中国桥梁网(文/Sajid Abbas & Brian Maroney 译/楼庄鸿)旧金山海湾大桥长达一个长周末的关闭运营,使工程师们能够进行戏剧性的大胆的工作。
移动单一的重3300t的桁架构件需要仔细的计划和精密的实施:当桁架被提升至46m高并且必须在有限的时间内完成该过程时,挑战增至双倍甚至三倍。但 是,修建旧金山新海湾大桥东跨部分——Yerba Buena岛转移跨的项目建设队伍最近证明了只要计划充分、大规模建模加之工程专业知识,就可以完成。
新海湾大桥的许多建设工作在现存结构线形高架桥以外进行,特色鲜明的自锚式悬索桥紧邻现存通道。作为海湾地区的经济命脉,该通道现日车流量约25万次。当然,这两者必然连接至一个点上。就海湾大桥而言,新东跨的行车道并排构造必须连接到西跨双层构造上。
这正是Yerba Buena岛转移跨的所在地。自然,修建新的结构而不封闭必要的交通纽带是完全不可能的。但是,迄今为止,项目建设队伍一直把这些封闭控制在最低。继两年前的封闭后,在今年9月初的劳动节周末通道再次封闭,在此期间,通道的另一端在精心策划的操作下进行了更换。
在这段时间内,修建了一个用以疏导交通离线的迂回结构,并使得通道其余部分的修建成为可能。在今年封闭期间安装的转移结构,正是将交通引导至临时的迂回结构的必要连接。该迂回结构是一个 双层桥面的钢桁架桥,是现存结构的复制,由承包商CC Myers修建。主要挑战是以对交通的最小干扰将迂回结构连接至现有的东跨,加利福尼亚运输部门(Caltrans)要求将封闭限制在一个长周末,因此而 倾向一个立足于拆除现存的长88m的跨的概念,即将该跨转动至桥的北端以清理出线形并转入一新的桁架,改变交通从现存桥跨至迂回结构的方向。这一计划称为 转出转入,加利福尼亚运输部门要求设计团队林同国际和Moffat Nichol为这个项目制订设计计划。
从一开始,工程师们就知道这将是一个富有挑战性的项目。现有桁架已有70年了,重达3300t,但是整个操作之所以复杂是因为它高于地平面46m。桁架最初被设计成坐落在支座上,而不是在中间节点被顶高。须调查改良后的荷载路线所需的可用承载力,在必须处对桁架进行加固。
新的桁架将被定位在现有线形以南,随时可以转动就位。这意味着新桁架将被安装在空中46m高的临时支承上。转动系统必须坚固可靠,它应该能够承受难以预测的气候以及任何可能把它吹掉或偏离的风。 一旦交通被停止,将没有退路,旧桁架从其支座上被切割掉,项目必须准时完成。
为了保证施工进度按计划进行,该转出转入操作必须不迟于2009年9月的劳动节周末进行。加利福尼亚运输部门要求设计者与钢铁制作商、安装者和重件专家 团队——CC Myers紧密合作。面对极具挑战性的进度要求,团队决定在设计阶段研制东配套结构的充分详细的CAD桥梁信息模型。其首要目的是应用模型来实现施工顺序的仿真模拟,评估用于操作的规程和系统,及查明和排除所有可能出现的几何和空间需求问题。其次要目的是应用新结构的模型来排除结构装配和设计信息问题,并 为结构钢的制作和安装形成图纸,以加快整个进度。这一工作由设计合资公司的次级顾问Norcal Structural完成。桥梁信息模型对解决一些在转出的那天具有潜在阻碍的关键问题,是极为有效的。
设计以用来应付转出和转入的负荷的支承结构,由一双钢滑移梁组成,处于桁架下面,在交通方向的南北轴上运行。每一滑移梁高约2.7m,顶部宽2.4m。滑移梁能够承受2000t的反作用力。 每一滑移梁由4个塔支承,两个双肢塔和两个四肢塔,高约46m。塔肢用钢管,用于双肢塔的钢管直径为1.5m,用于四肢塔的直径为914mm。
转动系统由重型提升次承包者Mammoet按照设计团队制订的标准而设计的。转动系统包括三个主要部件:固定在滑靴上的用以提升或降落桁架的垂直千斤 顶,水平推拉千斤顶和起重装置。每个桁架由8个垂直千斤顶支承,每一支承点安装2台综合提升能力为1200t的千斤顶。垂直千斤顶坐落在滑靴上,在滑移梁 顶的轨道上运行。带有不锈钢底板的滑靴在微凹的聚四氟乙烯板上滑动,后者附着在沿轨道以分离的间隙布置的氯丁(二烯)橡胶垫上。每个桁架使用8个推拉千斤顶,每一支承点上安装2个综合能力为120t的水平千斤顶。
提升装置将垂直和水平荷载从桁架转移到滑移梁,它的顶部被设计成与桁架弦杆一致的横向梁。桁架节点坐落在位于梁中部的盆式支座上。两个能力各为100t的垂直千斤顶安置在梁的末端。这些千斤顶用来稳定提升装置,以抵御侧向荷载导致的倾覆。横向梁连接至垂直于桁架弦杆的分布梁上,它承担当桁架置于初始位置时,或发生突发坠落时从桁架传递到滑动梁的恒荷载反作用力。从横向梁向下的两个垂直悬臂构件在滑动梁每侧各一个,它们被栓接到滑动梁的支承柱中。这些构件被设计成用来转移在桁架处于初始安置位置时产生的侧向荷载至滑动梁,并产生抵抗倾覆力矩的稳定垂直力。
当桁架就位后,提升装置能抵抗由现场特定的感应波谱确定的地震荷载和风荷载。在转入期间,提升装置支承体系仅须抵抗风荷载,该支承体系建立在平均风速为80km/h的基础上。
操作的最大挑战是拆除旧的桁架,因为存在包括桁架初始安装时的锁定力等不确定因素。工程师必须确保一旦转出的桁架与桥梁分离并移出后余下桁架的稳定性,这是极重要的。
须拆除的桁架是四个各长88m的桁架中的一个,位于Yerba Buena岛上,通往隧道。四个桁架中有两个紧邻旧通航河道上的主要悬臂桁架,它们嵌入一个巨大的混凝土桥墩,该墩也用来拉紧悬臂桁架。另外两个桁架嵌入接近隧道入口另一端的混凝土墩上。一旦转出桁架,临近桁架的存在成为不稳定的因素。为了能加以控制,团队设计了拉力连到隧道侧的其余桁架上。
转出桁架固定在铰支座上。重要的是要在切除支座和提升桁架取消其支承以前,确保所有通过支座作用的水平和垂直荷载完全释放,以避免任何快速反向力。这通过采取下列措施得到:在铰以上的支承腹板上做新月形的切割;在允许任何火焰切割支座腹板之前,确保铰在千斤顶荷载作用下开始上升。
加利福尼亚运输部门在劳动节周末封闭了桥梁交通。为期4天的封锁在9月3日下午8时开始,旧有桁架于第二天转出,新桁架在第三天转入。操作展开平稳。当新桁架转入时,两侧的邻接桥面相吻合,偏差在12mm之内。9月8日早上7时,桥梁重新开放交通。由于在桥梁主悬臂桁架上发现了一个无关的裂缝,使开放延误了两个小时。