多多罗大桥景观设计

编译　　　陈开利

(中铁大桥局桥科院,湖北武汉430034)

摘　要:在斜拉桥的梁、索、塔三要素中,桥塔对整个桥的景观起着举足轻重的作用。简要介绍了多多罗大桥设计的基本情况,着重介绍了桥塔、斜拉索、桥墩的景观设计及其涂装等。

关键词:斜拉桥;景观设计;桥塔;斜拉索;涂装中图分类号:U442.54　　　　　　　文献标识码:A

文章编号:1671-7767(2002)03-0001-04

收稿日期:2002-04-22

编译者简介:陈开利(1955-),男,高级工程师,1978年毕业于西南交通大学桥梁专业,1985～1986年赴日本研修桥梁技术。

1　桥梁概况

日本的多多罗大桥位于本州四国连络线3条线路

中最西边的1条线上,其主跨为0m ,是世界上已建成斜拉桥中跨度最大者。该桥在设计阶段,曾就悬索桥和斜拉桥两种桥式进行过比较,综合考虑与周围环境的协调、经济性、工期等因素后选择了斜拉桥(见图1)。设计时,克服了大跨度斜拉桥在技术上的许多难题,同时,在景观设计方面,从整体到细节反复进行了讨论。

起初的悬索桥方案,生口岛岸因要建地锚需在观音山的山坡进行大面积开挖。而斜拉桥方案不需要地锚,地形改变不大,自然环境基本上可以保持,这是该桥由悬索桥方案向斜拉桥方案变更的重要原因之一。图

2

图1　多多罗大桥全景

为该桥总体轮廓图,其跨度布置(从生口岛岸开始)为

270m +0m +320m ,系非对称的跨度分布。

主梁为

图2　多多罗大桥总体轮廓示意

2　景观设计的主要研究内容

由于该桥建在风景区的国立公园附近,所以巨大的建筑物与自然环境的协调成了重要的课题。由直线的塔、梁、索构成的斜拉桥,以直线的刚性为基调,简洁、稳重,可以达到与周围环境协调一致的效果。本桥的景观设计,主要就桥塔形状、斜拉索布置、桥墩形状、上部结构的表面着色等方面进行了专门研究。同时,重点突出以下4方面的主题。

(1)光与影:濑户内海风景的特征是光与影,力图使其交织变化,表现其移动感的图像。

(2)未来性:表现其延展、宽广、有力、展示未来的无限的可能性。同时,使人感受到21世纪的架桥水平。

(3)飞跃:岛与岛之间,通过桥梁连接,使人们信心十足地奔向未来。

(4)存在感:呼吁西濑户地区的发展,同时也感受到桥梁的雄姿。

对于多多罗大桥这样大跨度的斜拉桥,其结构尺寸等主要根据抗风性能、构造特点以及经济性等来决定,而从景观方面可对结构尺寸进行研究的自由度比较小。因此,本桥在景观方面的研究,结合风洞试验的结果进行综合考虑。

3　具体研究内容

为了提高斜拉索的工作效率,斜拉桥的桥塔与同等跨度的悬索桥相比,塔高设计得高一些,梁与索的形状选择的自由度也大一些。本桥的塔,为了控制基础的平面尺寸,从放置主梁的位置开始,将下塔柱的间距缩小。

3.1　桥塔

作为斜拉桥主构要素而在力学上起着重要作用的桥塔与悬索桥的桥塔一样,其高耸的形象引人注目,起着象征、标志的作用,是景观中最重要的因素。

3.1.1　桥塔上部

对于双索面斜拉桥,可被选用的桥塔形式主要有A 形、倒Y形、门形、双柱形等。本桥的桥塔高达200m以上,必须在保证抗风稳定性、塔面内刚度的前提下来考虑景观。经反复研究,就A形、倒Y形、门形等几种形式,通过风洞试验来确定其抗风性能。方案比较见图3。A形塔的抗风性能最好,倒Y形的塔由于只有一根塔柱,在风的作用下易产生大的振动。综合各方面的因素,采用了接近倒Y形但又不是倒Y形的桥塔方案,其既具有倒Y形的特点,又有其独到之处,达到了完美的结合。

3.1.2　桥塔下部

下塔柱的形状将影响基础的尺寸,在横向由于风荷载的作用,塔根部将产生很大的弯矩,为提高刚度必须进行补强,但同时又必须考虑美观。图4所示为下塔柱形状的几种方案,研究结果,采用了在横向把塔根尺寸加宽的形式,其与上塔柱形状良好地结合在一起,形成了一个造型优美的桥塔。

3.1.3　细部构造

细部构造的美学处理是进一步体现斜拉桥近景美观的重要因素。桥塔细部处理得当,将会产生锦上添花的效果。

细部构造方面,主要进行了下述内容的研究

:图3　桥塔形状方案比较

图4　下塔柱形状方案比较

　　(1)为了使下塔柱的间距向塔柱根部收拢,必然要设置转折点,从受力合理的角度来看,应使其与下横梁的上缘相协调,此时,表现梁端水平方向的轮廓线被桥塔分离,所以把转折点向下横梁以上稍微挪动了一点,使其与梁的高度位置一致,由此引起的截面内力的增加,通过加大转角处的尺寸来处理。由于转折点的移动,使下塔柱的倾斜角度有所缓和,桥塔整体的平衡得到改善(见图5)

。

图5　塔柱转折点方案比较

(2)为确保抗风性能,将矩形桥塔截面的4个角切

掉,即进行切角,形成十字形截面。从抗风性能来说,有必要从下横梁开始直到塔顶均设计成十字形截面,但切角以后易形成阴影,仍必须强调塔的灵敏程度,所以向下一直到塔根部均切角,并注意与下横梁腹板的倒角面协调一致。

(3)塔顶部设计成倾斜面,主要是强调塔的延展及轻松愉快感。另外,将上横梁的上下缘设计成圆弧状,使上横梁与塔柱间圆顺连接。

桥塔的最终形状见图6。3.2　斜拉索

斜拉索不仅是斜拉桥的主要构造单元,而且也是决定桥梁景观的重要因素,对调整桥梁形态构图比例,

获

图6　桥塔的最终形状

得视觉均衡方面起着十分有效的作用。

本桥的斜拉索,各跨均按21根呈扇形布置。每根斜拉索的直径与桥梁整体的规模相比是一根非常细的线,但因根数多,所以将其看作是一个整体的面。起初

的方案,从塔中心到最下面一根斜拉索的锚固点的间距为40m ,钢梁上斜拉索的锚固间距为20m ,由于边跨间距短,所以其余的斜拉索只好在PC 梁上密集布置,因而斜拉索锚固间距的稀密很明显。因此,在注意梁截面内力及支座反力变化的同时,从景观上就以下几方面进行了改进:

(1)在斜拉索的锚固间距从密向稀变化的PC 梁和钢梁的接头附近,设置过渡区段,使斜拉索的锚固间距圆顺过渡。

(2)最下面一根斜拉索在梁上的锚固点尽量靠近塔,使整体能真正展开成扇形。

斜拉索布置变更前后的比较见图7。

关于斜拉索的锚固:塔上的锚固,其防水措施设在塔内,在塔壁的安装孔上用与塔相同颜色的橡胶垫填

图7　斜拉索布置变更方案

塞;梁上的锚固,将用于抗风对策的流线型外壳用来覆盖,使得从外表面看不到锚固点。

3.3　桥墩形状

边跨的桥墩形状设计,就图8所示构造形状进行了比较分析,主要考虑了:①与下塔柱形状相协调,设计成向下收拢的形状;②中间设空间使其有开放感同时尽量不妨碍视野。基于以上2点,采用了有横梁的V 形墩。当然施工难度可能大一点

。

图8　桥墩形状方案比较

关于桥墩设计细节的考虑:

(1)桥墩壁厚沿纵向最小为5m 。对于构造处理上较困难的高架桥和引道部分的桥墩,在支座布置上尽量

下功夫,使其纵向尺寸为5.5m 。

(2)墩柱在横向的宽度,全桥统一为5.0m 。

(3)墩柱的斜度尽量接近下塔柱的斜度(斜率12.3%),全部桥墩的墩柱斜率为10.3%。

(4)上横梁高度尽量减低,省掉下横梁,使中间的空间尽量大。

(5)墩柱与横梁连接的转角处,与塔一样带圆弧,墩柱的4角也与塔柱一样把4个角切掉。

与多多罗大桥相接的高架桥的桥墩也采用相同的形状,见图1。3.4　表面涂装

本桥的塔及梁的表面涂装,在考虑了以下几个方面的因素后,采用浅灰色。

(1)为突出景观研究时提出的基调“光与影”,选择

浅灰色较合适。

(2)浅灰色不仅与本四连络线上其它桥梁、濑户内多岛海景观相协调,同时与多多罗大桥周围的自然景观也协调。

(3)西濑户公路的既有桥梁中,全部采用浅灰色,该桥的涂装与其获得良好的一致性。

(4)边跨的一部分为PC 梁,浅灰色与混凝土的颜色易于协调。

(5)根据本四连络桥的使用业绩,浅灰色不易退色,重新涂装时颜色易于协调。

另外,斜拉索采用耐候性高的聚乙烯(掺入碳精棒)材料作为保护材料,为黑色。起初,曾考虑采用带色的聚乙烯作为保护材料,但基于以下原因未掺加颜色:

(1)斜拉索由很细的线构成,根据既有桥梁的实例,用黑色容易与桥址周围的环境融合在一起。

(2)西濑户公路的既有桥梁———生口桥(主跨490m 的混合梁斜拉桥),其斜拉索也是黑色,塔及梁的颜色

也是浅灰色,两座桥完全一样。

(3)在太阳光的照射下,黑色的斜拉索具有随时间变化的独特颜色。

(4)由于斜拉索的数量多,若做成带色的索,则初期成本加大。

参　考　文　献:

[1]藤原　享.多多罗大桥の景观设计[J ].•

} ,2000,42(2):81～85.