下兩端均用鋼梁加固連接成為一個墩基礎(chǔ)；上段依然采用鉸支座和豎構(gòu)件與橋梁結(jié)構(gòu)連接（鉸支座與拱肋連接）兩側(cè)鋼絞索長度由兩端發(fā)動機調(diào)整，當兩側(cè)鋼絞索收起到一定長度時候所有鋼絞索與索塔開始產(chǎn)生相互作用力（外側(cè)拉索端部與主梁連接）墩基礎(chǔ)鋼拱桁架索塔系統(tǒng)臨時支承系統(tǒng)2.0拉索收緊完畢，由升降系統(tǒng)將橋梁整體垂直抬升，下端從十六個墩基礎(chǔ)承重轉(zhuǎn)變成兩個墩基礎(chǔ)（四個升降臺）承重墩基礎(chǔ)鋼拱桁架索塔系統(tǒng)墩基礎(chǔ)鋼拱桁架索塔系統(tǒng)發(fā)動機運作收緊側(cè)拉索，直到上部整體處于“繃緊”狀態(tài)臨時支承系統(tǒng)2.0整體抬升前，橋梁結(jié)構(gòu)類似多跨段連續(xù)梁，其自重產(chǎn)生彎矩可以忽略。通過分析上部索塔結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，得出圖示受力分析ABEDCF索塔受力橋梁受力臨時支承系統(tǒng)2.0受力將各個點的力分解為豎直和水平分力，由于水平分力接近軸力不產(chǎn)生彎矩，即可簡化拱CDEF為下圖簡支梁來分析彎矩作用根據(jù)上圖受力分析得出下圖桿件彎矩圖結(jié)論1：拱結(jié)構(gòu)通過上部拉索設(shè)備獲得了一個正彎矩M1作用CFEDM1圖EDCF臨時支承系統(tǒng)2.0受力AFEDCB結(jié)構(gòu)自重支座反力施加彎矩M1M1當整體抬升后，橋梁結(jié)構(gòu)類似懸臂梁，自重產(chǎn)生彎矩不可忽略。則橋梁結(jié)構(gòu)自重簡化為作用與桿件表面的均布荷載，BC兩點受到相反方向的支座反力，兩端有外力施加的正彎矩作用臨時支承系統(tǒng)2.0受力結(jié)構(gòu)自重支座反力結(jié)論2：拱結(jié)構(gòu)在懸臂搬運過程中會產(chǎn)生負彎矩M2作用臨時支承系統(tǒng)2.0受力AFEDCB為了更好研究懸臂作用下的橋梁結(jié)構(gòu)，先忽略掉索塔施加的正彎矩M1，則可簡化為以下受力分析圖，得到橋梁彎矩圖M2圖丨M總丨=丨M1+M2丨<丨M2丨M總為結(jié)構(gòu)整體所受彎矩作用,在理想模型分析中，可見——拱結(jié)構(gòu)通過上部拉索設(shè)備獲得了一個正彎矩作用，以抵御懸臂搬運過程中產(chǎn)生的負彎矩作用，從而增強了結(jié)構(gòu)剛度（與預(yù)應(yīng)力同理）

結(jié)論3：臨時拉索系統(tǒng)減緩結(jié)構(gòu)自重引起的彎矩臨時支承系統(tǒng)2.0受力M2圖CFEDM1圖用滑輪引橋進行水平移動至臨時平臺/運轉(zhuǎn)到兩岸基礎(chǔ)正上方

STEP6Step6-1鋪設(shè)臨時平臺以及輪滑引橋

Step6-2用繩牽扯固定臨時平臺

移動組裝好的橋至臨時平臺Step6-3移動臨時平臺至中間處Step6-4外動力使水平平臺移動Step7臨時平臺逆時針轉(zhuǎn)動90°Step6-5平移對齊基礎(chǔ)Step6-6下降并與基礎(chǔ)、引橋連接/撤走臨時設(shè)備并進行橋面鋪設(shè)和水電布置STEP7對齊基礎(chǔ)，整體下降，拱肋與基礎(chǔ)連接、主梁與引橋連接，并進行橋面鋪設(shè)引橋搭接南側(cè)主橋與河岸跨度較小，引橋直接放置在河岸上。引橋與主橋的銜接采用全截面焊接的方式。引橋搭接北側(cè)主橋與河岸跨度較大，引橋采用梁柱結(jié)構(gòu)體系支撐。引橋搭接十字鋼柱拱肋與基礎(chǔ)連接節(jié)點拱肋預(yù)埋鋼構(gòu)件橡膠阻尼支座拱肋端部支座完整基礎(chǔ)連接構(gòu)件基礎(chǔ)拱肋與基礎(chǔ)連接節(jié)點拱肋橡膠阻尼支座鋼筋混凝土基礎(chǔ)高強膨脹螺栓高強螺栓頂部鋼板