【案例解析】荣获世界结构大奖的潭溪山高空玻璃桥设计干货来了！

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来源：微信公众号“同济土木人”

北京时间2019年11月16日，The Structural Awards 揭晓2019世界结构大奖获奖名单，点击查看（2019世界结构大奖获奖名单揭晓！中国结构设计的丰收年！）。

潭溪山高空玻璃桥斩获行人桥梁奖。“Awarded for excellence in the design of pedestrian and/or cycle bridges, or other lightweight bridge structures.”

Tanxishan Glass Landscape Pedestrian Bridge

潭溪山玻璃景观桥项目简介

潭溪山玻璃景观桥位于山东省淄博市淄川区，建造在两个挑出的悬崖上，景观桥与潭溪山风景相得益彰。外凸的弧形桥梁更增加了游客观赏美景的视野，桥面梁、索和拱形成的张力结构展现了桥梁的力度美和结构美，潭溪山玻璃景观桥已经成为景区的一个标志性建筑。

结构体系

景观桥为单侧悬挂式拱梁体系，主拱中心曲线为抛物线，跨度109m，高25m，拱平面与水平面夹角60度，拱截面φ2000×30，拱脚处放大为φ2000~4000×30长圆形；桥面截面为1m高钢箱梁，箱型梁中心为圆弧，半径为85m，矢高20m，桥面宽度2.4m，桥面梁与拱之间设15根φ45的PE索。

结构平面图

结构立面图

结构侧视图

桥面梁截面

创新性设计技术

设计方面要解决的难点之一是岩体的稳定性问题。设计中应用了三维激光扫描定位技术，设置了6个扫描站点悬崖岩体全貌进行了扫描，通过点云拼接、去噪处理，构建了崖体、桥墩及基础的三维数值计算模型，通过数值计算与分析，确保了悬崖岩体的稳定性。

三维激光扫描还同时解决了桥墩定位、桩基及桩体定位、桥面与支承拱架制作尺寸的精确性问题。

桥梁和岩体三维模型

设计方面要解决的难点之二是设计目标的可实现性问题。采用设计—制作—施工全过程一体化设计理念，在充分考虑预应力张拉、桥面和拱架安装的可实施性及避免危险高空作业的目标下，进行结构的预应力初始状态设计与计算。考虑斜拉索的初始预应力由拱架和桥面自重的相互作用产生，通过调整拉索原长及预应力值使得初始状态下桥面中点起拱600mm左右，在人行荷载下，桥面不产生向下的挠度。这样的设计理念，避免了在桥面上布置张拉工装、进行危险的高空作业。

创新性施工技术和装置

（1）平移和旋转施工方案

景区运输条件很差，桥面和拱架只能小段工厂制作、运输到现场安装。但现场场地狭小，采用自悬崖底部搭设脚手架或支撑柱的方案，或者悬崖底部拼接、整体提升的方案，代价极大、危险性较高。而一体化设计理念实现的条件是桥面和拱架需布置在一定的位置、连接斜拉索的两端后由桥面和拱架的自重导入预应力。而只有将桥面和拱架放置在其夹角小于120度的位置上，才能连接无应力的长度为原长的斜拉索。综合以上因素，采用旋转桥面和拱架的安装方法就自然形成。

因为施工现场场地狭小，拱架拼接时在悬崖顶部附近的台阶处搭设了支承胎架。桥面矢高小于拱架，因无场地同时搭设桥面的支承胎架，实际施工时是设置了滑移轨道、将桥面置于拱架上部拼接、然后将桥面整体平移至其位置后旋转。

桥梁梁旋转（1）

桥梁梁旋转（2）

桥梁梁旋转（3）

桥梁梁旋转（4）

整体旋转（1）

整体旋转（2）

整体旋转（3）

整体旋转（4）

叠合拼装、滑移、旋转施工的现场施工照片

（2）临时旋转铰接节点构造

桥面与拱架的拱脚设计均为刚接连接，为了实现旋转施工，必须设置临时的旋转铰接节点，旋转到位后再固定和封装节点。临时铰接节点采用简单的销轴连接方式，两拱脚处销轴位于拱脚连线上，销轴节点必须满足大角度旋转的要求。

桥面临时旋转铰接节点

拱架临时旋转铰接节点

（3）拱推力主动平衡装置

拱在水平位置拱脚无推力，而拱在旋转过程中，拱脚会产生随与地面夹角变化的推力。这一推力会使临时旋转节点上的钢板抵紧而产生摩擦力，当摩擦力很大时会使拱无法旋转。所以，必须设置抵抗拱脚推力的平衡装置。当然可以设置连接两个拱脚的拉索来被动地抵抗拱脚推力，但长度109m的水平索拉力事实上仅取决于垂度、基本为定值，无法平衡变化的拱脚推力。实际施工时，在平衡索的两端各设置了一套张拉工装，通过液压千斤顶输入相应的数值、产生相应的所需的平衡力，实现了拱脚水平力的主动平衡。千斤顶输入数值根据施工过程的数值计算随拱旋转角度输入。