弹奏约塔河上的“琶音”——瑞典希辛大桥

建于1939年的约塔河桥（Gta?lv Bridge）是哥德堡市横跨约塔河的主要桥梁之一。每天约有12.5万人通过该桥。这是一座单叶式立转桥，允许高达18米的船只通过，而无须打开桥跨。老桥是用当时常见的托马斯钢铁公司生产的结构钢建造的。事实证明，这种钢材非常易脆，1999年和2000年时，分别在主要钢结构上发现了三条裂缝。为此相关部门决定对老桥的使用寿命进行调查评估并安装监测系统。经初步评估认为：最有利的解决方案是在老桥上游约70米处建造一座可开启的桥，以便尽可能地利用现有的基础设施。

2013年，哥德堡城市交通管理局(Trafikkontoret)为新桥发起了一项国际设计竞赛。最终获胜的设计方案名为“琶音(Arpeggio)”，是一座由四个独立的白色钢塔组成的垂直升降桥。方案中还运用了精致的灯光设计，即使在白天昏暗的桥下，也能给人们带来有趣的体验。

图1 最终获胜的设计方案效果图

希辛大桥可细分为三部分：南北两部分的引桥和跨河部分的垂直升降桥。

在河的北侧，桥台是大型混凝土坡道的一部分，用于将车辆运送到地面。在河的南侧也采用了类似的解决方案，经过修改，混凝土坡道也成为城市立交桥的桥台。

图2 引桥的典型横截面

南北两部分均设计为钢-混凝土组合桥，由三根平行的钢箱梁和顶部的混凝土桥面组成。钢塔和上部结构之间呈直角连接。在升降跨两侧还设有行人的观景台，可供人们坐在专门设计的长凳上欣赏风景。

北侧的三根钢主梁大致相同。不过，南侧的桥面宽度有所增加，以容纳额外的转弯车道。这意味着三根钢主梁都有其独特的几何形状。钢主梁每隔4米有一个内横撑。支座上的横梁也非常坚固。钢主梁在与横梁的跨度连接中，梁高不断增加。

垂直升降跨度采用正交异性钢桥面结构，是一个带有多个腹板的钢箱，钢箱两侧有一个相对较短的控制台。支座中的位于四个桥塔之间的大横梁为升降跨度提供了简单支撑。跨度两端的吊梁可以连接机械装置中的升降缆索。在桥梁开启时，导轨可限制升降跨度的移动。

图3 垂直升降跨

提到可开启桥梁，一个最引人关注的问题就是其活动部件的可靠性。希辛大桥必须始终处于工作状态，吊起活动跨以便船只通过，然后再降到原位，不能给有轨电车的轨道留下错位的空间。为了设计出满足所有这些要求的机械装置，设计师们付出了巨大的努力。

大桥一共设计有四套垂直升降机械。四个角都通过一块钢板与四根平行的升降机缆索相连。卸载装置拉动钢板，断开升降跨度与其他升降机械的连接，以防止缆索承受任何交通负荷，从而大大增加缆索的使用寿命。四根直径为64毫米的平行钢缆将整个桥跨的重量与塔顶部滑轮上的配重连接起来。每个塔上的配重都是由实心钢板焊接而成，四个配重各重183500千克，仍然比升降跨度的重量轻。配重通过四根平行的拉索与主缆卷轴相连。主缆卷轴由四台电机驱动，每台电机都配有变速箱和电气化断缆系统。每个桥塔各配一套机械设备，共16台电机必须相互完美配合。该系统若检测到升降跨度的任何偏差，会立即进行补偿，以保持升降跨度的水平。

楼梯和电梯塔位于约塔河的两侧。塔楼有一个独特的设计，就是三角形的悬臂观景台。楼梯在塔楼和楼梯底部有支撑。楼梯和桥面必须相互断开，因为温度变化会导致桥面产生较大的纵向移动。

希辛大桥的位置靠近哥德堡市中心的现有桥梁，因此需要特别注意以下几个方面的挑战：物流、施工规划，以及在施工期间尽量减少对现有城市建筑物的影响。

在这个项目中，由于空间不足和工期紧迫，需要在现场施工和场外预制之间找到平衡。周围不同的结构物对桥梁的设计和施工都会产生影响，并造成依赖和困难。例如，结构之间的接缝设计就很复杂，因为在施工阶段和结构的使用期间，荷载和变形的大小都会随时间发生变化。所有施工作业都不得对交通或周边结构物造成任何负面影响，尤其是在地基基础施工中表现得非常困难。在哥德堡的这一地区，土壤主要由黏土组成。为确保桩基具有符合要求的岩土和结构承载能力，必须在设计中将来自不同结构物的荷载结合在一起并进行分析，这就要求项目之间进行良好的协调。

为了提高经过哥德堡市的铁路系统的运载能力，瑞典交通管理部决定在城市地下修建一条铁路隧道。该西环线隧道的一个重要部分是位于地下的新扩建的中央车站。由于新桥要穿过隧道，因此有两根桥墩需要被放置在新车站的顶部。希辛大桥需要在隧道建成之前通车，因此，桥梁的某些部分必须用临时支架建造，隧道部分在桥梁支架下方建造。隧道完工后，桥梁支架再安装到隧道顶部的最终位置，因此必须拆除临时支架。由于桥梁上的交通不能中断，因此这一操作必须与正在进行的交通同时进行。为了确保这种施工方法的安全性，桥梁结构必须特别坚固。

除此之外，引桥边跨的钢梁由西班牙的一家钢材承包商在现场建造，分段长度为16-35米，重量在40至130吨之间。其目的是生产尽可能大的钢段，以尽量减少现场接缝的数量。在安装过程中，钢梁节段先通过螺栓连接在一起，然后再焊接为整体，以节省时间。

所有预制钢材在运往施工现场之前，都要在受控的工厂环境中进行焊接、检查和喷漆。由于施工现场的空间有限，钢梁节段在运抵后需要尽快组装。组装的关键因素之一是要找到一台能够通过约塔岛桥并具有足够起重能力的浮吊。钢板桩用于建造一个开放式沉箱，使打桩机能够位于水位以下约8米处，从而提高了这一复杂作业的精确度。

图4 横梁运抵现场

由于钢材制造商的尺寸限制，横梁主要由四个部分组成。这四个部分在毕尔巴鄂港焊接在一起，然后装船运往瑞典。每根横梁都放置在一个自行式模块运输机(SPMT)上，由该运输机运输。

在横梁被安放到下部构造之前，先将横梁从船上安放到临时支撑结构上。通过这种方法，600吨的重型结构只需几天时间就能安装完毕，而且对航道的干扰极小。

钢塔的设计折中了建筑师对时尚结构的构想，以及对钢结构的需求和公用设施(如升降机械)的空间，包括每个桥塔上的180 吨重的配重物。

为了减轻重量，垂直升降跨采用了正交异性钢箱梁结构，顶部没有混凝土板。在正常开放期间，升降跨度可升至16米的高空。吊起过程大约需要2.5分钟，合拢需要1.5分钟。大桥设计为每天开启12次，持续使用寿命为120年。该升降跨度的桥梁结构是一个完整的部件，在西班牙制造，并通过缆绳和液压千斤顶提升到最终位置。

由于希辛大桥还有一部分是供有轨电车通行，因此桥面宽度一般为8-12米。但有轨电车轨道的形状复杂，钢梁在某些部分既有平曲线也有竖曲线。为降低维护成本，箱梁采用了密封结构。这部分的钢材构件从西班牙制造公司乘船抵达哥德堡后，再被运到哥德堡的中心区域，因此构件的长度取决于道路的运输限制。在运往施工现场之前，所有预制钢材都要在受控的工厂环境中进行焊接、检查和喷漆。最后一层油漆是在现场浇筑混凝土面层时涂刷的。

由于与约塔河桥相冲突，一些桥梁构件必须在地面上全部完成，包括混凝土浇筑，并在现有桥梁拆除后吊装到位。由于有轨电车停运时间很短，这部分的施工计划变得较为复杂。

图5 匝道部分

希辛大桥将哥德堡市与港口连接起来，为人们提供了一个方便、可靠的软性交通通道。雕塑般的桥塔体现了建筑物之间的最佳互动，紧凑的设计与引人注目的外形相得益彰，彰显了桥梁体量、线条比例和位置的重要性。