【樓莊鴻】韓國Dandeung獨塔式懸索橋
2011-09-30 來源：Bd&e
一座獨塔懸索橋即將于下月開始施工，它作為新的連接韓國南部島嶼的一部分，Hyum-sok choi解釋說。
隨著在南韓修建一座新的獨塔懸索橋，改善了至Gogunsan島運輸連接。Dandeung懸索橋連接Sinsido和Munyeodo，將形成新的連接至Gogunsan島的中部節(jié)段的一部分——另外兩個節(jié)段將建立在陸地上，連接線修建開始于2009年11月，橋梁的施工于下月（6）月開始，計劃于2113年12月完成。
將橋梁設計成獨塔，主纜具有不對稱的外形，目前，獨塔懸索橋僅出現在西班牙、中國和美國——所有三座橋將在本個10年中完成或仍在施工中。Dandeung橋的跨徑為400m，將是該橋型中的世界最大者。
首先Dandung橋準備建成一座雙塔主跨220m帶有兩個邊跨的自錨式懸索橋，但這個概念需加以變更以避免在水中的施工作業(yè)。在現場，海中水很深，并由強和快速的水流。此外，原理啊設計相當傳統(tǒng)，修改后的結構預期吸引更多的旅行者。
結果，建成了主跨400m的獨塔懸索橋，這使承包商能避免困難的海洋條件，并提供一個地標性的結構以吸引旅客。目前，世界上僅有三座獨塔懸索橋，均未運輸而建——西班牙的Vinalopo橋，主跨165m，中國管周的獵德橋，主跨219m，以及正在施工的舊金山Okland海灣橋，主跨385m。
如上所述，Dandeung橋的工地是有很差的海洋條件——海洋最大深度超過22m，流速大于2.2m/s，它經歷的潮差5m。結果是橋梁基礎位于巖石露頭，以使施工工作能在干燥環(huán)境中進行。
Dandeung橋的塔設計成A型混凝土結構，高105m，在尾部具有附加的D型塔柱，以家徽船帆。A型和D型的組合塔為不對稱的獨塔懸索橋在荷載作用下提供了結構的穩(wěn)定，并也試圖與地區(qū)的海洋風景協調。
主纜安裝成兩個平面，吊桿連接在橋面得外側邊緣——這樣的布置將提高主纜和橋梁的空氣動力穩(wěn)定性。在橋梁發(fā)生事故堵塞一個車道時，運輸車輛能轉入另外的車道。而這在單主纜布置在橋梁中間時是不可能的。同時，主纜設計安裝成傾斜的布置，在塔處，主纜間隔3m，在后錨處散開為11m，在前部為20m。
懸索橋的現有實踐是采用由直徑5-7mm鍍鋅鋼絲組成的平行鋼絲主纜。在過去20年中，鋼絲抗拉強度從早期的1600Mpa增至1998年日本明石海峽的1720Mpa。從那時起，橋梁鋼絲的抗拉強度繼續(xù)增加，直至數年前韓國光陽大橋設計采用的1860Mpa高強鋼絲。Dandeu橋主纜采用的鋼絲將進一步提高，首次采用1960Mpa，在韓國，已生產這類鋼絲，并將用于設計。
用了高強鋼絲，主纜的尺寸將減小，減小了主纜的重量以及風對主纜的阻力，主纜的設計拉力為76800km，鋼絲的允許拉應力為784Mpa，安全系數2.5。采用1960Mpa的鋼絲，（譯注：在獵德大橋之前，中國已修建了主跨350m的佛山平勝大橋，為獨塔自錨式懸索橋）結果是主纜的直徑為380mm，截面由12束4032絲組成。與1760Mpa鋼絲相比較，主纜直徑減少7%，主纜總重減少17%，風的阻力也因主纜面積減低而減小。
設計者對安裝的，建成采用短形布置，與傳統(tǒng)的六角形布置相比，有一定的好處。采用矩形方案，能使空中紡線法形成的平股數減少，在本橋狀況下由14束減為12束，這樣使主纜達到急需的線形時所需的對矢度調整的次數減少，縮短了施工的進程。束股數的減少意味著索鞍和錨碇也能變小。
吊桿系統(tǒng)連接主纜和加勁梁，將梁的重量，交通荷載和活載傳遞至主纜。該系統(tǒng)包括索夾、吊索和錨杯。對于本橋，工程師們首次建議吊桿采用“中部適應鎖芯”的鋼索（Centre Fit Rope Core，簡稱CFRC）。這類吊桿在韓國由Kiswire制作——它們類似于螺旋鋼絲線或封閉式鋼絞線索，但橫截面不同。CFRC索的表面是螺旋形的，因此任何振動或者有風引起的振響應能得到控制，吊索的空氣動力穩(wěn)定可充分地得到保證。同時，在吊索的兩端錨固的排水由于螺栓豎直安裝而成的不需要。
對于橋面形式的選擇，考慮了三個主要準則。第一個是抱枕梁的空氣動力穩(wěn)定。大跨徑懸索橋的動力穩(wěn)定，主要取決于風速和形成設計有充分空氣的動力穩(wěn)定性的能力。對最佳的空氣動力穩(wěn)定性，加勁梁的扭轉和顫振風速必須高于設計風速。再設計中，計劃了改善扭轉剛度的加勁梁形式。
第二個準則是減小梁的重量。如果扭轉剛度增加，其截面面積也增加來提高梁的空氣動力穩(wěn)定性，梁的重量也將增加，其經濟效益隨施工費用上升而減少。如果梁的自重減少，減少加勁梁的重量同時保持空氣動力穩(wěn)定性。
最后，第三個準則是改善結構的外形，選用的截面形式使橋梁的梁腹看起來良好，適應于輕型體積。選用了帶兩邊箱梁橋面滿足了所有的主要考慮。
抗風設計按照索支撐鋼橋設計指南(KSCE2006)進行。從Gunsan氣象得到的長期資料分析，計算200年回歸期的基本風速為34.3m/s，計劃的公路橋面高程處的設計風速計算為44.9m/s，顫振安全系數通過Monte-Carlo法模擬，決定用1.26。對于全結構，顫振調研的風速為56.6m/s。由于跨徑增大，風氣候成為設計的更關鍵因素。
作為本橋抗風設計的一部分，進行了計算流體動力學和工程節(jié)段模型的風洞試驗。結果是，當梁截面優(yōu)化時，顫振風速變快，而風載系數變低。梁的空氣動力穩(wěn)定性得到改善，而其自重減小。
目前，橋面有以下不同的結構類型——桁架。流線型箱梁，梯形箱梁或雙箱梁。用FluentCFD分析程序對選擇空氣動力穩(wěn)定性德梯形單箱和帶雙邊箱的鋼梁。從分析的結果看，梯形箱梁的顫振風速為55m/s，沒有給出足夠的空氣動力穩(wěn)定性進行初步研究，然而嚇死邊箱梁的吻合下，顫振風速高于60m/s，結果是加勁梁的橫截面設計成帶兩邊箱的梁。與梯形梁比，梁的重量減少19%，而阻力系數減少38%。
Dandeung橋塔的設計，不僅確保獨塔懸索橋的結構穩(wěn)定性，而且成為模擬旅游的地標。因此，塔設計成高105m的鋼筋混凝土結果。塔包括三個桿件——兩板主塔柱形成A型，其后面有一根附加的彎柱。三根柱的結合，給塔以船帆的外形，保證了不對稱懸索橋的結構穩(wěn)定性，與周圍環(huán)境的最大和諧。
在非對稱獨塔懸索橋的吻合，當車輛荷載作用時，梁的跨中豎直變位和塔頂得水平變位要大于獨塔兩個相似跨徑的懸索橋。為遠應其作用，塔的截面和剛度需予增大。
由于東橋有一根附加的塔柱，與僅有兩個塔柱相比較，主塔柱的橫截面可減小，在車輛荷載作用下，梁跨中的豎直變位可減少13%。裝備設兩個觀橋平臺。
橋梁現場的海洋條件是需要考慮的——有大的潮差和大于2.2m/s的流速。在這樣條件下水下混凝土作業(yè)是非常困難的，水下大的混凝土錨碇的施工會導致腐蝕。為避免這些問題，將錨碇的位置移置靠近島，那里的巖石條件可消除海下作業(yè)，并保護海洋環(huán)境。采用矩形布置的束股，減少了束股數，所需的錨碇體積也變小。隨著加勁梁重量的減小，主纜拉力也減少，錨碇重量也降低，設計了重力式錨碇每個承受超過120mn的主纜拉力。
用自爬式模板來修建塔，在塔柱四個不同高柱的四點安裝四個臨時支柱體系，以便在塔安裝控制D型柱的外形。采用激光和GPS系統(tǒng)來測量施工時的豎直度。
安裝主纜采用控制張拉的空中紡線法，而機械和系統(tǒng)都按韓國的1960Mpa高強鋼絲予以研制。用貓道的橫向通橋來控制其穩(wěn)定性。主跨梁分成11個節(jié)段制作，用能力為1200t的浮吊提升。最大的節(jié)段長48m，重340t。
