舊金山-奧克蘭海灣大橋(鋼結(jié)構(gòu)受力分析)課件

1、第 1 頁(yè)美國(guó)舊金山奧克蘭新海灣大橋（鋼結(jié)構(gòu)制造技術(shù)）美國(guó)新海灣大橋是世界第一大單塔自錨抗震懸索鋼結(jié)構(gòu)橋梁，被視為迄今世界上最昂貴、抗 地震技術(shù)含量最高（可抗8級(jí)地震）、壽命最長(zhǎng)（150年）的橋梁， 能確保每天30萬輛車通過。該橋 制造難度屬于世界級(jí)水平，建成 后的新海灣大橋可與美國(guó)東海岸 標(biāo)志自由女神像相媲美，是今后 進(jìn)入美國(guó)舊金山市的標(biāo)志性建筑 。大橋全部鋼構(gòu)共計(jì)重達(dá)4.5萬噸 ，主要由鋼塔、鋼梁和自行車道 等三部分組成。美國(guó)新海灣大橋介紹初步設(shè)計(jì)指南主干線結(jié)構(gòu)、纜索結(jié)構(gòu)跨越航行通道塔高限制、平行雙橋面、垂直塔均勻設(shè)計(jì)、160米跨度引橋非鉆石形塔視覺上的一致性（材料和形狀)降低維護(hù)和修理設(shè)

2、計(jì)采用塑性機(jī)制地震后無須檢查或維修難以到達(dá)的部位設(shè)計(jì)使用壽命150年最小數(shù)量的伸縮縫和支座保護(hù)橋面板和纜索系統(tǒng)高品質(zhì)的材料除濕器設(shè)計(jì)考慮輕微的非彈性反應(yīng)狹窄的混凝土裂縫沒有明顯的永久性損壞經(jīng)歷過功能性地震即可全面恢復(fù)通車結(jié)構(gòu)鋼有限的屈服變形少數(shù)混凝土剝落少數(shù)鋼筋屈服伸縮縫損壞經(jīng)歷過安全性地震后經(jīng)檢查即可恢復(fù)通車在抗震性能標(biāo)準(zhǔn)（150年設(shè)計(jì)壽命）地震安全性評(píng)價(jià)是根據(jù)對(duì)建設(shè)工程場(chǎng)址和場(chǎng)址周圍地震安全性評(píng)價(jià)的地震與地震地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查，場(chǎng)地地震工程地質(zhì)條件勘測(cè)，通過地震地質(zhì)、地球物理、地震工程等多學(xué)科資料的綜合評(píng)價(jià)和分析計(jì)算，按照工程類型、性質(zhì)、重要性，科學(xué)合理地給出與工程抗震設(shè)防要求相應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù)

3、，以及場(chǎng)址的地震地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)結(jié)果。主要內(nèi)容包括：工程場(chǎng)地和場(chǎng)地周圍區(qū)域的地震活動(dòng)環(huán)境評(píng)價(jià)、地震地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)、斷裂活動(dòng)性鑒定、地震危險(xiǎn)性分析、設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)確定、地震地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)等。主航道橋?yàn)閱嗡藻^式鋼結(jié)構(gòu)懸索橋，跨徑為(385+180)m。兩主纜直徑為078 m，東側(cè)(385 m 側(cè))主纜錨固在東墩處的梁上，其索鞍由箱梁支承，并設(shè)計(jì)成可移動(dòng)的，以平衡兩主纜索力差；西側(cè)(180 m側(cè))主纜通過兩分離的索鞍環(huán)繞在西墩上，西墩上設(shè)計(jì)一個(gè)預(yù)應(yīng)力帽梁，其重量可以平衡橋梁跨徑不對(duì)稱而在西墩產(chǎn)生的恒載拔力，同時(shí)承受西墩兩主纜在運(yùn)營(yíng)荷載和地震荷載作用時(shí)其索鞍產(chǎn)生的不同應(yīng)力。鋼塔總高約160m，由4個(gè)相對(duì)獨(dú)立

4、的五邊形塔柱和“剪切連接”橫梁組成。這些聯(lián)系橫梁，可以在大地震中獨(dú)立運(yùn)動(dòng)并且吸收大部分的沖擊力，從而保護(hù)主結(jié)構(gòu)免受災(zāi)難性的破壞。新海灣大橋是世界第一大單塔自錨抗震懸索鋼結(jié)構(gòu)橋梁，設(shè)計(jì)難度和制造難度大，設(shè)計(jì)要求抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)要求每天3O萬輛車通過(圖1、圖2)。鋼塔總體鋼塔分段新海灣大橋全部鋼構(gòu)達(dá)45萬t，其中鋼塔約13萬t、鋼箱梁約32萬t。鋼塔總高約160 m，由4根五邊形塔柱和“剪切連接”橫梁組成，最大板厚達(dá)到100 rnm；鋼箱梁總長(zhǎng)約605 m，寬約70 113，高55 m，由東、西兩側(cè)鋼箱梁和中間連接橫梁組成，東側(cè)鋼箱梁外側(cè)配有自行車道，西側(cè)鋼箱梁采用了配重塊，鋼箱梁最大板厚

5、達(dá)100 mm。鋼塔制造難點(diǎn)： 單根塔柱結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，剛性強(qiáng)，變截面，不等邊，五邊形的鋼柱形狀（ABCDE五個(gè)面）給整個(gè)制造工藝流程帶來一系列難題（從下料開始一直到總體試裝和發(fā)運(yùn)） 全部由厚板鋼制造（60100mm），其中四個(gè)面是不等厚的鋼板拼接而成，單面板上的縱向筋，長(zhǎng)短不一，間距不一，并且外面板還有雙層搭接補(bǔ)強(qiáng)板這給單板制作的焊接裂紋和變形的控制帶來了極大的難 度 單根吊裝節(jié)段長(zhǎng)而重（長(zhǎng)47米，重1300噸），從單面板制造到吊裝均需要重型場(chǎng)地、廠房、碼頭，以及翻身、轉(zhuǎn)運(yùn)、吊裝等重型設(shè)備和工 裝的保證，這些都要進(jìn)行精心的工藝分析和設(shè)計(jì) 鋼塔的垂直度要求高（12500）,由于變截面，每一塊隔板

6、的尺寸和安裝位置均是唯一的，每個(gè)吊裝段螺栓接口處端面接觸面積要75 ；五個(gè)邊角要對(duì)齊，接口錯(cuò)變量2mm，內(nèi)外聯(lián)接板與柱面貼合間隙2mm這都給焊接變形控制、機(jī)械加工、有效檢測(cè)等帶來困難鋼塔制造過程：鋼塔面板的拼焊：鋼箱梁介紹橋面鋼箱梁由東西兩線和中間聯(lián)接橫梁組成，栓焊結(jié)構(gòu)， 重量約為3萬噸。箱梁總寬70m，高5.5m，單向典型梁寬28m， 節(jié)段長(zhǎng)1015m，最重約800噸。全橋鋼箱梁共分86個(gè)節(jié)段和19個(gè)聯(lián)接橫梁節(jié)段，發(fā)運(yùn)時(shí)拼裝成28個(gè)吊裝大節(jié)段，最重約 1300噸。鋼箱梁制造難點(diǎn)： U肋頂板制作要求頂板焊后，不允許火工校正，且焊接后頂板平整 度要求控制在橫向3/1000，縱向1/1000以內(nèi)；

7、 U肋與面板角焊熔深要達(dá)U肋板厚（12mm）的80%，不得焊穿，焊縫 采用UT加相控陣方法進(jìn)行檢驗(yàn)，頂板單元吊裝過程中不得安裝吊耳； 橫隔板作為鋼箱梁的骨架，橫隔板制作精度要求高，對(duì)于控制箱 梁的截面尺寸和外殼板平整度至關(guān)重要； 東西兩線部分橋段線型不一致，節(jié)段合攏時(shí)，既有縱向拱度又有 橫向旁彎，部分節(jié)段還存在截面扭曲，給節(jié)段裝配制造帶來了很大的 難度SAS 施工順序SAS 施工順序SAS 施工順序補(bǔ)充：對(duì)建設(shè)者們來說，奧克蘭新海灣大橋也許是他們一生中最大的建筑項(xiàng)目。對(duì)加州而言，這座大橋也是其歷史上最大的橋梁項(xiàng)目。業(yè)主、總包和制造單位對(duì)該項(xiàng)目的產(chǎn)品制造都非常重視，從材料采購(gòu)和驗(yàn)收、工藝創(chuàng)新、施

8、工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和審查到模型段制造，每一步都嚴(yán)格按合同要求執(zhí)行，美國(guó)新海灣大橋正式產(chǎn)品的生產(chǎn)在一個(gè)有序、高效、高質(zhì)量的狀態(tài)下運(yùn)行。新技術(shù)的突破：使用高強(qiáng)度輕質(zhì)纖維的吊索吊起新海灣大橋重達(dá)260 萬磅（約1180 噸）的橋體部分美國(guó)新澤西州莫里斯鎮(zhèn)， 2011 年 1月 11 日 霍尼韋爾（紐約證券交易所代碼：HON）公司近日宣布，其高強(qiáng)度 Spectra 纖維將用作工業(yè)吊索的關(guān)鍵成分，用于起吊美國(guó)舊金山-奧克蘭海灣大橋的重建橋墩部分。Spectra 纖維的強(qiáng)度是鋼索的 15 倍，但重量極輕，足以隨風(fēng)飄動(dòng)，因而被選為 Holloway Houston HHIPER LIFT 吊索的加固材料。HHIPE

9、R LIFT 吊索將用于起吊全新抗震自錨式懸索橋重達(dá) 260 萬磅（約1180 噸）的多段橋跨。Spectra 纖維具有獨(dú)特的性能，可確保吊索能夠一次吊起重達(dá) 400 萬磅（約 1816 噸）的物體。額定負(fù)載相同的情況下，采用 Spectra 纖維制成的吊索可比傳統(tǒng)鋼索輕 80% 以上，因而此類吊索支撐自重所需的能量更少，可確保起重機(jī)能夠吊起更多有效負(fù)載?！癝pectra 纖維重量輕、強(qiáng)度高，這一特性使其成為適合海灣大橋重建等極端起吊應(yīng)用領(lǐng)域的理想材料”，霍尼韋爾高級(jí)纖維與復(fù)合材料業(yè)務(wù)全球業(yè)務(wù)總監(jiān) Phil Wojcik 說道。“霍尼韋爾非常榮幸能夠在美國(guó)最具標(biāo)志性的重要橋梁之一的現(xiàn)代化重建工

10、程中扮演如此重要的角色?！盨pectra 纖維具有優(yōu)異的耐撓曲疲勞性、高振動(dòng)阻尼性和內(nèi)部纖維耐摩擦性。這些獨(dú)特的特性使其成為需要起吊超重物體的應(yīng)用環(huán)境的天然之選，例如大型建設(shè)項(xiàng)目。采用 Spectra 纖維加固的吊索還可與現(xiàn)有起吊設(shè)備搭配使用。此類吊索已經(jīng)廣泛應(yīng)用于起吊近海油氣設(shè)施建設(shè)工程以及深水回收作業(yè)的重型設(shè)備和材料。Spectra 纖維采用獲得專利的凝膠紡絲工藝和超高分子量聚乙烯制成。該纖維具有較高的耐化學(xué)、防水和防紫外線性能，其強(qiáng)度亦比芳綸纖維高 60%。Spectra 纖維的其他工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域包括安全網(wǎng)、繩索、纖維繩和釣魚線，以及旨在保護(hù)門窗對(duì)抗颶風(fēng)的門窗簾。此外，該纖維也已經(jīng)廣泛應(yīng)用于防彈盔甲?；裟犴f爾將繼續(xù)積極推動(dòng) Spectra 纖維和防彈材料的研發(fā)工作，以滿足高性能材料領(lǐng)域日益增長(zhǎng)的需求。海灣大橋的自錨