通過一條長達(dá)23公里的山海健康步道，讓廈門的居民和游客不需遠(yuǎn)行就可以近距離接觸大自然，這是城市與設(shè)計師提供給大眾的便利。“山海健康步道”大部分屬于高架的步道，為家庭出游以及不受干擾地跑步和徒步提供了絕佳的機(jī)會，是廈門新增的一項特別的基礎(chǔ)設(shè)施。廈門的人口密度（15000人/平方公里）比香港（7150人/平方公里）和新加坡（7800人/平方公里）還要大，需要建設(shè)一些特別的公共交通方式。如廈門快速公交系統(tǒng)（BRT）便是其中一種，它是公交車專用的70公里長的橋梁線路網(wǎng)絡(luò)，2008年投入使用時，是中國首個此類型的公共交通方式。2017年，廈門又新增了另一項引人注目且屢獲殊榮的基礎(chǔ)設(shè)施，也就是廈門空中自行車道，這條8公里長的高架人行和自行車道覆蓋了廈門市的五個主要居民區(qū)和三個商業(yè)中心，其大部分路段沿著BRT系統(tǒng)或在BRT系統(tǒng)下方運(yùn)行，與山海健康步道一樣，該空中自行車道均由丹麥建筑師事務(wù)所Dissing + Weilling設(shè)計。
1號橋：30m高的圓柱狀景觀塔，懸挑的步道沿橋塔螺旋狀盤旋而上；
2號橋：V型塔單側(cè)懸掛曲線型懸索橋，主跨220m；
3號橋：單側(cè)懸掛曲線型提籃式拱橋，主跨90m；
4號橋：雙跨梁橋，主跨40m；
5號橋：單塔懸索橋，主跨70m；
6號橋：下承式懸索橋，主跨85m；
7號橋：下承式桁架橋，主跨90m
競賽階段之后，sbp施萊希公司對2號、3號和6號橋梁進(jìn)行了可行性研究以支持Dissing+Weilling建筑師事務(wù)所的工作。由于工程進(jìn)展迅速，業(yè)主決定委托三家結(jié)構(gòu)工程單位加入大跨度橋梁的設(shè)計，sbp施萊希公司負(fù)責(zé)設(shè)計2號和3號橋梁。其中2號橋梁名為“和美橋”，它是世界上最長的弧形單側(cè)懸索人行橋，也是山海健康步道沿線橋梁中結(jié)構(gòu)方案最大膽的一座，sbp施萊希公司與廈門市的結(jié)構(gòu)工程單位-廈門市市政工程設(shè)計院有限公司合作完成了該項目。和美橋已順利竣工，它作為健康步道的一部分已經(jīng)向公眾開放。本文將深入介紹這座標(biāo)志性橋梁的設(shè)計和施工過程。
競賽階段提出的橋梁方案與最終實(shí)施方案之間最大的不同是橋塔的形狀。在早期設(shè)計階段，橋梁采用了單獨(dú)一根70米高的橋塔。這種設(shè)計在結(jié)構(gòu)上是最直接的解決方案，但這個具有獨(dú)橋塔在視覺上呈現(xiàn)較為銳利的視覺沖擊，在高度上和風(fēng)水方面都引起了各方的關(guān)切和擔(dān)心，所以需要進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整后的設(shè)計采用52米高的V形橋塔的方案，從而被業(yè)主選為最終實(shí)施方案。
用V形橋塔代替單橋塔對橋梁的外觀有很大的影響，而對力的傳遞和結(jié)構(gòu)效率的影響很小。對橋梁結(jié)構(gòu)效率影響最大的是橋塔頂標(biāo)高，因?yàn)樵搮?shù)決定了主纜中力的大小。索力減小意味著索的直徑也會減小，相應(yīng)地，較小的索力就意味著降低成本，以及減少主纜錨固支座結(jié)構(gòu)的體量。在這方面需要理解的最重要的關(guān)系是，橋塔的高度與橋面到塔頂之間的水平距離是相關(guān)的，塔頂越高，塔頂與橋面之間的水平距離就越大。為了更好地理解這種相關(guān)性，有必要理解橋梁的整體受力分析。
作用于橋梁的力很大一部分來自橋面的恒荷載和超靜載（下圖中的FG）。常規(guī)懸索橋有豎向懸索，但弧形橋面的懸索橋不能這樣做，因?yàn)橹骼|必須沿著橋面的弧度，如果只有（來自豎向懸索的）豎向力作用在橋面上，則不能實(shí)現(xiàn)這種弧度，因此，對于橋面具有明顯弧度的懸索橋，懸索只能傾斜布置。
由于懸索偏心和傾斜布置，恒荷載FG會產(chǎn)生傾覆彎矩（MDeck）和水平力（FDeck），且二者都只能通過橋面?zhèn)鬟f到橋臺支座上。在直線型橋面上，該傾覆彎矩會產(chǎn)生一個扭矩且扭矩會沿著橋臺方向而增大。弧形橋面則與其不同，傾覆彎矩分解為一對力偶（FTOP和FBOTTOM）作用其上。
如果將力偶作用力示意在橋梁的平面視圖上，那么該作用力是如何傳遞到橋臺就能表達(dá)得很清楚了。取力偶作用于懸索軸上的平面示意圖，結(jié)構(gòu)體系的工作原理類似于壓力罐，上部水平向力（FTOP）在橋面上翼緣產(chǎn)生恒定的壓力，下部的力（FBOTTOM）在橋面下翼緣產(chǎn)生恒定的拉力�；谶@一理解，采用封閉的空心箱型截面在結(jié)構(gòu)上并不是必須的，同樣可以采用開口式的截面具備受力清晰的上部受壓環(huán)與下部受拉環(huán)的結(jié)構(gòu)體系。位于美國Greenville市的自由橋是sbp的一個采用該設(shè)計思路的實(shí)施項目案例，它是一座弧形橋面同時采用開口截面的懸索橋。
在廈門的和美橋項目上，我們采用了封閉式的箱形截面，這在多方面是有益的。首先，它遵循了山海健康步道沿線橋梁系列中的橋形設(shè)定以及建筑師的設(shè)計意圖，即當(dāng)步道是城市景觀的一部分時，采用封閉的截面，當(dāng)遠(yuǎn)離城市景觀而處在自然環(huán)境中時則采用開口式截面；第二，封閉式截面顯著改善了橋梁的動力性能，并進(jìn)一步減小了橋梁在非對稱荷載作用下的變形。
如前文所述，根據(jù)橋梁幾何和結(jié)構(gòu)受力原理，弧形橋面的懸索橋其懸索應(yīng)該傾斜布置，傾斜度取決于塔頂和主纜錨固點(diǎn)的位置，后者的位置通常情況下已經(jīng)確定，主要對于結(jié)構(gòu)性能會產(chǎn)生影響。對于塔頂?shù)奈恢�，�?yīng)通過優(yōu)化設(shè)計過程來確定。在合理的范圍內(nèi)，較高的塔頂能夠減小主纜中的力，因?yàn)檩^高的塔頂會增加拋物線形的主纜在立面上的垂度。但是，如果塔頂與橋面在平面上的距離不變，則不應(yīng)改變橋塔的高度，因?yàn)橹骼|中的力是兩拋物線組合作用的結(jié)果。懸索中豎向力和水平力分量通過豎向和水平向拋物線傳遞，且兩向分力通過同一根索傳遞，主纜的形狀是豎向和水平向拋物線疊加的三維幾何。同時優(yōu)化兩條拋物線將確定平面中塔頂和橋面之間的最佳距離，該距離也是確定橋塔高度的其中一個函數(shù)。通過這種優(yōu)化過程確定塔頂位置，就可以確定橋塔高度下主纜中所產(chǎn)生的最小索力。
總體上講，將單塔改為雙橋塔對橋梁結(jié)構(gòu)的受力和效率影響不大。但是，只有當(dāng)懸索在平面中保持徑向排列，并且部分懸索與兩個塔頂之間的索相互貫通連接時，這種結(jié)論才成立�；谠撛矶O(shè)計出的橋梁的最終外觀在美學(xué)上并不如人意，我們調(diào)整了懸索的排布，使懸索并不與兩個塔頂之間的連接索相連。在最終的設(shè)計方案中，懸索更能強(qiáng)調(diào)橋塔的V形形狀，使橋梁整體外觀在視覺上是協(xié)調(diào)的，也是讓人愉悅的。
設(shè)計完成后，項目最具挑戰(zhàn)性的部分開始了：建造它。畢竟，它是中國同類型橋梁結(jié)構(gòu)中第一座如此大跨度的橋梁，也是目前世界上最長的弧形單側(cè)懸索人行橋。
對橋梁開展了充分的風(fēng)洞試驗(yàn)，從而確保其能夠抵御風(fēng)速高達(dá)300km/h的臺風(fēng)。為了改善橋梁在惡劣風(fēng)荷載作用下的性能，我們對橋梁的橫截面進(jìn)行了修改，沿橋梁外側(cè)增設(shè)了一道600mm長的折流板，起到了分風(fēng)的作用并能大大改善橋梁的空氣動力性能。通過折流板將作用于橋梁橫斷面的水平力進(jìn)行分流，減弱風(fēng)直接于下翼緣的作用力，使風(fēng)荷載作用面更為對稱，從而進(jìn)一步減小了風(fēng)荷載作用。由于這一變化使橫截面的重心進(jìn)一步遠(yuǎn)離懸索節(jié)點(diǎn)，因此必須精心設(shè)計這種調(diào)整，以平衡空氣動力優(yōu)勢和由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)劣勢。雖然這兩種措施都改善了橋梁的空氣動力性能，但由此產(chǎn)生的風(fēng)荷載仍然很高。橋塔上的基本風(fēng)壓高達(dá)8.20kN/m²，橋面上的風(fēng)吸力高達(dá)1.75kN/m²。
由于以前從未設(shè)計實(shí)現(xiàn)類似的橋梁，當(dāng)?shù)卣块T和其他一些有關(guān)方必須確保這樣一座橋梁是可建造的和安全的。
也由于之前從未建造過類似的橋梁，負(fù)責(zé)計算和施工順序監(jiān)督的相關(guān)方以及施工方對擬定的施工順序是否可行產(chǎn)生了無數(shù)疑問，經(jīng)過多次的會議溝通和各單位的共同努力，這些問題都逐一得到了解決。
毫無疑問，施加預(yù)應(yīng)力是橋梁施工過程中最具挑戰(zhàn)性的一步，它涉及到兩個塔頂?shù)牧己脜f(xié)調(diào)運(yùn)動。為此，首先兩個塔頂向橋面一側(cè)預(yù)偏約1.0m。施加預(yù)應(yīng)力之后3天內(nèi)，施工過程中的所有10個步驟均成功完成，緊接著安裝了21個調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其中19個安裝在橋面中以減小三個控制振型下導(dǎo)致的人致振動，剩余2個安裝在橋塔內(nèi)以防止不必要的風(fēng)致振動。最后，外表面施加涂層后，大橋成功落成。
