旧金山-奥克兰海湾大桥(钢结构受力分析)课件

1、第 1 页美国旧金山奥克兰新海湾大桥（钢结构制造技术）美国新海湾大桥是世界第一大单塔自锚抗震悬索钢结构桥梁，被视为迄今世界上最昂贵、抗 地震技术含量最高（可抗8级地震）、寿命最长（150年）的桥梁， 能确保每天30万辆车通过。该桥 制造难度属于世界级水平，建成 后的新海湾大桥可与美国东海岸 标志自由女神像相媲美，是今后 进入美国旧金山市的标志性建筑 。大桥全部钢构共计重达4.5万吨 ，主要由钢塔、钢梁和自行车道 等三部分组成。美国新海湾大桥介绍初步设计指南主干线结构、缆索结构跨越航行通道塔高限制、平行双桥面、垂直塔均匀设计、160米跨度引桥非钻石形塔视觉上的一致性（材料和形状)降低维护和修理设

2、计采用塑性机制地震后无须检查或维修难以到达的部位设计使用寿命150年最小数量的伸缩缝和支座保护桥面板和缆索系统高品质的材料除湿器设计考虑轻微的非弹性反应狭窄的混凝土裂缝没有明显的永久性损坏经历过功能性地震即可全面恢复通车结构钢有限的屈服变形少数混凝土剥落少数钢筋屈服伸缩缝损坏经历过安全性地震后经检查即可恢复通车在抗震性能标准（150年设计寿命）地震安全性评价是根据对建设工程场址和场址周围地震安全性评价的地震与地震地质环境的调查，场地地震工程地质条件勘测，通过地震地质、地球物理、地震工程等多学科资料的综合评价和分析计算，按照工程类型、性质、重要性，科学合理地给出与工程抗震设防要求相应的地震动参数

3、，以及场址的地震地质灾害预测结果。主要内容包括：工程场地和场地周围区域的地震活动环境评价、地震地质环境评价、断裂活动性鉴定、地震危险性分析、设计地震动参数确定、地震地质灾害评价等。主航道桥为单塔自锚式钢结构悬索桥，跨径为(385+180)m。两主缆直径为078 m，东侧(385 m 侧)主缆锚固在东墩处的梁上，其索鞍由箱梁支承，并设计成可移动的，以平衡两主缆索力差；西侧(180 m侧)主缆通过两分离的索鞍环绕在西墩上，西墩上设计一个预应力帽梁，其重量可以平衡桥梁跨径不对称而在西墩产生的恒载拔力，同时承受西墩两主缆在运营荷载和地震荷载作用时其索鞍产生的不同应力。钢塔总高约160m，由4个相对独立

4、的五边形塔柱和“剪切连接”横梁组成。这些联系横梁，可以在大地震中独立运动并且吸收大部分的冲击力，从而保护主结构免受灾难性的破坏。新海湾大桥是世界第一大单塔自锚抗震悬索钢结构桥梁，设计难度和制造难度大，设计要求抗震设防烈度8度，设计要求每天3O万辆车通过(图1、图2)。钢塔总体钢塔分段新海湾大桥全部钢构达45万t，其中钢塔约13万t、钢箱梁约32万t。钢塔总高约160 m，由4根五边形塔柱和“剪切连接”横梁组成，最大板厚达到100 rnm；钢箱梁总长约605 m，宽约70 113，高55 m，由东、西两侧钢箱梁和中间连接横梁组成，东侧钢箱梁外侧配有自行车道，西侧钢箱梁采用了配重块，钢箱梁最大板厚

5、达100 mm。钢塔制造难点： 单根塔柱结构形式复杂，刚性强，变截面，不等边，五边形的钢柱形状（ABCDE五个面）给整个制造工艺流程带来一系列难题（从下料开始一直到总体试装和发运） 全部由厚板钢制造（60100mm），其中四个面是不等厚的钢板拼接而成，单面板上的纵向筋，长短不一，间距不一，并且外面板还有双层搭接补强板这给单板制作的焊接裂纹和变形的控制带来了极大的难 度 单根吊装节段长而重（长47米，重1300吨），从单面板制造到吊装均需要重型场地、厂房、码头，以及翻身、转运、吊装等重型设备和工 装的保证，这些都要进行精心的工艺分析和设计 钢塔的垂直度要求高（12500）,由于变截面，每一块隔板

6、的尺寸和安装位置均是唯一的，每个吊装段螺栓接口处端面接触面积要75 ；五个边角要对齐，接口错变量2mm，内外联接板与柱面贴合间隙2mm这都给焊接变形控制、机械加工、有效检测等带来困难钢塔制造过程：钢塔面板的拼焊：钢箱梁介绍桥面钢箱梁由东西两线和中间联接横梁组成，栓焊结构， 重量约为3万吨。箱梁总宽70m，高5.5m，单向典型梁宽28m， 节段长1015m，最重约800吨。全桥钢箱梁共分86个节段和19个联接横梁节段，发运时拼装成28个吊装大节段，最重约 1300吨。钢箱梁制造难点： U肋顶板制作要求顶板焊后，不允许火工校正，且焊接后顶板平整 度要求控制在横向3/1000，纵向1/1000以内；

7、 U肋与面板角焊熔深要达U肋板厚（12mm）的80%，不得焊穿，焊缝 采用UT加相控阵方法进行检验，顶板单元吊装过程中不得安装吊耳； 横隔板作为钢箱梁的骨架，横隔板制作精度要求高，对于控制箱 梁的截面尺寸和外壳板平整度至关重要； 东西两线部分桥段线型不一致，节段合拢时，既有纵向拱度又有 横向旁弯，部分节段还存在截面扭曲，给节段装配制造带来了很大的 难度SAS 施工顺序SAS 施工顺序SAS 施工顺序补充：对建设者们来说，奥克兰新海湾大桥也许是他们一生中最大的建筑项目。对加州而言，这座大桥也是其历史上最大的桥梁项目。业主、总包和制造单位对该项目的产品制造都非常重视，从材料采购和验收、工艺创新、施

8、工图纸设计和审查到模型段制造，每一步都严格按合同要求执行，美国新海湾大桥正式产品的生产在一个有序、高效、高质量的状态下运行。新技术的突破：使用高强度轻质纤维的吊索吊起新海湾大桥重达260 万磅（约1180 吨）的桥体部分美国新泽西州莫里斯镇， 2011 年 1月 11 日 霍尼韦尔（纽约证券交易所代码：HON）公司近日宣布，其高强度 Spectra 纤维将用作工业吊索的关键成分，用于起吊美国旧金山-奥克兰海湾大桥的重建桥墩部分。Spectra 纤维的强度是钢索的 15 倍，但重量极轻，足以随风飘动，因而被选为 Holloway Houston HHIPER LIFT 吊索的加固材料。HHIPE

9、R LIFT 吊索将用于起吊全新抗震自锚式悬索桥重达 260 万磅（约1180 吨）的多段桥跨。Spectra 纤维具有独特的性能，可确保吊索能够一次吊起重达 400 万磅（约 1816 吨）的物体。额定负载相同的情况下，采用 Spectra 纤维制成的吊索可比传统钢索轻 80% 以上，因而此类吊索支撑自重所需的能量更少，可确保起重机能够吊起更多有效负载。“Spectra 纤维重量轻、强度高，这一特性使其成为适合海湾大桥重建等极端起吊应用领域的理想材料”，霍尼韦尔高级纤维与复合材料业务全球业务总监 Phil Wojcik 说道。“霍尼韦尔非常荣幸能够在美国最具标志性的重要桥梁之一的现代化重建工

10、程中扮演如此重要的角色。”Spectra 纤维具有优异的耐挠曲疲劳性、高振动阻尼性和内部纤维耐摩擦性。这些独特的特性使其成为需要起吊超重物体的应用环境的天然之选，例如大型建设项目。采用 Spectra 纤维加固的吊索还可与现有起吊设备搭配使用。此类吊索已经广泛应用于起吊近海油气设施建设工程以及深水回收作业的重型设备和材料。Spectra 纤维采用获得专利的凝胶纺丝工艺和超高分子量聚乙烯制成。该纤维具有较高的耐化学、防水和防紫外线性能，其强度亦比芳纶纤维高 60%。Spectra 纤维的其他工业应用领域包括安全网、绳索、纤维绳和钓鱼线，以及旨在保护门窗对抗飓风的门窗帘。此外，该纤维也已经广泛应用于防弹盔甲。霍尼韦尔将继续积极推动 Spectra 纤维和防弹材料的研发工作，以满足高性能材料领域日益增长的需求。海湾大桥的自锚