道橋?qū)I(yè)知識(shí)解讀及分析--舊金山金門(mén)大橋

1、美國(guó)金門(mén)大橋the Golden Gate Bridge簡(jiǎn)介金門(mén)大橋是美國(guó)舊金山的地表它跨越聯(lián)接舊金山灣和太平洋的金門(mén)還向，南端連接舊金山的北端，北端接通加州的馬林縣。大橋于1933年1月5日開(kāi)始施工，1937年4月完工，同年5月27日對(duì)外開(kāi)放予行人。斯特勞斯在南橋墩澆筑混凝土之前放入了一塊取自他的母校俄亥俄州辛辛那提大學(xué)的磚頭。建造資金舊金山地區(qū)的選民們以自己的住宅、農(nóng)場(chǎng)和公司為抵押，發(fā)行了最初的3500萬(wàn)美元的工程債券。1977年，最后一筆債券被付清，其中3500萬(wàn)美元的本金和3900萬(wàn)美元的利息全來(lái)自過(guò)橋費(fèi)的收入。意外事故橋施工時(shí)的一項(xiàng)獨(dú)特的設(shè)計(jì)是橋下有一個(gè)安全網(wǎng)。在20世紀(jì)30年代，橋

2、梁建設(shè)者預(yù)計(jì)每建造成本的1萬(wàn)美元，1人死亡和建設(shè)者，預(yù)計(jì)35人死亡，而建筑金門(mén)大橋。 橋梁的安全創(chuàng)新之一是懸浮在地板下凈。 凈保存在施工期間，19個(gè)男人的生活，他們通常被稱(chēng)為“一半的成員地獄俱樂(lè)部?！毕碛惺⒚?957年之前金門(mén)大橋是世界上最長(zhǎng)的懸索橋，兩個(gè)橋墩在1964年之前擁有世界上懸索橋中最長(zhǎng)的跨度。這兩個(gè)橋墩直到不久之前還是世界上最高的懸索橋橋墩。工程概況地點(diǎn)：舊金山，美國(guó)，加利福尼亞州，索薩利托 Completion Date: 1937 完成日期：1937年 Cost: $27 million 費(fèi)用：2700萬(wàn)美元 Length: 8,981 feetType: Suspension

3、 類(lèi)型：懸掛 Purpose: Roadway 目的：巷道 Materials: Steel, concrete 材料：鋼筋，混凝土 Longest Single Span: 4,200 feetEngineer(s): Joseph B. Strauss 工程師（S）：約瑟夫B施特勞斯跨越金門(mén)海峽經(jīng)緯度374911N 1222843W維護(hù)單位金門(mén)大橋管理局 1通車(chē)日期1937年5月27日年平均日交通流量100,0001承載101號(hào)美國(guó)國(guó)道1號(hào)加州州道：6線道、人行道、與自行車(chē)道技術(shù)數(shù)據(jù)橋梁形式懸吊橋與鋼桁架拱橋總長(zhǎng)度2,737米（8,980英尺）寬度27米（90英尺）最大高度227米（745

4、英尺）最大跨距1,280米（4,200英尺）1橋面凈空在收費(fèi)站為4.3米（14英尺）橋下凈空67米（220英尺）至平均高水位連接 舊金山半島北部與馬林縣南部主橋?yàn)?45m+1280m+345m三跨連續(xù)鋼桁架懸索橋關(guān)于懸索橋懸索橋是由主纜、加勁梁、主塔、鞍座、錨碇、吊索等構(gòu)件構(gòu)成的柔性懸吊體系。成橋時(shí)，主要由主纜和主塔承受結(jié)構(gòu)自重，加勁梁受力由施工方法決定。成橋后，結(jié)構(gòu)共同承受外荷作用，受力按剛度分配。主纜是結(jié)構(gòu)體系中主要承重構(gòu)件，主要承受拉力作用。主纜通過(guò)自身彈性變形和幾何形狀的改變來(lái)影響體系平衡，這是懸索橋區(qū)別于其它橋梁結(jié)構(gòu)重要特征之一。主塔是懸索橋抵抗豎向荷載的主要承重構(gòu)件，在恒載作用下，

5、以軸向受壓為主；在活載作用下，以壓彎為主，呈梁柱構(gòu)件特征。加勁梁主要承受彎曲內(nèi)力。加勁梁的彎曲內(nèi)力主要來(lái)自結(jié)構(gòu)二期恒載和活載。大跨度懸索橋加勁梁的撓度是從屬于主纜的，隨著跨度的增大，加勁梁的功能退化為將活載傳至主纜，其自身抗彎剛度對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響也逐漸減小。吊索是將加勁梁自重、外荷載傳遞到主纜的傳力構(gòu)件，是連系加勁梁和主纜的紐帶，承受軸向拉力。錨碇是錨固主纜的結(jié)構(gòu)，它將主纜中的拉力傳遞給地基，通常采用重力式錨和隧道式錨。重力式錨用自重抵抗主纜的垂直分力，用錨底摩阻力或嵌固阻力來(lái)抵抗主纜水平力。隧道錨則直接將主纜拉力傳給周?chē)鶐r?？v觀懸索橋尤其是現(xiàn)代懸索橋的發(fā)展過(guò)程，可以看到，現(xiàn)代懸索橋的跨徑越

6、來(lái)越大，從幾十米發(fā)展到近2000m；加勁梁高跨比越來(lái)越小，從1/40下降到1/300；主纜等主要承重構(gòu)件的安全系數(shù)取值越來(lái)越低，從4.0左右下降到2.0左右，這就要求在設(shè)計(jì)懸索橋時(shí)，要精確合理地確定懸索橋成橋狀態(tài)內(nèi)力與構(gòu)形；合理確定懸索橋施工階段的受力狀態(tài)與構(gòu)形，以期在成橋時(shí)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；精確分析懸索橋在活載及其它附加荷載作用下的靜力響應(yīng)。懸索橋：強(qiáng)制 In all suspension bridges, the roadway hangs from massive steel cables , which are draped over two towers and secured into

7、 solid concrete blocks, called anchorages, on both ends of the bridge.在所有的吊橋，巷道掛起，這是披在兩塔 ，擔(dān)保成堅(jiān)實(shí)的混凝土塊，稱(chēng)為錨碇上橋的兩端，從巨大的鋼電纜 。 The cars push down on the roadway, but because the roadway is suspended, the cables transfer the load into compression in the two towers.車(chē)倒推的巷道，但因?yàn)橄锏辣粫和＃娎|的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到壓縮在兩塔。 The two tow

8、ers support most of the bridges weight.兩塔支持大部分橋梁的重量。 受拉構(gòu)件受力特點(diǎn)：屋架的弦桿、腹桿、池壁、拉索和吊桿等。設(shè)計(jì)內(nèi)容：強(qiáng)度和抗裂度金門(mén)大橋的受力構(gòu)件為上桿和吊桿 金門(mén)大橋及其復(fù)雜的地理環(huán)境斷層線 加州的不祥之圣安地列斯斷層斜線通過(guò)海灣地區(qū)從北到南，通過(guò)短距離金門(mén)出海。霧約束和冷 在夏季，金門(mén)經(jīng)?；\罩在寒冷，陰沉的霧，通過(guò)兩岸飆升，最大和最低的差距在沿海的范圍內(nèi)。 寒冷的海水和潮濕的空氣似地不可預(yù)知的交織與大風(fēng)合作，并可能導(dǎo)致空氣溫度下降多達(dá)30度，在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)。潮汐潮汐作用產(chǎn)生的平均流量為每秒水（約3-1/2倍量水密西西比河轉(zhuǎn)儲(chǔ)到墨西哥灣）

9、，230萬(wàn)立方英尺。 在金門(mén)范圍內(nèi)的水流從4-1/2至7-1/2節(jié)。 當(dāng)工人有潛水地表以下90英尺深，喧囂的潮汐和電流限制在水下工作時(shí)間?？耧L(fēng)暴雨無(wú)法測(cè)量當(dāng)橋是在1937年完成后，沒(méi)有人完全知道它是如何在最極端的條件下執(zhí)行。 萊昂Moisseiff工作與Bridge理論家， 查爾斯埃利斯預(yù)期的橋梁上的每一個(gè)可能的力量，并據(jù)此設(shè)計(jì)。 然而，一些事情被這樣一個(gè)狹長(zhǎng)的跨度風(fēng)的影響，例如 - 無(wú)法預(yù)測(cè)。 風(fēng)速儀和加速度計(jì)分別置于記錄風(fēng)速，風(fēng)角，跨度運(yùn)動(dòng)。 只有時(shí)間會(huì)告訴如何去做橋。持久的結(jié)構(gòu) 1951年12月帶來(lái)了另一個(gè)測(cè)試，設(shè)置結(jié)構(gòu)蕩漾再次嚴(yán)重的風(fēng)暴。 這一次，投資鋼梁3.5萬(wàn)美元，變硬，并添加支持

10、巷道橋梁官員回應(yīng)。這是只有兩個(gè)主要的修改在其第一六十年的橋梁之一。另一個(gè)是在1970年更換腐蝕吊桿繩。考慮到它所代表的惡劣環(huán)境中，橋的表現(xiàn)令人欽佩。金門(mén)大橋施工過(guò)程圖示金門(mén)大橋技術(shù)特點(diǎn)加勁梁高跨比減小到1/168的金門(mén)大橋的建成，奠定了美國(guó)風(fēng)格懸索橋的地位。其主要特點(diǎn)為：（1）主纜采用AS法架設(shè)；（2）加勁梁采用非連續(xù)的鋼桁梁，適應(yīng)雙層橋面，并在橋塔處設(shè)有伸縮縫；（3）橋塔采用鉚接或栓接鋼結(jié)構(gòu)；（4）吊索采用豎直的4股騎跨式；（5）索夾分為左右兩半，在其上下采用水平高強(qiáng)螺栓緊固；（6）鞍座采用大型鑄鋼件；（7）橋面板采用RC構(gòu)件；橋墩南部的橋墩不得不建在距岸邊1100英尺（一英尺=2.54厘米

11、）的地方。兇猛的海浪，陣陣大風(fēng)和大霧導(dǎo)致了工程延期。腳手架剛剛完成就遭到了貨船的撞擊，經(jīng)過(guò)修理后，暴風(fēng)有帶走了800英尺處的一部分腳手架。南部的橋墩要裝進(jìn)立方碼的混凝土（1碼=0.9144米），為了提供一個(gè)能夠支撐其南橋墩的基礎(chǔ)，架基礎(chǔ)延伸進(jìn)巖床20英尺。 圖上的客船是耶魯大學(xué)的“SS”號(hào)，它提供通宵服務(wù)，往返于舊金山和洛杉磯之間，離開(kāi)海灣后，它之通常粗略的訪問(wèn)經(jīng)過(guò)的海岸。大橋的設(shè)計(jì)工作保留了舊堡點(diǎn)（堡壘，炮臺(tái)），但并非沒(méi)有人反對(duì)。有人希望摧毀掉舊堡點(diǎn)，聲稱(chēng)它會(huì)破壞橋梁的風(fēng)景。堡壘現(xiàn)在是一個(gè)熱門(mén)景點(diǎn)?；A(chǔ)的施工水下施工北碼頭建在基巖水20英尺以下，但在南部的舊金山方面，施特勞斯建立在開(kāi)放的海洋

12、，地表以下100英尺的碼頭。他建立了一個(gè)巨大的水緊 cofferdam圍堰，數(shù)百?lài)嵉幕炷帘么蟮阶阋愿缴弦粋€(gè)足球場(chǎng)。工人將豎立在中間的門(mén)碼頭出超過(guò)1100英尺-有史以來(lái)在開(kāi)放的海洋建造的第一座橋梁支持。首席工程師約瑟夫斯特勞斯的大膽計(jì)劃要求工人先建立一個(gè)巨大的擋泥板保護(hù)泊船碼頭。擋泥板會(huì)附上一個(gè)橄欖球場(chǎng)大小的區(qū)域，從水抽出?；炷了幕A(chǔ)上，將下崗內(nèi)。一旦完成，這是水抽回到擋泥板以加強(qiáng)當(dāng)前的40英尺厚的的混凝土墻的堅(jiān)固。90英尺深潛水員是該計(jì)劃的關(guān)鍵。 他們將導(dǎo)梁，板，管爆破和40噸鋼形式進(jìn)入位置，并確保他們所有的努力以避免被橫掃在當(dāng)前。 工人通過(guò)爆破管拍攝定時(shí)黑火藥彈到基巖深處，這種力量可以

13、將幾十條魚(yú)潑出水面到南岸。 潛水員有時(shí)深達(dá)90英尺以下的表面，以去除引爆碎片冒險(xiǎn)。 他們平滑的地板的表面，使用水下施加500磅壓力的液壓軟管。為了增加難度，潛水員盲目工作，被迫去感受他們的方式，由于陰暗的水，快速變化的電流和笨重的潛水服。 擋泥板內(nèi)的工作是最危險(xiǎn)的。在任何時(shí)候，它的墻壁倒塌接觸失去了一只流浪的船在迷霧中，或從電流施加的巨大壓力。門(mén)的變化的電流只有給予工人狹窄的潛水時(shí)間窗口。男子被限制為二十分鐘，每天四個(gè)時(shí)段淹沒(méi)。 橋塔結(jié)構(gòu)塔高出水面227米，門(mén)字巨型鋼塔，兩塔的塔柱之間由桁架板連接，塔豎立在巨大的混凝土墩上，是當(dāng)時(shí)世界最高的橋塔，橋面下橫向支撐由對(duì)角桁架提供，橋面上橫向支撐由4

14、塊桁架板提供。塔 6 feet (227 m) above the water 水面以上 00 feet (152 m) above the roadway746英尺（227米） 00 feet (152 m) above the roadway 巷道以上500英尺（152米） 每條腿33 54英尺（10 16米） Towers weigh 44,000 tons each (40,200,000 kg).塔重達(dá)44,000噸 圖3 橋塔立面圖 (單位：英尺) 大約有60萬(wàn)鉚釘/塔v 注橋塔防震擋板的裝置 鐵塔聳立在大橋南北兩側(cè)，高342米，其中高出水面部分為227米，每根鋼索重6412公噸，

15、由27000根鋼絲絞成。相當(dāng)于一座70層高的建筑物。塔的頂端用兩根直徑各為92.7厘米、重2.45萬(wàn)噸的鋼纜相連，鋼纜中點(diǎn)下垂，幾乎接近橋身，鋼纜和橋身之間用一根根細(xì)鋼繩連接起來(lái)。鋼纜兩端伸延到岸上錨定于巖石中。大橋橋體憑借橋兩側(cè)兩根鋼纜所產(chǎn)生的巨大拉力高懸在半空之中。鋼塔之間的大橋跨度達(dá)1280米，為世界所建大橋中罕見(jiàn)的單孔長(zhǎng)跨距大吊橋之一。從海面到橋中心部的高度約60米，又寬又高，所以即使?jié)q潮時(shí)，大型船只也能暢通無(wú)阻。錨碇的施工 施特勞斯使用多個(gè)萬(wàn)噸混凝土構(gòu)建的錨碇支持塔懸索橋的錨碇是支承主纜的重要結(jié)構(gòu)之一。大跨懸索橋的錨碇由錨塊、基礎(chǔ)、主纜的錨世紀(jì)固定裝置、散索鞍支墩等部分組成。錨碇一般

16、是大體積混凝土結(jié)構(gòu)，施工中要對(duì)錨塊進(jìn)行平面分倉(cāng)和豎向分層。施工時(shí)按照一定的施工計(jì)劃分期分層進(jìn)行澆筑和養(yǎng)護(hù)。主纜主纜施工采用的是平行鋼絲繩施工，它的創(chuàng)新之處可以使任何長(zhǎng)度和厚度的細(xì)鋼絲通過(guò)液壓千斤頂后捆綁成任意長(zhǎng)的鋼絞線，滿(mǎn)足建設(shè)大跨度橋梁的要求，主纜將所有荷載傳到主塔上，如右圖所示，每根主纜由27572股鋼絞線組成，直徑為0.92m,為當(dāng)時(shí)最大的鋼絞線，主纜長(zhǎng)度約2334 m，鉚釘大約有個(gè)。 金門(mén)大橋有兩個(gè)主要的電纜。每7,650個(gè)英尺長(zhǎng)，包含27572鍍鋅鋼絲捆綁成61股。.在兩個(gè)主纜使用的導(dǎo)線總長(zhǎng)度80000公里。 兩個(gè)巨大的主纜高度超過(guò)746英尺高的塔頂部的。主纜作為“衣架”垂直吊桿的繩

17、索，這反過(guò)來(lái)，保持橋的巷道。每個(gè)主纜直徑，包括其外觀線環(huán)繞，是36和3 / 8英寸，每個(gè)主纜是7,650個(gè)英尺長(zhǎng)。在兩個(gè)主纜使用的導(dǎo)線總長(zhǎng)度80000公里。.每個(gè)主纜包含27572鍍鋅鋼絲捆綁成61股，每個(gè)包含454線。的主纜，吊桿垂直電纜及附件的總重量為24,500噸。主纜可以構(gòu)建之前，為增加安全性和可操作性，建立了工作平臺(tái)的工人掛下，主纜然后將剝離的面積 注右圖為在主纜施工的第一步是“footwalk”這是直接懸浮在其中的主纜左圖為主電纜繪畫(huà)工作將采取“帳篷狀”遏制地區(qū)內(nèi)的地方。這是一個(gè)遏制在圍繞著主纜的位置側(cè)視示意圖 。 主纜架設(shè)方法 架設(shè)主纜：貓道架設(shè)完成后，就可在貓道上開(kāi)始架設(shè)主纜。

18、方法有空中編纜法（AS法）和預(yù)制絲股法（PS法）。至今我國(guó)所建的大跨度懸索橋都采用PS法架設(shè)，其主要工序?yàn)椋航z股牽引架設(shè)：利用拽拉設(shè)施將預(yù)制絲股通過(guò)貓道拽拉架設(shè)；索股提升橫移和入鞍：牽引結(jié)束后，將索股從滾輪上提起，并橫移至鞍座上方，整形后入鞍；索股垂度的調(diào)整：晚上氣溫穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行索股垂度的調(diào)整，即對(duì)基準(zhǔn)絲股的跨中絕對(duì)標(biāo)高和非基準(zhǔn)絲股的跨中相對(duì)標(biāo)高進(jìn)行控制調(diào)整，錨固。緊纜作業(yè)：在主纜絲股架設(shè)完畢后，接下來(lái)的工作是緊纜，其目的是為了使主纜壓緊成原形，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的空隙率，以滿(mǎn)足安裝索夾和以后的長(zhǎng)期防護(hù)。緊纜過(guò)程有初緊纜和正式緊纜兩階段。在溫度穩(wěn)定的夜晚進(jìn)行預(yù)緊纜作業(yè)，利用千斤頂對(duì)主纜進(jìn)行初整圓，每間距5m用臨時(shí)鋼帶捆扎。預(yù)緊纜作業(yè)完成后由低處向高處（由跨中向