[分享]萨拉·米尔德里德·朗大桥的创新解决方案

发表于2020-03-26    70人浏览    1人跟帖    总热度:412  

美观与经济的双重考验——萨拉·米尔德里德·朗大桥的创新解决方案

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始建于1940年的美国缅因-新罕布什尔大桥,横跨于Piscataqua河上,连接新罕布什尔州的朴茨茅斯市和缅因州的基特里市。如果上游95号州际公路的交通中断,它将成为连接缅因州和新罕布什尔州之间的重要备用线路。1987年,缅因-新罕布什尔大桥被重新命名为萨拉·米尔德里德·朗大桥(Sarah Mildred Long Bridge),以纪念在缅因-新罕布什尔州际大桥管理局工作了50年的Sarah Mildred Long。

30年后的2018年3月30日,另一座以“Long”命名的替代桥投入使用。这座桥的创新设计会让Sarah Mildred Long感到自豪。之前的结构有5跨,其中包括可以竖直升降的桥跨,位于朴茨茅斯市一侧一共有15跨,基特里市一侧有7跨。新桥为双层桥,顶层用于公路交通,底层用于铁路运输,中间有一个单层的可升降的活动桥跨。

多方积极沟通 创造新颖设计
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新结构的设计提高了预制拼装桥梁通航桥跨的斜交角、宽度,以及车辆、铁路和船舶的通行安全和效率。有了这座新桥,海上船只可以在Piscataqua河上航行,而最上层桥梁则承载着美国1A公路,次上层的匝道桥将美国东北部的铁路线路与朴茨茅斯海军造船厂(Portsmouth Naval)连接起来。可升降的活动桥面允许高大的船只通过,当下降到与铁路轨道平齐时,又可以让火车通过。

这样一个设计解决方案帮助项目负责人实现了许多目标。首先,允许对桥梁的水平和垂直方向进行微调,以提高通航净高,还可以满足铁路和道路交通的标准,并最小化对环境、历史遗址、附近财产的影响。混凝土材料的使用也提供了一个上下一体、美观的解决方案。

在整个设计过程中,团队积极与政府机构、社区、监管部门、船舶驾驶员沟通,并广泛收集公众意见,获得了设计的灵感。最终指导设计师和承包商创造出满足所有目标的设计作品,同时建造出别出心裁的可活动桥面,为后续此类项目提供了借鉴。

替代桥项目是联邦公路管理局、缅因州交通部和新罕布什尔州交通部的合作项目,缅因州交通部是牵头机构。这个耗资1.65亿美元的项目得到了2500万美元的交通资助,其中包括用于铁路部分的经济复苏(TIGER)赠款。该项目属于缅因州和新罕布什尔州之间的“三桥协议”中的第二项协议,旨在解决他们共同拥有的横跨Piscataqua河的桥梁权责问题。

减少水中墩柱 提高通航能力
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团队在最初设计时面临的主要问题之一是船舶如何才能畅行无阻?原先的桥梁在闭合位置只有约3米的净空,这意味着桥梁需要经常打开,船舶才能通过。2008年,该桥已开合2637次,平均每次打开时会延误9.5分钟。新桥在其闭合位置提供了约17米的垂直净空。由于增加了垂直净空,新结构将减少68%的开合次数。因为每年只有10列火车会使用到较低的轨道,所以旧桥可以一直保持闭合状态,即原始的桥面高度。

原先的桥梁只能提供约53米的通航宽度供海上交通使用,这迫使拖船在通过这座桥之前必须与更大的船只脱离。为了提高船只在开合桥跨附近的通行性,需要开辟一个新的航道,建造一个15度的斜交桥,将可通航宽度增加到76.2米。

新桥可以打开的更大高度是通过新罕布什尔一侧的引桥上1454米的反向曲线和缅因州一侧的1585米半径曲线实现的,然后再连接到现有的路线上。这种设计允许新一代的货船在拖船参与的情况下通过桥梁。

在新桥的上层,可供车辆行驶的有11跨,下层供铁路运行的有16跨。含铁轨的桥跨长度约是公路桥跨长度的一半,其目的是为了适应较重的Cooper E80活载。而且这样的设计可以最大限度地延长每一跨的长度,以减少水中的桥墩数量。

对于预制拼装桥梁来说,铁路桥的跨度设置为49米是非常合适的,而且在上层97.5米跨度范围内的桥上只能使用独柱墩。这样的设计可以减少水中的11个桥墩,而且Market街现有的独柱墩也被取消,改善了通往朴茨茅斯市中心的航道宽度。

上层的公路桥采用预制混凝土箱梁进行拼装,梁段高度从2.4米到4.1米范围内变化。下层的铁路桥也是由预制混凝土梁拼装而成,高度从2.7米到3.4米范围内变化。可活动的单层桥面板宽约13米,两条线路间相隔2米的铁路轨道。

改进升降塔 降低造桥成本
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为92米长的流线型箱梁设计升降驱动系统,通常有两种方案。由于有桥跨传动装置,机器安装在桥跨上,随着桥梁的升降而自动升降。在塔式驱动下,位于塔顶的机械可以提升或降低跨度。对于这个项目,混合设计是较为周全的解决方案。

操作设备位于4个61米高的预制混凝土塔基上,方便维修和检查。与桥跨传动类似,该设备使用上拉绳索和下拉绳索将主梁上下拉起,而不是依靠平衡重和滑轮的摩擦力来移动主梁。与塔式驱动一样,设备被封闭在塔内,包括机械设备、线路、维修楼梯等。平衡重是用钢箱里的钢板做的。为了确保性价比最高,使用的钢材是与其他材料(如铅)进行评估后选定的,并将密度与所需材料的总高度进行比较。升降塔上的玻璃窗户可以为维护人员提供环境照明,还允许行驶车辆的司机在桥跨上升或下降时看到平衡重的移动。

该桥的独特之处在于,通过在塔楼上运行的导向滚轴,来调整桥跨的横向和纵向伸缩位置。桥跨的初始位置是在车辆行驶层,并与其他桥跨有一个标准的指形接合。开口状态时,允许升降塔的轨道通过跨度并继续下降到铁路层。在接口处有一个带斜接轨道的板,可以连接到铁轨上。因为通常在接口处不设置轨道以连接到下层的铁轨,所以这是一个十分具有挑战性的细节设计。

在所有的可能性评估完成后,升降塔楼选择用预制混凝土进行建造。这个选择是最经济的,因为预制混凝土分段浇筑,上部结构的安装、后张拉和环氧树脂接缝所需的所有设备都可以现场取材。

每座塔楼由21个预制混凝土节段浇筑而成。施工现场采用标准节段混凝土配合浇筑程序进行浇筑。在前3个节段架设好并调整到合适的高度和坡度后,在下面浇筑一个0.9米高的起始段,以建立初始的几何线形。预制混凝土塔段需要放置在现浇基础的顶部,为了确保沿着正确的初始几何形状浇筑混凝土,需要分段安装在临时支架上进行,并作了适当的调整,预制混凝土塔段和现浇基础之间进行了短暂的封闭浇筑期。在整个安装过程中一直监控线形,并根据需要进行调整,以减少安装误差。塔帽是预制混凝土结构,塔顶为现浇混凝土。

有限预算下的创新解决方案
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萨拉·米尔德里德·朗大桥是一座令人印象深刻的桥梁,它满足了一系列复杂的功能需求,同时又兼具视觉美感,并与它所处的环境相融合。该地区包含两个历史悠久的城市,以及迷人的自然环境。要想在合理的预算范围内同时满足功能性和美学的要求,需要在布局、设计、合同安排和施工管理等方面进行创新。

通常具有这种复杂功能的桥梁,其外观也会让人看起来较为复杂。原先的那座旧桥就是一个例子。所以在新桥的设计上,采用混凝土分段施工,为工程美学提供了一种解决方案。在跨度方面,减少水中的桥墩数量,简化了桥梁的整体线形;在升降塔楼方面,消除了常见的桁架支撑,隐藏了升降驱动设备。同时,高耸而有力的塔楼、简单而坚固的桥墩,加强了这种美观又充满力量的感觉。

在升降塔楼的顶部设计了一种可以显示平衡重的进度条。当一艘轮船或一列火车将要通过大桥时,塔楼窗户上垂直的条状物会显示出配重的移动进度,这对于因桥跨升降而被迫堵在路上等候的司机来说,是一种视觉补偿。

新的萨拉·米尔德里德·朗大桥改善了缅因州和新罕布什尔州之间的车辆、铁路和通航路线。通过在整个设计和施工过程中使用创新的解决方案,克服了现场条件的困难,并协调了不同学科之间,以及业主、承包商之间,对于如何在有限的预算和紧张的工期挑战下的不同意见,使这个美丽的结构可以迎接下一个世纪。


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 发表于2020-03-26   |  只看该作者       筑龙币+10

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