张正雄　周新年　吴能森　冯建祥　陈玉凤

(福建农林大学,南平,353001)

　　摘　要　根据生态旅游景区简易悬索桥设计的特点及要求,结合武夷山自然保护区桃源峪简易悬索桥工程设计,对悬索桥设计的关键部分———总体设计方案选优和主要技术参数的选择进行分析,使悬索桥设计达到美观、经济、安全、实用的目的。

关键词　生态旅游景区;简易柔性悬索桥;设计方案;技术参数

分类号　U448.25

Study on Simple C able Suspension B ridge Design in View Area of E cological Tour/Zhang Zhengxiong,Zhou X innian,Wu Nengsen,Feng Jianxiang,Chen Y u feng(Fujian Agriculture and F orestry University,Nanping353001,P.R.China)//Journal of N ortheast F orestry University.-2002,30(2).-66～68

T he auth ors analyse the key parts of cable suspension bridge design—the decision of wh ole design plan and the selection of main technical parameters,according to the characteristic and requirements of sim ple cable suspension bridge design in the view area of ecological tour,and linking real exam ple of T aoyuanyu sim ple cable suspension design in the nature reserve of Wuyi m ountain. T his can make cable suspension bridge design beautiful,econ omical,safe and practical.

K ey w ords　View area of ecological tour;S imple s oft cable suspension bridge;Design plan;T echnical parameters

　　近年来兴起了一种新的旅游方式———生态旅游,如每年到武夷山自然保护区进行生态旅游的人数以20%的速度递增。但多数生态旅游景点位于深山峡谷,交通条件差,缺乏必要的交通设施———道路和桥梁,严重制约了生态旅游业的发展,解决交通问题已成为发展生态旅游的关键。景区修建桥梁不仅要为游人提供交通便利,而且其自身应成为一个与自然景观相协调的风景点,要充分考虑其景观生态效果,不破坏或少破坏周围生态环境及自然景观[1],同时投资较小,达到美观、经济、安全、实用的目的。

武夷山自然保护区森林茂密、植被丰富、山高谷深、地形复杂,具有多姿多彩的生态景观,有绮丽迷人的曲溪瀑泉、奇趣怪异的森林植被、野趣盎然的鸟鸣猴跃、雄峻奇特的峰石奇景、变化万千的气象景观,古树名木、奇花异草、博物馆、观鸟台等人文景观。区内自然环境贴切和谐,是一个不可多得的生态旅游胜地。桃源峪景区因具有许多奇特的自然景观及全国少有的高质量负离子吸氧区,成为一个极具开发价值的新景点,也是保护区发展规划中急待开发的一个生态旅游点。但由于该处没有修建道路和桥梁,交通极其不便,致使该景点一直没能被开发

1)福建省教育厅科学基金资助项目(JA00216);福建省自然科学基金资助项目(E99001)。

第1作者简介:张正雄,男,1961年7月生,福建农林大学交通学院,副教授。

收稿日期:2001年9月24日。

责任编辑:戴芳天。

利用。为此,保护区领导决定在该处修建1座桥梁,并于1999年底委托福建林学院土木工程勘测设计院负责规划设计。随后设计院就组织有关教授、专家和技术人员进行实地踏查、测量以及调研[2～4],并在此基础上完成了相关设计。该工程已于2001年7月竣工验收交付使用。

1　总体设计方案选优

1.1　桥位选择

景区桥位选择不仅要考虑地形地质条件及工程造价,而且还要考虑建桥后该处能否成为一个吸引游人的新景点。综合考虑后,决定将桥位选择在离武夷山自然保护区管理局本部7.5km,距桃源峪较近,且为唯一的交通公路制高点,并能使游人感觉建成后的悬索桥雄伟壮观,达到“一桥飞架南北,天堑变通途”意境的较宽阔峡谷处。

1.2　桥型方案

对于生态旅游景区的桥梁,大多为步行桥,只过人不过车。选择桥型方案时,应充分考虑其景观效应,选择美观廉价的桥型。通过认真比较分析,简易柔性悬索桥因其可充分发挥高强度钢索受拉强度大的特点,不需要特别高的桥塔就可以架设大跨径的桥梁,桥面系构造简单、加工容易、耗钢量低、桥梁架设和维护方便、桥型美观、造价低等一系列优点[5～7],近年来已成为许多交通不便的旅游景点首选的较理想桥型。由于桃源峪悬索桥处地形复杂,　

第30卷第2期东　北　林　业　大　学　学　报V ol.30N o.2 2002年3月JOURNA L OF NORTHE AST FORESTRY UNI VERSITY Mar.2002山高谷深,地势陡峭,两岸地质条件不理想,大多为中风化及强风化岩和土夹石地质,谷底距拟建桥面高55m,河面宽(桥长)120m。经多方案比较后,桃源峪桥型选定为无加劲梁的简易柔性悬索桥。

1.3　桥塔结构型式

桥塔决定悬索桥的矢度、线型和主索中距,是影响悬索桥造价的关键因素,桥塔成本达总造价的1/3～1/2。设计时应充分利用有利地形、地物,尽量不设或少设桥塔或使桥塔小型化,减少整个工程造价。桃源峪悬索桥设计时,根据桥位处的地形条件,可以采用2种桥塔方案。第1种方案是在桥的两端靠岸边各修建一个高25m的大型桥塔,这样可使悬索桥显得更气派些,但其造价却增加不少,同时会大大增加主索锚碇的土石方开挖量;据测算,仅2个桥塔就需建造费用约30万元,而允许总建设资金投入不足50万元。第2种方案是充分利用两端有利地形,将桥塔位置外移至距桥面高19m的两端山坡上,这样只需修建2座简易的地面支座式桥塔(桥塔距地面高1.2m);为了美观,在桥头两端各修建一个与旅游区相协调的雅典式桥门。其造价只需3万余元。所以,选定第2种方案。

1.3　悬索桥装饰方案

采用什么样的装饰方法及颜色关系到悬索桥的

美观与否。生态旅游景区的桥梁装饰尽可能与周围

的自然景观相协调,避免反差太大,尽量使游人感觉

象自然景观一样。为此选择桥面系装饰颜色时,采

用与周围森林植被颜色相近的草绿色瓷漆。悬索桥

两端的桥门初步设计方案是采用花岗岩饰面板贴

面,后来改为鹅卵石贴面,使人感觉更纯朴自然,能

起到与周围景观融为一体的装饰效果。

武夷山自然保护区桃源峪悬索桥总体方案设计

见图1

。

图1　武夷山自然保护区桃源峪悬索桥总体方案设计

2　主要技术参数

2.1　跨径

跨径是决定悬索桥规模及造价的重要参数。在

地形地质条件允许的情况下,适当增大跨径,可降低

桥塔的造价。如桃源峪悬索桥将跨径选定为120

m,则应修建2座高为25m(桥面以上)的大型桥塔,

不仅桥塔工程量增加,而且主索锚碇工程量也增加;

如果将跨径选为170m,即2桥塔同时外移25m,桥

面长保持不变(仍为120m),虽然主索束长度增加,

但可省去2座大型的桥塔,改为2座简易的地面支

座式桥塔。2种方案相比较,后者可比前者节省工

程造价近30万元,其优点是显而易见的,故跨径选

定为170m。

2.2　矢度

矢度是影响主索张力大小及桥塔和锚碇受力的

主要因素。矢度过大或过小均会对悬索桥产生不利

影响。矢度愈小,主索张力、桥塔及锚碇受力愈大,

主索易产生疲劳,导致索桥的工程量及造价提高;矢

度愈大,主索自重愈大,导致主索二次应力增大,同

时所需桥塔高度也要相应增加,使索桥工程造价增

大。所以《公路桥涵设计规范》推荐的矢度为1/6～

1/12(0.17～0.08)[6],基于上述考虑,将桃源峪悬索

桥的矢度取为0.1,符合规范要求。

2.3　吊杆间距

吊杆间距的大小直接影响索桥纵、横梁型号规

格的选择,以及索桥用量和工程造价,中小型索桥吊

杆间距一般以2～3m为宜[2],桃源峪索桥吊杆间距

定为3m。

2.4　主索中距及宽跨比

悬索桥的刚度和横向稳定性,与主索中距及宽

跨比(主索中距与跨距之比)大小密切相关。主索中

距和宽跨比值越大,则悬索桥的刚度和横向稳定性

越好。规范要求宽跨比必须大于1/35,少数特大跨

径的索桥极限取1/40[6]。由于主索中距通常就是

有效桥面宽度,故它的选择决定了桥面系的恒重和

工程造价。宽跨比越大,造价越高。对于景区悬索

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第2期　　　　　　　　　　　　　　张正雄等:生态旅游景区简易悬索桥设计研究　　　　　　　　桥的设计,为了满足悬索桥刚度和横向稳定性的要求,同时又能降低工程造价,可以采取优化设计的办法,即保证宽跨比值不变(按规范要求),而缩小桥面有效宽度。桃源峪悬索桥就是采取这种措施,其桥面设计跨距为120m,宽跨比为1/40,但其有效桥面宽度仅为2m,由此可节省工程造价25%左右。

应当指出,当宽跨比不能满足要求时,应对悬索桥的横向稳定性进行验算,包括对抗风缆系的验算,横向稳定性必须满足规范要求。

2.5　索鞍形式

索鞍在桥塔顶上主要对主索起承托和导向作用,其形式主要有活动支座式和固定支座式(又称简易索鞍)2种。简易索鞍结构简单、耗用钢材少、安装容易、造价和安装费用低,但其对桥塔的侧向稳定性要求较高。对于设计荷载较小的景区步行简易悬索桥,主索传递到塔顶的垂直分力相对较小,故多数情况可采用简易索鞍。但在设计时仍应结合具体情况因地制宜,合理确定。此外,设计索鞍时还应保证主索过鞍时有较圆顺的过鞍半径,一般不小于300倍主索直径,以减小主索的附加应力。由于桃源峪悬索桥的设计荷载较小,侧向稳定性较好,故选用简易索鞍。

2.6　主索锚碇形式

主索锚碇形式主要有重力式、非重力式和隧道式,设计时应根据实际地形、地质条件来确定。如果地形、地质条件较好,应尽量设计成非重力式(锚碇梁前侧直接支撑在坚硬的岩石壁上),可减少大量的亏工体积,降低工程造价。但不论采用何种锚碇形式都应进行稳定性验算,保证满足安全要求。桃源峪悬索桥的锚碇由于受到地形、地质条件的,最后采用重力式锚碇结构。

2.7　桥面板类型

桥面板主要有木质桥面板、钢质桥面板和钢筋水泥面板等3种形式,木质桥面板由于其存在强度低、易于磨损和腐烂、维护麻烦、安装不便等许多缺点,所以新的《公路桥涵设计规范》规定不允许使用木质桥面板;钢筋水泥桥面板强度高,但桥的恒重较大,损坏后不易更换;钢质桥面板强度高、韧性好,易于焊接拼装,加工容易,如防水防锈处理得当,可作为半永久性结构使用[6]。经比较后,桃源峪悬索桥的桥面板采用防滑花纹钢板(δ=3.5mm)。但由于钢板较薄,刚度不足,易产生变形(由荷载和温度引起的),所以在设计时采取了相应的措施,以减小钢板变形。具体办法是通过增设纵向角钢支架来缩小钢板的横向跨度,并增加固定点(钢板与纵梁及角钢之间的焊接点)来减小钢板的变形范围。实践证明效果理想。

2.8　横向稳定措施

对于景区过人的悬索桥,若横向稳定性差,当游客在桥上走过时会出现较大幅度的左右晃动,使人产生恐惧感。严重的话,还可能因桥面出现严重偏载(当桥面上的游客突然偏向一侧时)而发生倾覆现象,导致人员伤亡。所以设计时一定要采取措施保证横向稳定性。桃源峪悬索桥采用设风缆系的办法,并使风缆系与水平面成30°的夹角,这样既提高了悬索桥的横向稳定性,又提高了桥的竖向稳定性。

2.9　主索张力计算方法

主索张力的计算方法主要有:典型桥型主索张力计算法;长边跨桥型主索张力计算法;两支点等高或不等高主索张力计算法;首尾吊杆距桥塔(或支架)有较大距离的主索张力计算法等[4,8～10]。桃源峪柔性悬索桥因其接近于典型桥型,故主索张力采用典型桥型主索张力算法。

3　结束语

生态旅游景区的悬索桥设计,由于设计条件和要求不同,以及考虑影响因素的侧重点不同,其设计方案和技术参数的确定也不同。因此,实际设计时,只有根据具体情况因地制宜,合理确定悬索桥的总体设计方案及主要技术参数,才能使设计的悬索桥达到美观、经济、安全、实用的目的。

参　考　文　献

1　徐化成.景观生态学.北京:中国林业出版社,1996.1～112

2　周新年,郑丽风,冯建样,等.柔性吊桥设计理论及其应用研究Ⅰ福建省简易柔性悬索桥分析研究.福建林业科技,2000,27(4):1～5

3　张利明,周新年,郑丽凤.柔性吊桥设计及其应用研究Ⅱ简易钢索吊桥悬索系统设计模型.福建林学院学报,2000,20(1):12～16

4　郑丽凤,周新年,冯建样,等.柔性吊桥设计理论及其应用研究Ⅲ简易柔性悬索桥主索张力的研究.福建林学院学报,2001,21

(10):13～16

5　交通部第一公路工程局.桥涵(下册).北京:中国林业出版社, 1985.797～807

6　中华人民共和国交通部.公路桥涵设计规范(合订本).北京:人民交通出版社,1995.1～27

7　《公路桥涵设计手册》编写组.公路设计手册:桥涵基本资料.北京:人民交通出版社,1976.256～270

8　周新年.架空索道理论与实践.北京:中国林业出版社,1996.14～201

9　徐君兰.桥梁计算示例集.北京:人民交通出版社,1998.1～24

10　周远棣,徐君兰.钢桥.北京:人民交通出版社,1998.80～112

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