舊金山-奧克蘭海灣大橋(鋼結構受力分析)課件

1、第 1 頁美國舊金山奧克蘭新海灣大橋（鋼結構制造技術）美國新海灣大橋是世界第一大單塔自錨抗震懸索鋼結構橋梁，被視為迄今世界上最昂貴、抗 地震技術含量最高（可抗8級地震）、壽命最長（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水平，建成 后的新海灣大橋可與美國東海岸 標志自由女神像相媲美，是今后 進入美國舊金山市的標志性建筑 。大橋全部鋼構共計重達4.5萬噸 ，主要由鋼塔、鋼梁和自行車道 等三部分組成。美國新海灣大橋介紹初步設計指南主干線結構、纜索結構跨越航行通道塔高限制、平行雙橋面、垂直塔均勻設計、160米跨度引橋非鉆石形塔視覺上的一致性（材料和形狀)降低維護和修理設

2、計采用塑性機制地震后無須檢查或維修難以到達的部位設計使用壽命150年最小數(shù)量的伸縮縫和支座保護橋面板和纜索系統(tǒng)高品質的材料除濕器設計考慮輕微的非彈性反應狹窄的混凝土裂縫沒有明顯的永久性損壞經歷過功能性地震即可全面恢復通車結構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歷過安全性地震后經檢查即可恢復通車在抗震性能標準（150年設計壽命）地震安全性評價是根據(jù)對建設工程場址和場址周圍地震安全性評價的地震與地震地質環(huán)境的調查，場地地震工程地質條件勘測，通過地震地質、地球物理、地震工程等多學科資料的綜合評價和分析計算，按照工程類型、性質、重要性，科學合理地給出與工程抗震設防要求相應的地震動參數(shù)

3、，以及場址的地震地質災害預測結果。主要內容包括：工程場地和場地周圍區(qū)域的地震活動環(huán)境評價、地震地質環(huán)境評價、斷裂活動性鑒定、地震危險性分析、設計地震動參數(shù)確定、地震地質災害評價等。主航道橋為單塔自錨式鋼結構懸索橋，跨徑為(385+180)m。兩主纜直徑為078 m，東側(385 m 側)主纜錨固在東墩處的梁上，其索鞍由箱梁支承，并設計成可移動的，以平衡兩主纜索力差；西側(180 m側)主纜通過兩分離的索鞍環(huán)繞在西墩上，西墩上設計一個預應力帽梁，其重量可以平衡橋梁跨徑不對稱而在西墩產生的恒載拔力，同時承受西墩兩主纜在運營荷載和地震荷載作用時其索鞍產生的不同應力。鋼塔總高約160m，由4個相對獨立

4、的五邊形塔柱和“剪切連接”橫梁組成。這些聯(lián)系橫梁，可以在大地震中獨立運動并且吸收大部分的沖擊力，從而保護主結構免受災難性的破壞。新海灣大橋是世界第一大單塔自錨抗震懸索鋼結構橋梁，設計難度和制造難度大，設計要求抗震設防烈度8度，設計要求每天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達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，最大板厚達到100 rnm；鋼箱梁總長約605 m，寬約70 113，高55 m，由東、西兩側鋼箱梁和中間連接橫梁組成，東側鋼箱梁外側配有自行車道，西側鋼箱梁采用了配重塊，鋼箱梁最大板厚

5、達100 mm。鋼塔制造難點： 單根塔柱結構形式復雜，剛性強，變截面，不等邊，五邊形的鋼柱形狀（ABCDE五個面）給整個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） 全部由厚板鋼制造（60100mm），其中四個面是不等厚的鋼板拼接而成，單面板上的縱向筋，長短不一，間距不一，并且外面板還有雙層搭接補強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)段長而重（長47米，重1300噸），從單面板制造到吊裝均需要重型場地、廠房、碼頭，以及翻身、轉運、吊裝等重型設備和工 裝的保證，這些都要進行精心的工藝分析和設計 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，每個吊裝段螺栓接口處端面接觸面積要75 ；五個邊角要對齊，接口錯變量2mm，內外聯(lián)接板與柱面貼合間隙2mm這都給焊接變形控制、機械加工、有效檢測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，栓焊結構， 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1015m，最重約800噸。全橋鋼箱梁共分86個節(jié)段和19個聯(lián)接橫梁節(jié)段，發(fā)運時拼裝成28個吊裝大節(jié)段，最重約 1300噸。鋼箱梁制造難點： 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；

7、 U肋與面板角焊熔深要達U肋板厚（12mm）的80%，不得焊穿，焊縫 采用UT加相控陣方法進行檢驗，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，對于控制箱 梁的截面尺寸和外殼板平整度至關重要； 東西兩線部分橋段線型不一致，節(jié)段合攏時，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 施工順序補充：對建設者們來說，奧克蘭新海灣大橋也許是他們一生中最大的建筑項目。對加州而言，這座大橋也是其歷史上最大的橋梁項目。業(yè)主、總包和制造單位對該項目的產品制造都非常重視，從材料采購和驗收、工藝創(chuàng)新、施

8、工圖紙設計和審查到模型段制造，每一步都嚴格按合同要求執(zhí)行，美國新海灣大橋正式產品的生產在一個有序、高效、高質量的狀態(tài)下運行。新技術的突破：使用高強度輕質纖維的吊索吊起新海灣大橋重達260 萬磅（約1180 噸）的橋體部分美國新澤西州莫里斯鎮(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，其高強度 Spectra 纖維將用作工業(yè)吊索的關鍵成分，用于起吊美國舊金山-奧克蘭海灣大橋的重建橋墩部分。Spectra 纖維的強度是鋼索的 15 倍，但重量極輕，足以隨風飄動，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 260 萬磅（約1180 噸）的多段橋跨。Spectra 纖維具有獨特的性能，可確保吊索能夠一次吊起重達 400 萬磅（約 1816 噸）的物體。額定負載相同的情況下，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，可確保起重機能夠吊起更多有效負載?！癝pectra 纖維重量輕、強度高，這一特性使其成為適合海灣大橋重建等極端起吊應用領域的理想材料”，霍尼韋爾高級纖維與復合材料業(yè)務全球業(yè)務總監(jiān) Phil Wojcik 說道?！盎裟犴f爾非常榮幸能夠在美國最具標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、高振動阻尼性和內部纖維耐摩擦性。這些獨特的特性使其成為需要起吊超重物體的應用環(huán)境的天然之選，例如大型建設項目。采用 Spectra 纖維加固的吊索還可與現(xiàn)有起吊設備搭配使用。此類吊索已經廣泛應用于起吊近海油氣設施建設工程以及深水回收作業(yè)的重型設備和材料。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、防水和防紫外線性能，其強度亦比芳綸纖維高 60%。Spectra 纖維的其他工業(yè)應用領域包括安全網、繩索、纖維繩和釣魚線，以及旨在保護門窗對抗颶風的門窗簾。此外，該纖維也已經廣泛應用于防彈盔甲。霍尼韋爾將繼續(xù)積極推動 Spectra 纖維和防彈材料的研發(fā)工作，以滿足高性能材料領域日益增長的需求。海灣大橋的自錨