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    舊金山海灣大橋的轉動計劃
    2012-12-04 來源:中國橋梁網
    中國橋梁網(文/Sajid Abbas & Brian Maroney  譯/樓莊鴻)舊金山海灣大橋長達一個長周末的關閉運營,使工程師們能夠進行戲劇性的大膽的工作。

      

      移動單一的重3300t的桁架構件需要仔細的計劃和精密的實施:當桁架被提升至46m高并且必須在有限的時間內完成該過程時,挑戰增至雙倍甚至三倍。但 是,修建舊金山新海灣大橋東跨部分——Yerba Buena島轉移跨的項目建設隊伍最近證明了只要計劃充分、大規模建模加之工程專業知識,就可以完成。

      新海灣大橋的許多建設工作在現存結構線形高架橋以外進行,特色鮮明的自錨式懸索橋緊鄰現存通道。作為海灣地區的經濟命脈,該通道現日車流量約25萬次。當然,這兩者必然連接至一個點上。就海灣大橋而言,新東跨的行車道并排構造必須連接到西跨雙層構造上。

      這正是Yerba Buena島轉移跨的所在地。自然,修建新的結構而不封閉必要的交通紐帶是完全不可能的。但是,迄今為止,項目建設隊伍一直把這些封閉控制在最低。繼兩年前的封閉后,在今年9月初的勞動節周末通道再次封閉,在此期間,通道的另一端在精心策劃的操作下進行了更換。

      在這段時間內,修建了一個用以疏導交通離線的迂回結構,并使得通道其余部分的修建成為可能。在今年封閉期間安裝的轉移結構,正是將交通引導至臨時的迂回結構的必要連接。該迂回結構是一個 雙層橋面的鋼桁架橋,是現存結構的復制,由承包商CC Myers修建。主要挑戰是以對交通的最小干擾將迂回結構連接至現有的東跨,加利福尼亞運輸部門(Caltrans)要求將封閉限制在一個長周末,因此而 傾向一個立足于拆除現存的長88m的跨的概念,即將該跨轉動至橋的北端以清理出線形并轉入一新的桁架,改變交通從現存橋跨至迂回結構的方向。這一計劃稱為 轉出轉入,加利福尼亞運輸部門要求設計團隊林同國際和Moffat Nichol為這個項目制訂設計計劃。

      從一開始,工程師們就知道這將是一個富有挑戰性的項目?,F有桁架已有70年了,重達3300t,但是整個操作之所以復雜是因為它高于地平面46m。桁架最初被設計成坐落在支座上,而不是在中間節點被頂高。須調查改良后的荷載路線所需的可用承載力,在必須處對桁架進行加固。

      新的桁架將被定位在現有線形以南,隨時可以轉動就位。這意味著新桁架將被安裝在空中46m高的臨時支承上。轉動系統必須堅固可靠,它應該能夠承受難以預測的氣候以及任何可能把它吹掉或偏離的風。 一旦交通被停止,將沒有退路,舊桁架從其支座上被切割掉,項目必須準時完成。

      

      為了保證施工進度按計劃進行,該轉出轉入操作必須不遲于2009年9月的勞動節周末進行。加利福尼亞運輸部門要求設計者與鋼鐵制作商、安裝者和重件專家 團隊——CC Myers緊密合作。面對極具挑戰性的進度要求,團隊決定在設計階段研制東配套結構的充分詳細的CAD橋梁信息模型。其首要目的是應用模型來實現施工順序的仿真模擬,評估用于操作的規程和系統,及查明和排除所有可能出現的幾何和空間需求問題。其次要目的是應用新結構的模型來排除結構裝配和設計信息問題,并 為結構鋼的制作和安裝形成圖紙,以加快整個進度。這一工作由設計合資公司的次級顧問Norcal Structural完成。橋梁信息模型對解決一些在轉出的那天具有潛在阻礙的關鍵問題,是極為有效的。

      設計以用來應付轉出和轉入的負荷的支承結構,由一雙鋼滑移梁組成,處于桁架下面,在交通方向的南北軸上運行。每一滑移梁高約2.7m,頂部寬2.4m?;屏耗軌虺惺?000t的反作用力。 每一滑移梁由4個塔支承,兩個雙肢塔和兩個四肢塔,高約46m。塔肢用鋼管,用于雙肢塔的鋼管直徑為1.5m,用于四肢塔的直徑為914mm。

      轉動系統由重型提升次承包者Mammoet按照設計團隊制訂的標準而設計的。轉動系統包括三個主要部件:固定在滑靴上的用以提升或降落桁架的垂直千斤 頂,水平推拉千斤頂和起重裝置。每個桁架由8個垂直千斤頂支承,每一支承點安裝2臺綜合提升能力為1200t的千斤頂。垂直千斤頂坐落在滑靴上,在滑移梁 頂的軌道上運行。帶有不銹鋼底板的滑靴在微凹的聚四氟乙烯板上滑動,后者附著在沿軌道以分離的間隙布置的氯?。ǘ┫鹉z墊上。每個桁架使用8個推拉千斤頂,每一支承點上安裝2個綜合能力為120t的水平千斤頂。

      提升裝置將垂直和水平荷載從桁架轉移到滑移梁,它的頂部被設計成與桁架弦桿一致的橫向梁。桁架節點坐落在位于梁中部的盆式支座上。兩個能力各為100t的垂直千斤頂安置在梁的末端。這些千斤頂用來穩定提升裝置,以抵御側向荷載導致的傾覆。橫向梁連接至垂直于桁架弦桿的分布梁上,它承擔當桁架置于初始位置時,或發生突發墜落時從桁架傳遞到滑動梁的恒荷載反作用力。從橫向梁向下的兩個垂直懸臂構件在滑動梁每側各一個,它們被栓接到滑動梁的支承柱中。這些構件被設計成用來轉移在桁架處于初始安置位置時產生的側向荷載至滑動梁,并產生抵抗傾覆力矩的穩定垂直力。

      

      當桁架就位后,提升裝置能抵抗由現場特定的感應波譜確定的地震荷載和風荷載。在轉入期間,提升裝置支承體系僅須抵抗風荷載,該支承體系建立在平均風速為80km/h的基礎上。

      操作的最大挑戰是拆除舊的桁架,因為存在包括桁架初始安裝時的鎖定力等不確定因素。工程師必須確保一旦轉出的桁架與橋梁分離并移出后余下桁架的穩定性,這是極重要的。

      須拆除的桁架是四個各長88m的桁架中的一個,位于Yerba Buena島上,通往隧道。四個桁架中有兩個緊鄰舊通航河道上的主要懸臂桁架,它們嵌入一個巨大的混凝土橋墩,該墩也用來拉緊懸臂桁架。另外兩個桁架嵌入接近隧道入口另一端的混凝土墩上。一旦轉出桁架,臨近桁架的存在成為不穩定的因素。為了能加以控制,團隊設計了拉力連到隧道側的其余桁架上。

      

      轉出桁架固定在鉸支座上。重要的是要在切除支座和提升桁架取消其支承以前,確保所有通過支座作用的水平和垂直荷載完全釋放,以避免任何快速反向力。這通過采取下列措施得到:在鉸以上的支承腹板上做新月形的切割;在允許任何火焰切割支座腹板之前,確保鉸在千斤頂荷載作用下開始上升。

      加利福尼亞運輸部門在勞動節周末封閉了橋梁交通。為期4天的封鎖在9月3日下午8時開始,舊有桁架于第二天轉出,新桁架在第三天轉入。操作展開平穩。當新桁架轉入時,兩側的鄰接橋面相吻合,偏差在12mm之內。9月8日早上7時,橋梁重新開放交通。由于在橋梁主懸臂桁架上發現了一個無關的裂縫,使開放延誤了兩個小時。


      
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