前言

 Sun-Yu桥是为了庆祝汉城千禧年的象征性建筑而设计的，它连接着汉城南部和汉河中部的Sun-Yu岛。该桥的主要理念是技术与自然环境之间的和谐。为了实现这一设计理念，大桥由两个对称部分构成。桥的主体是混凝土拱以便行人直接步行穿过汉河。引桥是由钢材以及木质甲板和扶手构成(图1)。

 

图1  Sun-Yu桥全景

 主拱是由活性灰混凝土(RPC)建造的，据记载这是世界上使用RPC建造的最早的和最长的拱桥，其跨度达120米。这种新的超高性能混凝土使用了钢纤维进行增强，使得一个“纤细”的结构具有很强的耐用性。本文描述了混凝土拱的设计和结构。

 计划和拱结构的截面

 在Sun-Yu桥位处，汉河水面宽100米，因此主跨设计120米使得拱的基础可以座落在汉河岸上。拱的外形是经过优化设计确定的，拱高为15米，半径为127.5米。这样矢跨比为1/8，该拱高度较低因而便于结构的抬升。

 引桥的端部由位于两侧离拱桥中跨30米处的支撑物来支撑。拱的纵轴在引桥的纵轴方向上偏离7°，两轴之间的这种角度使得引桥的端部和拱相连接成为可能。而且由于与框架式的引桥连接，拱的水平方向的稳定性得到了增强。

 拱的横截面为形状，其宽度为4.3米，高度1.3米。其上部面板的厚度为30mm，并在长度方向有高为100mm间隔1.225m的横肋加固。两个厚度为160mm的翼板支撑着这个面板。

 加固面板的横肋在横向上由直径为13mm的单向钢筋束加固。每个翼板在长度方向上由三个钢筋束施加预应力，其中两个9～15mm的钢筋束在翼板的下部，另外一个12～15mm的钢筋束在翼板的上部。钢筋束的分布根据其与截面几何中心的关系从结构上进行了优化(图3)，导致拱的静弯曲载荷最小化了，并且截面较为“纤细”。

 材料性质

 如果材料具有最小化的不连续性如微裂隙和空洞，那么这种材料将会有更高的极限承载能力和更高的耐久性，活性灰混凝土(RPC)就是在这个理论上发展起来的。RPC典型的成分如表1所示。

 

 RPC的承载力远远高于传统的高性能混凝土，其抗压强度为后者的三倍，抗弯强度为后者的10倍。钢纤维的加入使得它更具有延展性。当裂纹长度达到0.3mm时其抗拉强度保持不变，甚至当裂纹张开达2mm时其抗拉强度仍保持不变。RPC200的强度指标如表2所示。

 

 结构分析

 拱桥的设计受到不同阶段建筑条件的影响。整个拱被分为六个部分，以便于制造和抬升。在第一个建筑阶段，拱的每一半——由三段通过预应力连接起来独立作用。在第二个阶段，使用两个千斤顶在拱的两个部分之间加上荷载，以平衡基础的反力。然后，在此处用RPC浇注一个横向部件。在这个闭合关节段安置好之后，将两个千斤顶移走并加入4个短预应力杆确保完全连续。

 结构模型被考虑为下述两种状态的附加物：

 阶段1：该建筑方法导致的悬臂梁状态。拱脚的连接处是固定的。每个半拱中由静载和预应力引起的初始应力能够被确定；然后由两个千斤顶施加力F。

 阶段2：拱的最终连续状态达成，两个千斤顶从反方向上给拱施加力F。

 除了固定连接区域外，拱截面顶部和底部的应力均处于压应力状态。固定处的拉应力不超过3MPa。因此，所有的应力值都在允许的范围内。

 建造

 为了便于建造，长120米的拱被分为六个部分。每个部分都在特定的浇铸场地进行预浇制。拱截面是曲线形状的。施工时使用了一种特殊的混凝土搅拌机，利用它可以获得所需要的材料性能——其抗压强度特征值达到200 MPa，而且其流动性很好便于浇注。浇注完成后，每个部分在35℃的温度下养护48小时，然后放入热处理室在90℃的温度下处理48小时。每个制作过程都进行了严格的控制使得裂纹最小化确保其具有高耐久性。

 当每个部分养护之后，就被运送到河岸附近的建筑场地。图6为每个部分的运送和存放过程。然后6个部分被浮式起重机举起并安放在汉河中的5个临时支柱上，其基本的建筑计划见图7。在建筑的第一阶段，首先将S1、S2、S3安放到位并通过纵轴向预应力将其组装成一整体。在第二阶段，剩下的S4、S5、S6以第一阶段同样的方式进行处理。

 在第三阶段，按如下方式使得两个悬臂梁具有结构上的连续性。使用两个千斤顶在两个悬臂梁的端部加上水平荷载，然后在期间浇注闭合段，施加的千斤顶载荷慢慢释放并逐渐转移到闭合段上面。最后8个连续的直径38毫米的后张杆件将被施加850kN的压力。

 调和质量阻尼的设计与安装

 数值分析

 人行桥在行人穿梭下的潜在振动在设计时已加以考虑了。为了满足行人的舒适标准——竖向加速度限制不超过0.5，水平方向的加速度不超过0.2，决定使用调和质量阻尼(TMDs)。

 动力分析表明，模式1、2、3的自然频率都在不舒适的范围之内，低于2.0Hz。动力分析的模型图形如8所示。

 TMDs的安装位置见图9。阻尼器1控制水平方向的振动(模式1)，阻尼器2、3控制竖向的振动(模式2和3)(图10)。

 初步测试

 为了确定结构的自然频率和阻尼比率，对竣工后的人行桥进行了初步的测试，得到了不同激发模式下的加速度。对于振动测试，在三个不同位置安装了测量传感器。测量得到的自然频率与对于模式1和3进行数值分析得到结果相近。结论为：对于模式1水平弯曲频率接近0. 75Hz、对于模式3和1竖向弯曲频率接近2.0Hz需要TMDs以增加阻尼。然而对于模式2测量得到的加速度低于计算值。这是由于模式2具有比模式1和3较高的阻尼比率。基于上述测试结果，用于模式2的TMDs被移除了。

 

 制造和安装

 基于初步测试的结果，用于模式1和3的TMDs被安装并进行了最终的测试。TMD D1和D3在拱中心两侧对称位置处安装。TMD制造后通过测试仪器进行校正。其弹簧和质量设计应适合拱的自然频率，其质量和阻尼性质调整为拱的3％。

 在TMD安装完成之后，进行了最终的测试以检查所有的诸如由于行走、跑动、跳跃、推扶手等引起的振动。最终测试表明，加速度在容许值范围内满足行人的舒适度要求。

 结论

 RPC是一种新型的超高性能混凝土，其抗压强度达到200MPa。由于使用了RPC，主拱桥得到了优化设计。在闭合段由于使用了千斤顶施加推力并且与内部的预应力技术进行了有效结合使得应力分布得到优化。作为结果，所需要的内部预应力最小化了，从而导致了一个高效的结构。

 考虑到RPC的敏感特性，分段拱的制造过程经过了严格的控制。所有参与方必须密切协作，使得每个分段的质量达到了规定的指标。同样对TMDs也进行了成功的检验。测试结果与计算结果吻合较好，不舒适的振动就被排除了。

 

图2  拱的立面图(m)

 

图3  横断面（mm）

 

    资料来源： Structural Engineering International February 2005