一座令人驚豔的雙相不鏽鋼橋 -- 新加坡雙螺旋橋

2018-07-12  來自: 濟南亞遊集團AG機械有限公司 瀏覽次數:479

雙螺旋橋,是新加坡濱海灣的一座人行橋,因其結構像人體DNA的雙螺旋結構而得名。它既是一座優雅輕盈的藝術品,也是一座堅固又耐腐蝕的結構,將設計工具的運用和雙相不鏽鋼結合起來。橋於2010年夏天正式通行,凸顯了城市的精神和活力。


總人口達500萬、國土麵積僅650平方公裏的新加坡,雖然人口密度很高,但高度組織化並造就了具有突破性和創新性的建築。新加坡不僅地處馬六甲海峽核心的戰略地理位置,還在亞洲經濟和金融方麵發揮重要作用,被稱為亞洲的瑞士。也是旅遊者旅遊目的地之一。


濱海灣是新加坡政府斥重金精心打造的旅遊度假勝地,已成為城市象征和熱點。新加坡濱海灣有一個壯觀的集商務、酒店、文化、娛樂於一體的多功能旅遊度假綜合體,它擁有毋庸置疑的美麗,體現了建築結構上的創新。藝術科學博物館臨水而建,形如一朵綻放的蓮花。它的背後矗立著大膽創新的三座頂級酒店組成的金沙酒店:在200米高的頂層一個1.3公頃的空中公園將三座大樓連為一體,長度比埃菲爾鐵塔的高度還長,還包括一座146米長的無邊界泳池。

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照片:MBS-Newhome


項目背景


濱海灣的整個邊緣已開發成3.5公裏的“環形步道”,讓行人可以欣賞到展示新加坡活力的建築。為了將這個的步道封閉環繞,2006年新加坡城市重建局(URA) 舉行了一個設計競賽,選出連接海灣入口兩端、供行人和車輛通行的優設計建造方案。由澳大利亞和新加坡建築師及工程公司組成聯合體贏得了這個項目。他們的設計展現了的美學和技術創意。雙螺旋橋是一次建築結構學上真正的成功,為濱海灣的開發畫上了的句號。


設計:神來之筆


建築師選擇保留車輛通行橋,因此簡化了設計並把更多的預算放在人行橋部分。這就使得人行橋成為了亞遊集團AG如今所看到的工程藝術作品。其設計靈感來自DNA的兩條螺旋形雙鏈結構,象征新加坡 “生命與延續,更新與成長” 的理念。

照片:financial dynamics/Christopher Frederick Jones


由於單螺旋結構不夠堅固,設計師的神來之筆是采用了雙螺旋結構,一條與另一條交錯。外麵的螺旋呈順時針,窄一些的內層螺旋為相反方向。兩個螺旋結構用箍架相連加固,使得結構達到的堅固,並且產生出一個供行人行走的內部通道。設計師用驚人的想象力創作出這樣的結構,而3D軟件是將如此錯綜複雜的設計變為現實所不可或缺的。在建造這座大橋時,不鏽鋼從一開始就是一個符合邏輯的選擇。除了純粹的力學方麵的考慮因素,新加坡的氣候條件也大大影響了設計師對於金屬的選擇。這座橋需要抵抗新加坡潮濕、酷熱、高鹽度的空氣,並且還要滿足至少100年壽命的設計要求。而不鏽鋼可以幫助設計師實現這些目標。


螺旋結構:選擇高性能的不鏽鋼


考慮到財務預算、力學的限製及加工製造和維護的規範,選擇不鏽鋼是該工程的關鍵因素。橋梁結構由大量獨立的組件組成,大量金屬表麵及許多連接和緊固部件會暴露在大氣中,容易發生腐蝕,所以設計師排除了塗層鋼這個選項。


盡管某些不鏽鋼橋梁工程采用了奧氏體不鏽鋼,但是越來越越多的工程師選用雙相不鏽鋼,它既有很高的抗腐蝕性,又有很好的力學性能。雙螺旋橋的工程師延續了這一趨勢,選擇了2205雙相不鏽鋼,他們之前在香港的昂船洲大橋中曾經使用過。2205雙相不鏽鋼是兩相合金,結合了鐵素體不鏽鋼和奧氏體不鏽鋼的特性。


2205雙相不鏽鋼的化學成分


雙相不鏽鋼2205的化學成分確保了一個平衡的金相組織,與單相奧氏體不鏽鋼相比,雙相不鏽鋼的力學性能更勝一籌。鉬的添加以及高鉻含量保證了雙相不鏽鋼很高的耐腐蝕性能,這就避免了較低合金化不鏽鋼在潮濕沿海環境中可能發生的生鏽和點蝕的風險。因此,采用雙相不鏽鋼的結構設計既美觀又堅固。


采用雙相不鏽鋼還降低了日後的維護修理費用,隻需定期清洗即可。因此,對於雙螺旋橋的建造,2205雙相不鏽鋼優於奧氏體不鏽鋼和鐵素體不鏽鋼。材料的優異性能對設計團隊的選材決策有重要影響。

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照片:financial dynamics/Christopher Frederick Jones

經濟的設計:采用雙相不鏽鋼


2205雙相不鏽鋼由於強度高,具有明顯的設計優勢。的力學強度,特別是大跨度結構(這裏重量很關鍵)的強度,對於雙螺旋橋這樣的結構是很必要的。橋梁的重量大約1700噸(相當於1130輛車),但是設計要求支撐自身重量,不需要支撐梁和拉索。3D軟件使設計者能夠充分利用2205雙相不鏽鋼的來優化結構設計,並減少金屬部件的數量。


該結構由外層直徑10.8米的螺旋結構及內層直徑9.4米的螺旋結構組成。外層螺旋結構由6根管組成的扭曲鏈狀結構形成,內層隻需要5根管。外層補償內層的垂直落差,在人行橋麵每隔2.75米即相交。箍架由加強支撐杆和拉伸杆內部相連構成,保證了必要的剛度。應力計算和3D設計軟件保證了雙螺旋鋼管在不影響功能特性的前提下,可以具有相同的外徑 -- 273毫米(主要考慮審美標準)。鋼管的壁厚根據它所處的位置以及負荷的不同而不同。


3D軟件讓設計師僅用兩個棒材斷麵就可以完成雙螺旋:一根直段,一根稍微彎曲,降低了製造和建造成本。並且,結構支撐了全部的附屬設備,比如行人通道,遮雨蓬,以及引人入勝的照明係統。簡而言之,2205雙相不鏽鋼的特性以及計算機輔助設計簡化並改進了設計。這個聰明的設計使得這座雙螺旋橋的鋼材使用量僅為同樣長度傳統箱型梁結構橋的五分之一,從而減少了材料,結構和維護成本。


製造和裝配:要求嚴格


選擇2205不鏽鋼也為部件的製造和裝配帶來了好處。由於受到新加坡交通法律規定及所用拖車類型的限製,雙螺旋橋被分成若幹部分來製造。在現場之外建造了一個特殊的車間進行部件的機加工和裝配。盡可能多地在車間進行焊接操作,以避免碳鋼汙染雙相不鏽鋼,造成結構鏽蝕。焊接溫度被嚴格控製以避免改變雙相不鏽鋼的相平衡,同時也控製受熱時彎曲的趨勢,因為這將會影響彎管的外形。當撐杆和拉杆用螺栓固定到位時,將構成雙螺旋的鋼管進行對接焊。這些製造和裝配預防措施保證了連接和裝配的完好。


照片:Arup



一個優雅輕盈的傑作


雙螺旋橋的優雅在於它的曲線外形和反螺旋結構的創意。這一結構始於一個緩坡,12米長的混凝土坡道將金屬結構與兩岸相連,然後結構在水平麵略微彎曲,行人通道與車行橋並排延伸。280米長的螺旋橋由三個66米跨度和兩個41米引橋組成。跨度間的連接段靠2205雙相不鏽鋼反向三腳架支撐在四個混凝土樁上。6米寬的橋麵支撐於9米的梁上,梁將雙螺旋結構的兩邊相連。橋上有四個橢圓形瞭望台正對濱海灣的壯觀景象。螺旋橋的魅力很容易通過螺旋曲線的平衡感受到。外圈螺旋完整轉了四周,而內圈螺旋則是五周。


螺旋橋可以承載16000人。該結構通過了性能測試,可以承受大量行人同時通過大橋如馬拉鬆或者閱兵時產生的震動。在兩樁之間行人橋比水麵高出8.8米,高度足夠濱海灣和與大海相連的通道之間的海上交通工具通過。


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照片:financial dynamics/Christopher Frederick Jones



更加壯觀的城市天際線


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照片:Kak Wai Lin


小螺旋結構上層箍架間安裝的不鏽鋼絲網和茶色玻璃天棚,保護行人不受陽光和熱帶雨的影響。夜晚,在燈光係統的照射下,使螺旋橋呈現出華麗的夜景。在設計階段就已經考慮了燈光係統的整體性和效果。

     

燈光係統安裝在內螺旋上,並嵌入結構管的空缺處。不鏽鋼的表麵加工尤其適合提升燈光照明的效果。金屬部件進行噴砂處理並用橄欖石拋光,以便使LED照明的反射性達到佳。此外,部件還經鈍化處理去除任何在焊接和機加工過程中可能產生的氧化色,以便表麵形成保護性鈍化膜。安裝在外螺旋環箍上的射燈,照亮不鏽鋼絲網遮陽屏和玻璃板,使其在夜晚發光。一係列的照明燈突顯了曲線形雙螺旋橋的精巧和輕盈。照明係統由程序控製,可改變燈光的強度和顏色,來配合不同場合下橋的照明布景。


雙螺旋橋不僅是非凡的工程成就,行人的體驗,也為新加坡城市和濱海灣增添了雄偉和自然之美。

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