1工程概况

某湖人行桥位于旅游休闲区，主要跨度为150m，长度为192m的4跨连续悬索桥。其跨度构成:18m+10.35m+150m+13m。人行桥跨越广阔的湖面，连接着两岸的青山。白天，橘红色的钢梁反映在绿色的水面上，夜晚，桥面上的七彩灯光形成了五彩缤纷的彩虹，富有时代气息。结构轻巧，美观大方，与周围景色协调。本桥宽3.74m，‘’钢梁高0.75m。桥板采用9cm厚、25cm宽的C30混凝土预制板，板间间距为2.5cm。主桥塔高29.5m，主缆矢跨比为1/8。

2设计构思

由于桥梁位置湖水较深，该湖本身为大型水库，水体必须得到保护。因此，在设计人行桥方案时，只提出了中承式拱桥、悬索桥、单塔斜拉桥等跨度大、造型优美的方案。考虑到与地形地貌的配合，各方案桥型的特点，虽然悬索桥造价相对最高，但从景观设计的角度来看，悬索桥建成后的造型最优美，在建设方的大力支持下，最后选择了悬索桥为实施方案。为了跨越湖畔的两条道路以及施工的方便，最终跨径组成为18m+10.35m+150m+13m，四跨连续。其整体配置、主梁横断面和桥墩平面。

3静力计算和结构设计

悬索桥为索结构，属于非线性系统，一般平面线性结构分析程序如QJX等无法计算。根据本部门的实际情况，我们采用平面计算，解决静力问题，确定各部件的尺寸、配筋、钢板厚度等。另一方面，与科研机构、大学合作，重点解决抗风、抗震等动力性问题。

由于钢梁单位重量轻，本桥的活恒比大于1，绝对值小，计算时发现恒载索力小，桥的重力刚度小。不得已放弃方案设计时准备采用的木制桥架，改为9cm厚、25cm宽的C30混凝土预制板，以增大恒载索力和重力刚度。预制板用两个M18螺栓与钢梁连接。预制板在与钢梁的接触面上涂上沥青膏，保护钢梁的涂装。

活恒比超过1，绝对值小带来两个问题。一是结构设计的难增加。后来从有关资料可知塞文桥活恒比仅0.19，恒伯尔桥活恒比仅0.25，博斯普鲁斯海峡二桥活恒比为0.26。桁架式加劲梁由于梁高的关系虽活恒比较大，但其刚度较大可作弥补。二是大量行人在桥上行走时产生的主梁晃动和振动。英国切斯特尔的总跨度约为100m的Groves悬索桥在1977年的划船比赛中，很多兴奋的人涌入桥上，发生了很大的摇晃。最近的例子是伦敦跨越泰吾士河的千年大桥在开放日由于人流过大而出现的未预见的横向晃动，不得不关闭加固。因此，我们也讨论了这一点。最后我们采取的措施是利用抗风电缆和主电缆的平面形成小夹角，产生水平力强化横向制约。另外，为了增加抗风电缆和主电缆平面的角度，预约了增加抗力的位置。同时，请管理部门在两座桥头设置醒目的招牌，限制恶意行为。

悬索桥的两条主要电缆是主要的受力部件，其安全与桥的安全有关，无法更换。根据国内外的一些成功经验，我们选择了工厂斜拉桥专用拉索和配套锚具，按斜拉索国标生产，安全系数K≥3.0。出厂前按规定预先拉。吊索采用优质中15.2无粘结预应力钢绞线，考虑更换的可能性，其间隔为375cm。电缆夹具由45号铸钢制成。‘П’型钢梁高75cm，中心距350cm，采用国产16Mnq优质钢材，钢板厚均为1cm。为增大主梁的抗扭刚度，横隔梁间距加密至187.5cm。桥台采用C25混凝土，桥塔、横梁、锚定桥墩采用C30混凝土，塔顶鞍座下1m高度采用C30钢纤维混凝土，其他按规范要求设计。

4风振动的抗风设计

本桥高度和跨度比为1/200，宽度比为1140，超过≤道路桥涵洞钢结构和木结构设计规范≥(JTJ025-86)第1.5.34条规定。活恒比大于1，恒活载绝对值小，对风振动敏感，上述指标与结构稳定性密切相关，重视本桥抗风设计。

采用Ansys空间有限元动力分析程序分析，成桥状态下一阶段对称扭转频率为0.5458Hz，一阶段反对称扭转频率为0.4071HZ，一阶段对称垂直弯曲频率为0.3820HZ，一阶段反对称垂直弯曲频率为0.29676

minTho-1=[Uα]/ffB=35/0.4071/3.90=22.0446>7.5

同济大学土木工程防灾国家重点实验室承担主桥抗风稳定性实验和分析研究，主要采用节段模型风洞试验。根据相似性的原理，节段模型的缩小比为1/17，长宽比为4，试验在实验室TJ-2号的边界层孔中进行。第一步，进行动力特性分析和测量各种气动参数。第二步是通过节段模型的风振稳定性检查同升湖桥的风振性能。结果在a=3°迎角下，75°m/s时发生了扭曲振动。a=0°和a=-3°迎角下，27m/s和38m/s发生垂直振动，a=0°时状态极不稳定，对风攻击角非常敏感，稍有干扰即发散，本桥不能满足抗风稳定性的要求。但是，试验表明自然风场中本桥不会发生扭转涡流振动。

为了满足抗风稳定性的要求，我们制定了三个改进方案进行比较。①在原设计断面增加导风板或在腹板上打开导风孔②在原设计结构上增加抗风电缆③在原设计结构上增加抗风电缆和中央按钮。

方案1、a=0°、a=3°和a=-3°迎角下，在桥状态下振动临界风速分别为25m/s、25m/s和18m/s。试验表明，在原设计的截面上增加导风板或在腹板上打开导风孔不能满足抗风稳定性的要求。但是，导气孔可以降低静风压力。

方案2、a=0°迎角下，在桥状态下缓和振动的临界风速为29m/s，比振动检查风速Ucg=28m/s稍大。试验表明，这种状态极其不稳定，对风攻角极其敏感，稍有干扰即发散。因此，在原设计结构中增加抗风电缆仍不能满足抗风稳定性的要求。

方案3、a=0°迎角下，在桥状态下缓和振动的临界风速为41m/s，比振动检查风速Ucg=28m/s大，可满足抗风稳定性的要求。因此，我们计划三实施。

之后，通过春夏两季多次大风时的观察和桥梁的体验，可以明显发现有无抗风电缆的差异。无抗风电缆、5￣6级风时，主梁有明显的纵波位移，横向位移达到10cm以上。十几个人走在桥上有很大的振动感。给人不舒服的感觉。加入抗风电缆后，上述现象基本消失，证明抗风电缆的设置确实提高了同升湖桥的抗风稳定性。

5钢梁防腐处理

5.1涂层系统的选择

钢梁外壁是指顶板和腹板的外表面。这些板的外表面暴露在大气中，是钢梁最容易腐蚀的地方。但其表面光滑，易于喷涂施工。本桥根据大气环境条件和使用要求，采用比较先进的长效多层涂料系统保护钢梁外墙。

5.2油漆涂装的时机和方法

钢梁各层涂装在梁节段完成后，在吊装前在全天场进行。最后的油漆是钢梁整体焊接成桥后，利用支架在间隔露天进行的。

5.3喷涂施工

喷涂施工主要包括表面处理、喷涂、成膜、干燥和固化等过程。涂膜的质量与表面处理的好坏、涂料的调配方法、涂装方法、涂装环境、涂膜的干燥和固化方法等因素密切相关，其中表面处理的好坏对防腐涂装的效果和耐久性有最大影响。而且性能越好的涂料，对表面处理的好坏越敏感。因此，我们为涂装工程制定了施工要求，要求施工部门严格遵守。

6施工过程

本桥施工采用分段法施工，利用电缆吊起主电缆、主梁和混凝土桥面板。施工顺序如下①采用人工挖孔方法施工桥塔桩基础，其他脚和锚基础采用明挖施工②施工混凝土桥台、桥塔、桥墩和锚。同时，在工厂内焊接主梁段，对钢构件进行初步防腐处理。在预制场预制砼桥面板。在主缆制造厂制造主缆、吊索及索夹具并在厂家做热镀锌处理，外涂防锈漆③待各构件砼强度达到100％后开始安装主梁。主要吊装设备为2(吨)200m跨度的单缆吊机。首先安装主电缆、吊索和夹具。然后从中间向两侧桥塔吊起梁段，段间暂时铰接，安装后按吊起顺序焊接成形。安装的关键是确定安装前主缆的高度。经过我们的大量计算，加上施工单位的紧密配合，精心组织，最后跨中高度和设计值仅为4cm④对钢结构进行后期防腐处理，安装混凝土桥面板、扶手、桥伸缩缝和抗风电缆。其中，防风电缆的安装比较复杂，首先作为防风电缆使用的电缆一次拉伸，消除大部分松弛。安装抗风电缆和吊杆后，根据设计要求对抗风电缆分级施加200(KN)张力，在张力过程中同步观测桥面高度的变化。最后，将各吊杆的长度调整到计算值⑤检查，交付使用。

7成桥试验

全桥所有部件安装完毕后，在施工部门的协助下，我们进行了简单的桥试验。用5(KN)重型推车从桥的一端均速移动到桥的另一端，分别测量主梁上8点的位移。主梁最大的位移是小车跨中时，约2(cm)。考试结果令人满意。

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