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【楼庄鸿】和谐的亮点:密西西比河上的Audubon桥
2011-10-10 来源:Bd&e

    当今年晚些时候John James Audubon 桥开放交通时,将为密西西比河湿地上提供一条新的路线。Greg Shafer 报道

    Louisiana中南部现修建一座被认为是北美最长的斜拉桥,John James Audubon桥。它以482m的主跨跨越著名的密西西比河。该结构用自然科学工作者John James Audubon的名字来命名,他曾一度居住在桥梁的附近。它继承了Audubon得遗产,而将与自然和谐作为桥梁概念和细部发展的指导原则。

    事实上,这座花费4.08亿美元的项目包含了超过跨越非凡的密西西比河地标性桥梁的意义,除了长3.7km跨越洪水泛滥的通道以外,还有7座跨越支流和一座铁路专用线的桥梁。这个通过邻近密西西比的湿地和甘蔗地的绿地项目正在修建,它处在河流东侧St Francisville 镇和西侧的新路之间,延伸19km。在这些城镇之间的部分湿地是威胁Louisiana 黑熊的栖息地。因此,在项目中结合了10条黑熊通道,示例了有Audubon收益的保护精神。通道提供允许黑熊在路下通过的连续栖息地,并结合了其他使用特征,兼做为在高水位时的排水构筑物。

    2005年,Louisiana 运输和发展部首次启动这项地标工程的设计施工进程。但受到了飓风Katrina的阻挠。飓风袭击了Gulf岸。飓风本身仅持续了约4个星期,但对项目材料和劳力的可使用性的影响有一段时间。

    Flatiron 建设公司,Granite施工集团和Parsons 的联合投标集团在Audubon桥梁建设公司CABC的名义下,是被邀请对项目提出建议的3个设计施工公司之一。除了得到最高的技术分以外,ABC也具有最低的调整价格,因此在2006年5月中旬中标。

    项目的中心部分是跨越密西西比河的这座斜拉桥,这部分结构包括与航道对称布置的主跨。中跨482m,每侧边跨189m,也由斜拉索以及49m的过渡跨支承。斜拉索的半扇形布置提供了经济而美观的效果,而连接至板梁顶翼缘的两个索面支承了钢边梁。

 

    两个高152m的塔上的拉索锚固,设计成能进入张拉,以及必要时能在将来更换拉索。但预计不需要换拉索,因为ABC安装了具有三层防锈的拉索体系。单个的钢绞线为镀锌的、填油脂的以及用聚乙烯包壳,整根拉索用高密度聚乙烯膏包裹。

    由斜拉索支承的两个高1.8m的钢板边梁,提供了一个柔性的上部结构体系,拉索间距14m,主梁间桥面梁间隔4.6m。桥面板由厚240mm的预制混凝土板组成,及支承在桥面梁上,有现场浇注的混凝土连接,桥面用55n/mm2的高强混凝土制作。必须用来抵抗由斜拉索引起的压力,在结构压力减小的桥面节段部位施加后张预应力在中跨中部以及每个锚固墩上部。

    在Audubon桥的设计和施工中包括一些关键的特征,以满足所需的100年使用寿命。耐侯钢减小了工程项目的费用,以及结构寿命期的低养护费用,耐侯钢不仅防锈,也因桥梁是红褐色,融入周围地区而提高了桥梁的审美。决定钢的牺牲厚度以保证结构在其整个寿命期内维持足够的构件抗力。桥面节段也用厚50mm的橡胶改良混凝土覆盖层保护。它提供了一个平滑的行驶面层,以及保护混凝土桥面节段的钢筋。覆盖层作为一个可更换的板,意图在桥梁寿命期间保护桥面节段。

    每根拉索在桥面及塔处连接至封闭的锚固处,锚碇由泊位制造厂设计,按照后张预应力学院“拉索设计试验和安装的建议”进行试验,以证实其在钢绞线端部提供可靠的防渗漏保护,拉索用专门设计适合于每根拉索特征的摩阻阻尼器来防护抵抗振动。阻尼器的性能通过制作后的试验加以证实,但作为一个可能性,制作了附加的粘滞阻尼器设施以便在观察到不可预见的拉索振动时使用。

    安装斜拉索,张拉时每次对一根钢绞线,采用由VSL工厂专门研制的系统进行,这个过程允许采用很小的张拉体系,容易在塔截面内进行,因为上部结构体系相对较柔,张拉索至其最后长度并证实在其设计力的允许偏差内,然后进行最终调整以平衡荷载和结构标高。

    跨越较低的密西西比河的桥梁传统的建在下沉的沉井上,这个由于软沉积层很深,在合理的厚度内不存在岩石,然而对于Audubon桥,基础建在直径2.4m的钻孔桩上,以消除下沉沉井带来危险,钻孔桩基在密实砂层,约在河底下60m深处,再增加深度是不可行的,因为沙层以下有很厚的黏土层,将钻孔桩延伸进入黏土层,结果是端部的承载能力显著减小,而这一项约为桩承载能力的一半,采用众所周知的桩尖压浆技术以提高承载能力,包括在桩底压入水泥浆,一旦注入水泥浆,对钻机孔桩根部的土??加压,也增加了桩尖附近的侧剪切承载力。

    在桩的上部区域即冲刷区,采用永久性的外壳,来进行钻孔桩施工,以提供附加的抗弯承载力,以及为通过公开水域延伸的桩提供模板,桩的底部用临时的内壳开挖,用空中中提升来搬除挖土。临时壳优先采用振动机,这是一种大型的液压设备,是壳在进入入中时环绕其竖直轴扭转,桩的挖土以最大限度的减小壳的安装抗力来掌握,而不损坏壳的刃脚。

    一旦每塔下21跟钻孔桩完成以后,安装预制的混凝土围堰,并下沉超过桩根,以便为混凝土承台提供模板,在围堰下水以前,制作了2.4m的混凝土水下封底层,在其中进行承台与塔基的施工,这一何种巨大的孔洞提供了河流水面下直径至15m的干燥环境。

 

    基础为高152m的钢筋混凝土塔的施工施工提供了一个干得基地,而塔柱的空心截面用悬臂模板公司制作的跳模施工。这允许每塔肢以平均每5天升高4m的速率快速施工,在塔肢达到所需标高以后,上下横梁用承台在塔肢上的支架施工,桥面本身并不支承在横梁上而是支承在突出于塔肢内面的牛腿上,每塔两处的竖直和横向支座支承上部结构。

    拉索锚固在浇筑在实心塔截面内的机构钢锚箱中,这些锚箱不仅提供拉索与塔的竖直连接,而且拉紧以抵抗主跨和边跨拉索间的相反水平拉力,净水平力通过焊在锚箱上的剪力钉传递到塔。

    上部结构纵向用钢的刚性连接到两塔,以平衡塔间的风劲荷载,而不因湿度变化而引起巨大用力,用锁定装置来连接上部结构和东塔,这些装置有taylor设施公司制造,在短期荷载和动载下提供可靠的固定连接,而在湿度变化引起的缓慢移动下仅有很少的抗力,

    Rowan Williams Davies和Irwin进行详细的风气候研究,节段风洞试验和三维空气弹性模型试验,以支持最终的结构设计,他们进行了分析气象模拟,所用风的资料取自不同的场地以预估不同位置,包括项目场地的风速和方向,模拟的性能有雨靠近项目现场的持定位置处测量的风俗和方向对比来证实。用模拟的结构来形成风气候包括在项目场地的扰动强度范围的重要设计数值。结构设计风速根据100年回归期1小时平均值,是129km/h。

    建议的结构外形首次采用1:60比例的节段模型进行试验,在相应于10000年回归期,10分钟平均风速即163m/h作用下进行,以证实总体稳定,初步试验证实在桥梁沿主跨中部两侧边梁的外缘为了功能和稳定需设导流装置。然后进行了1:200比例的风洞试验,来确定设计风速和不同方向的风动力性能。用全桥模型的结构来校核分析模型的结构,以准确预计在设计风效应下桥梁的动力性能,以及确定在所有临界界面的设计荷载。

    一旦证实了最终的桥梁性能,将全桥模型分割成连续的较小块件并进行试验,以确定关键施工阶段的结构性能。这些试验允许设计人员为不同施工阶段安设风速的极限,以及预计在离高风速发生时所需的临时约束。

    Aududon 桥是为经济发展计划而组成的Louisiana运输基础设施的16个项目之一,这个计划是通过运输项目的集资来提高经济发展的设计方案。
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