白浪河?145m?無軸式摩天輪設(shè)計(jì)
添加日期:[2017-8-18 9:14:17]
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濰坊白浪河大橋工程為濱海新區(qū)核心景觀帶上的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),定位為地標(biāo)性節(jié)點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。在天津慈海橋摩天輪設(shè)計(jì)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,大橋主設(shè)計(jì)單位天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院和摩天輪主設(shè)計(jì)單位中國建筑科學(xué)研究院再次攜手合作,為該工程提出了一種新的橋梁與摩天輪結(jié)合的建筑型式。


白浪河大橋河面寬 500m,設(shè)計(jì)階段周圍比較空曠,但以后新區(qū)會(huì)逐步建設(shè),因此方案要考慮與將來周邊環(huán)境和建筑的協(xié)調(diào)。建研院創(chuàng)新提出了一種固定輪盤形式的設(shè)計(jì)方案,輪盤不再設(shè)傳統(tǒng)摩天輪的旋轉(zhuǎn)軸,也不再有剛性或柔性輪輻。在輪盤外緣設(shè)置固定軌道,乘人轎艙沿軌道運(yùn)動(dòng)。 


摩天輪坐落于橋梁上部,橋梁為雙層橋,上層為機(jī)動(dòng)車道,下層為人行道和非機(jī)動(dòng)車道。下層布置摩天輪站臺(tái)、機(jī)房、輔助功能區(qū)和商業(yè)空間等。上層橋面被摩天輪輪盤從中部分開,機(jī)動(dòng)車道從摩天輪兩側(cè)通過。經(jīng)過多方案比較,確定外輪廓直徑為 125m,頂點(diǎn)高度為 145m。輪盤為截面變直徑的圓環(huán)面。頂部截面為直徑 15m 的正圓,底部截面圓直徑為5m。從頂?shù)降椎慕孛嬷睆诫S所在大圓的圓心角線性變化。


網(wǎng)格紋理采用菱形構(gòu)圖做為基本元素,體現(xiàn)建筑最強(qiáng)的表現(xiàn)力。由菱形單元在三維空間延伸交匯,形成編織網(wǎng)格的空間結(jié)構(gòu)。網(wǎng)格生成遵循一定的數(shù)學(xué)算法: 

(a)在平面上構(gòu)造長(zhǎng) 80 格、寬 4 格的斜放網(wǎng)格。

(b)以長(zhǎng)向?yàn)檩S,將短向直線變換成半圓,平面網(wǎng)格變換成半圓筒,保持網(wǎng)格拓?fù)潢P(guān)系不變。

(c)將半圓筒按對(duì)稱關(guān)系拼成整圓筒。然后以長(zhǎng)度方向的中間為基點(diǎn),保持上側(cè)脊線不動(dòng),將各個(gè)圓截面直徑沿長(zhǎng)向線性變換,使中央直徑為15m、兩端直徑為 5m,形成上脊線水平的變截面圓筒。

(d)建立長(zhǎng)度方向的直線到圓弧線的幾何變換,將上脊線 變換為直徑為 125m 的整圓,即將 80個(gè)網(wǎng)格的總長(zhǎng)映射成 360 度的圓弧,得到環(huán)狀網(wǎng)格。此時(shí)圓環(huán)各截面都是正圓,這種關(guān)系很便于制造和安裝分塊。

對(duì)上述網(wǎng)格生成過程寫出數(shù)學(xué)解析公式,通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)。






摩天輪的網(wǎng)格狀圓環(huán)具有很大的剛度,在局部受力較大的部位采用加勁環(huán)等增強(qiáng)。摩天輪的支承位置設(shè)計(jì)在圓環(huán)的下半部。輪盤兩側(cè)各設(shè)置斜墩臺(tái),與橋梁共用基礎(chǔ)。摩天輪結(jié)構(gòu)其他部分與橋梁結(jié)構(gòu)互相獨(dú)立。輪盤由每個(gè)墩臺(tái)上伸出的 6 根斜柱支承,共 12 根斜柱,形成豎向支承體系和順橋向的水平支撐體系。為了保持輪盤平面外的穩(wěn)定性,由輪盤中部向上、下游河中設(shè)穩(wěn)定索,共 4 組拉索,形成垂直輪盤方向的水平支撐體系。穩(wěn)定索下端設(shè)置減振阻尼器。



輪盤網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)大部分僅有四桿相交,便于節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化設(shè)計(jì)。四桿交叉節(jié)點(diǎn)均設(shè)計(jì)成兩橢圓板十字相交形式,圓管桿件端部與節(jié)點(diǎn)板按平面相貫線焊接,既能滿足結(jié)構(gòu)受力要求,又比較美觀。通過編程計(jì)算所有十字節(jié)點(diǎn)板的尺寸、位置、相貫線等參數(shù),并對(duì)十字節(jié)點(diǎn)在所有荷載組合下的極限承載力進(jìn)行驗(yàn)算。加強(qiáng)環(huán)節(jié)點(diǎn)、穩(wěn)定索節(jié)點(diǎn)采用鋼管直接相貫,斜柱頂節(jié)點(diǎn)采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)。對(duì)這些異形節(jié)點(diǎn)極限承載力進(jìn)行了詳細(xì)的有限元計(jì)算。




與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式摩天輪不同,濰坊 145m摩天輪轎艙沿輪盤外緣的固定軌道運(yùn)行,共設(shè) 36 個(gè)球形轎艙,每艙可承載 10 人。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用分散動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)方式,將所有轎艙沿圓周串聯(lián)在一起,多組驅(qū)動(dòng)裝置均勻分散于周圈,進(jìn)行同步驅(qū)動(dòng),并考慮必要的功率冗余。該方案安裝容易、驅(qū)動(dòng)效率高,也利于設(shè)備檢修和維護(hù)。



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