【楼庄鸿】韩国Dandeung独塔式悬索桥
2011-09-30 来源：Bd&e
一座独塔悬索桥即将于下月开始施工，它作为新的连接韩国南部岛屿的一部分，Hyum-sok choi解释说。
随着在南韩修建一座新的独塔悬索桥，改善了至Gogunsan岛运输连接。Dandeung悬索桥连接Sinsido和Munyeodo，将形成新的连接至Gogunsan岛的中部节段的一部分——另外两个节段将建立在陆地上，连接线修建开始于2009年11月，桥梁的施工于下月（6）月开始，计划于2113年12月完成。
将桥梁设计成独塔，主缆具有不对称的外形，目前，独塔悬索桥仅出现在西班牙、中国和美国——所有三座桥将在本个10年中完成或仍在施工中。Dandeung桥的跨径为400m，将是该桥型中的世界最大者。
首先Dandung桥准备建成一座双塔主跨220m带有两个边跨的自锚式悬索桥，但这个概念需加以变更以避免在水中的施工作业。在现场，海中水很深，并由强和快速的水流。此外，原理啊设计相当传统，修改后的结构预期吸引更多的旅行者。
结果，建成了主跨400m的独塔悬索桥，这使承包商能避免困难的海洋条件，并提供一个地标性的结构以吸引旅客。目前，世界上仅有三座独塔悬索桥，均未运输而建——西班牙的Vinalopo桥，主跨165m，中国管周的猎德桥，主跨219m，以及正在施工的旧金山Okland海湾桥，主跨385m。
如上所述，Dandeung桥的工地是有很差的海洋条件——海洋最大深度超过22m，流速大于2.2m/s，它经历的潮差5m。结果是桥梁基础位于岩石露头，以使施工工作能在干燥环境中进行。
Dandeung桥的塔设计成A型混凝土结构，高105m，在尾部具有附加的D型塔柱，以家徽船帆。A型和D型的组合塔为不对称的独塔悬索桥在荷载作用下提供了结构的稳定，并也试图与地区的海洋风景协调。
主缆安装成两个平面，吊杆连接在桥面得外侧边缘——这样的布置将提高主缆和桥梁的空气动力稳定性。在桥梁发生事故堵塞一个车道时，运输车辆能转入另外的车道。而这在单主缆布置在桥梁中间时是不可能的。同时，主缆设计安装成倾斜的布置，在塔处，主缆间隔3m，在后锚处散开为11m，在前部为20m。
悬索桥的现有实践是采用由直径5-7mm镀锌钢丝组成的平行钢丝主缆。在过去20年中，钢丝抗拉强度从早期的1600Mpa增至1998年日本明石海峡的1720Mpa。从那时起，桥梁钢丝的抗拉强度继续增加，直至数年前韩国光阳大桥设计采用的1860Mpa高强钢丝。Dandeu桥主缆采用的钢丝将进一步提高，首次采用1960Mpa，在韩国，已生产这类钢丝，并将用于设计。
用了高强钢丝，主缆的尺寸将减小，减小了主缆的重量以及风对主缆的阻力，主缆的设计拉力为76800km，钢丝的允许拉应力为784Mpa，安全系数2.5。采用1960Mpa的钢丝，（译注：在猎德大桥之前，中国已修建了主跨350m的佛山平胜大桥，为独塔自锚式悬索桥）结果是主缆的直径为380mm，截面由12束4032丝组成。与1760Mpa钢丝相比较，主缆直径减少7%，主缆总重减少17%，风的阻力也因主缆面积减低而减小。
设计者对安装的，建成采用短形布置，与传统的六角形布置相比，有一定的好处。采用矩形方案，能使空中纺线法形成的平股数减少，在本桥状况下由14束减为12束，这样使主缆达到急需的线形时所需的对矢度调整的次数减少，缩短了施工的进程。束股数的减少意味着索鞍和锚碇也能变小。
吊杆系统连接主缆和加劲梁，将梁的重量，交通荷载和活载传递至主缆。该系统包括索夹、吊索和锚杯。对于本桥，工程师们首次建议吊杆采用“中部适应锁芯”的钢索（Centre Fit Rope Core，简称CFRC）。这类吊杆在韩国由Kiswire制作——它们类似于螺旋钢丝线或封闭式钢绞线索，但横截面不同。CFRC索的表面是螺旋形的，因此任何振动或者有风引起的振响应能得到控制，吊索的空气动力稳定可充分地得到保证。同时，在吊索的两端锚固的排水由于螺栓竖直安装而成的不需要。
对于桥面形式的选择，考虑了三个主要准则。第一个是抱枕梁的空气动力稳定。大跨径悬索桥的动力稳定，主要取决于风速和形成设计有充分空气的动力稳定性的能力。对最佳的空气动力稳定性，加劲梁的扭转和颤振风速必须高于设计风速。再设计中，计划了改善扭转刚度的加劲梁形式。
第二个准则是减小梁的重量。如果扭转刚度增加，其截面面积也增加来提高梁的空气动力稳定性，梁的重量也将增加，其经济效益随施工费用上升而减少。如果梁的自重减少，减少加劲梁的重量同时保持空气动力稳定性。
最后，第三个准则是改善结构的外形，选用的截面形式使桥梁的梁腹看起来良好，适应于轻型体积。选用了带两边箱梁桥面满足了所有的主要考虑。
抗风设计按照索支撑钢桥设计指南(KSCE2006)进行。从Gunsan气象得到的长期资料分析，计算200年回归期的基本风速为34.3m/s，计划的公路桥面高程处的设计风速计算为44.9m/s，颤振安全系数通过Monte-Carlo法模拟，决定用1.26。对于全结构，颤振调研的风速为56.6m/s。由于跨径增大，风气候成为设计的更关键因素。
作为本桥抗风设计的一部分，进行了计算流体动力学和工程节段模型的风洞试验。结果是，当梁截面优化时，颤振风速变快，而风载系数变低。梁的空气动力稳定性得到改善，而其自重减小。
目前，桥面有以下不同的结构类型——桁架。流线型箱梁，梯形箱梁或双箱梁。用FluentCFD分析程序对选择空气动力稳定性德梯形单箱和带双边箱的钢梁。从分析的结果看，梯形箱梁的颤振风速为55m/s，没有给出足够的空气动力稳定性进行初步研究，然而吓死边箱梁的吻合下，颤振风速高于60m/s，结果是加劲梁的横截面设计成带两边箱的梁。与梯形梁比，梁的重量减少19%，而阻力系数减少38%。
Dandeung桥塔的设计，不仅确保独塔悬索桥的结构稳定性，而且成为模拟旅游的地标。因此，塔设计成高105m的钢筋混凝土结果。塔包括三个杆件——两板主塔柱形成A型，其后面有一根附加的弯柱。三根柱的结合，给塔以船帆的外形，保证了不对称悬索桥的结构稳定性，与周围环境的最大和谐。
在非对称独塔悬索桥的吻合，当车辆荷载作用时，梁的跨中竖直变位和塔顶得水平变位要大于独塔两个相似跨径的悬索桥。为远应其作用，塔的截面和刚度需予增大。
由于东桥有一根附加的塔柱，与仅有两个塔柱相比较，主塔柱的横截面可减小，在车辆荷载作用下，梁跨中的竖直变位可减少13%。装备设两个观桥平台。
桥梁现场的海洋条件是需要考虑的——有大的潮差和大于2.2m/s的流速。在这样条件下水下混凝土作业是非常困难的，水下大的混凝土锚碇的施工会导致腐蚀。为避免这些问题，将锚碇的位置移置靠近岛，那里的岩石条件可消除海下作业，并保护海洋环境。采用矩形布置的束股，减少了束股数，所需的锚碇体积也变小。随着加劲梁重量的减小，主缆拉力也减少，锚碇重量也降低，设计了重力式锚碇每个承受超过120mn的主缆拉力。
用自爬式模板来修建塔，在塔柱四个不同高柱的四点安装四个临时支柱体系，以便在塔安装控制D型柱的外形。采用激光和GPS系统来测量施工时的竖直度。
安装主缆采用控制张拉的空中纺线法，而机械和系统都按韩国的1960Mpa高强钢丝予以研制。用猫道的横向通桥来控制其稳定性。主跨梁分成11个节段制作，用能力为1200t的浮吊提升。最大的节段长48m，重340t。
