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1、美国金门大桥 the Golden Gate Bridge 简介 金门大桥是美国旧金山的地表它跨越联接旧金山湾和太平洋的金门还向，南端连接旧金山的 北端，北端接通加州的马林县。大桥于1933 年 1 月 5 日开始施工， 1937 年 4 月完工，同年 5 月 27 日对外开放予行人。斯特劳斯在南桥墩浇筑混凝土之前放入了一块取自他的母校俄 亥俄州辛辛那提大学的砖头。 建造资金 旧金山地区的选民们以自己的住宅、农场和公司为抵押，发行了最初的3500 万美元的工程 债券。 1977 年，最后一笔债券被付清，其中3500 万美元的本金和3900 万美元的利息全来 自过桥费的收入。 意外事故 桥施工时
2、的一项独特的设计是桥下有一个安全网。在 20 世纪 30 年代，桥梁建设者预计每建 造成本的 1 万美元， 1 人死亡和建设者，预计35 人死亡，而建筑金门大桥。桥梁的安全创 新之一是悬浮在地板下净。净保存在施工期间，19 个男人的生活，他们通常被称为“一半 的成员地狱俱乐部。 ” 享有盛名 1957 年之前金门大桥是世界上最长的悬索桥，两个桥墩在1964 年之前拥有世界上悬索桥中 最长的跨度。这两个桥墩直到不久之前还是世界上最高的悬索桥桥墩。 工程概况 地点： 旧金山，美国，加利福尼亚州，索萨利托 完成日期： 1937 年 费用： 2700 万美元 类型： 悬挂 目的： 巷道 材料： 钢筋，
3、混凝土 工程师（ S） ：约瑟夫 B 施特劳斯 跨越 金门海峡 经纬度 37 4911N 1222843W 维护单位 金门大桥管理局 1 通车日期 1937 年 5 月 27 日 过桥收费 美金 $6.00 （往南向旧金山方向单向收费）使用电子收费FasTrak 为$5.00 年平均日交通流量100,0001 承载 101 号美国国道 1 号加州州道： 6 线道、人行道、与自行车道 技术数据 桥梁形式 悬吊桥与钢桁架拱桥 总长度 2,737 米（ 8,980 英尺） 宽度 27 米（ 90 英尺） 最大高度 227 米（ 745 英尺） 最大跨距 1,280 米（ 4,200 英尺） 1 桥面
4、净空 在收费站为4.3 米（ 14 英尺） 桥下净空 67 米（ 220 英尺）至平均高水 位 连接 旧金山半岛北部与马林县南部 主桥为345m+1280m+345m 三跨连续钢 桁架悬索桥 关于悬索桥 悬索桥是由 主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成的柔性悬吊体系。 成桥时，主要由主缆和主塔承受结构自重，加劲梁受力由施工方法决定。成桥后，结构共同 承受外荷作用，受力按刚度分配。 主缆是结构体系中主要承重构件，主要承受拉力作用。主缆通过自身弹性变形和几何形状 的改变来影响体系平衡，这是悬索桥区别于其它桥梁结构重要特征之一。 主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，在恒载作用下，以轴向
5、受压为主；在活载作 用下，以压弯为主，呈梁柱构件特征。 加劲梁主要承受弯曲内力。加劲梁的弯曲内力主要来自结构二期恒载和活载。大跨度悬索 桥加劲梁的挠度是从属于主缆的，随着跨度的增大，加劲梁的功能退化为将活载传至主缆， 其自身抗弯刚度对结构刚度的影响也逐渐减小。 吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是连系加劲梁和主缆的纽带，承受 轴向拉力。 锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基，通常采用重力式锚和隧道式锚。 重力式锚用自重抵抗主缆的垂直分力，用锚底摩阻力或嵌固阻力来抵抗主缆水平力。隧道锚 则直接将主缆拉力传给周围基岩。 纵观悬索桥尤其是现代悬索桥的发展过程，可以看到， 现
6、代悬索桥的跨径越来越大，从几十 米发展到近2000m ；加劲梁高跨比越来越小，从1/40 下降到 1/300；主缆等主要承重构件的 安全系数取值越来越低，从4.0 左右下降到2.0 左右，这就要求在设计悬索桥时，要精确合 理地确定悬索桥成桥状态内力与构形；合理确定悬索桥施工阶段的受力状态与构形，以期在 成桥时满足设计要求；精确分析悬索桥在活载及其它附加荷载作用下的静力响应。 悬索桥：强制 在所有的吊桥，巷道挂起，这是披在两塔 ，担保成坚实的混凝土 块，称为锚碇上桥的两端， 从巨大的 钢电缆。 车倒推的巷道， 但因为巷道被暂停，电缆的 负荷 转移到 压缩 在两塔。两 塔支持大部分桥梁的重量。 受
7、拉构件 受力特点：屋架的弦杆、腹杆、池壁、拉索和吊杆等。 设计内容：强度和抗裂度 金门大桥的受力构件为上杆和吊杆 金门大桥及其复杂的地理环境 断层线 加州的不祥之圣安地列斯断层斜线通过海湾地区从北到南，通过短距离金门出海。 雾约束和冷 在夏季，金门经常笼罩在寒冷，阴沉的雾，通过两岸飙升，最大和最低的差距在沿海的范 围内。寒冷的海水和潮湿的空气似地不可预知的交织与大风合作，并可能导致空气温度下 降多达 30 度，在几个小时内。 潮汐 潮汐作用产生的平均流量为每秒水（约3-1/2 倍量水密西西比河转储到墨西哥湾），230 万立 方英尺。在金门范围内的水流从4-1/2 至 7-1/2 节。当工人有潜
8、水地表以下90 英尺深，喧 嚣的潮汐和电流限制在水下工作时间。 狂风暴雨无法测量 当桥是在 1937 年完成后，没有人完全知道它是如何在最极端的条件下执行。莱昂 Moisseiff 工作与 Bridge 理论家，查尔斯埃利斯预期的桥梁上的每一个可能的力量，并据此设计。然 而，一些事情被这样一个狭长的跨度风的影响，例如- 无法预测。风速仪和加速度计分别 置于记录风速，风角，跨度运动。只有时间会告诉如何去做桥。 持久的结构 1951 年 12 月带来了另一个测试，设置结构荡漾再次严重的风暴。这一次，投资钢梁3.5 万美元， 变硬， 并添加支持巷道桥梁官员回应。这是只有两个主要的修改在其第一六十年的
9、 桥梁之一。另一个是在1970 年更换腐蚀吊杆绳。考虑到它所代表的恶劣环境中，桥的表现 令人钦佩。 金门大桥施工过程图示 金门大桥技术特点 加劲梁高跨比减小到1/168 的金门大桥的建成，奠定了美国风格悬索桥的地位。 其主要特点为： （1）主缆采用AS法架设； （2）加劲梁采用非连续的钢桁梁，适应双层桥面，并在桥塔处设有伸缩缝； （3）桥塔采用铆接或栓接钢结构； （4）吊索采用竖直的4 股骑跨式； （5）索夹分为左右两半，在其上下采用水平高强螺栓紧固； （6）鞍座采用大型铸钢件； （7）桥面板采用RC构件； 桥墩 南部的桥墩不得不建在距岸边1100 英尺（一英尺=2.54 厘米）的地方。凶猛的
10、海浪，阵阵 大风和大雾导致了工程延期。脚手架刚刚完成就遭到了货船的撞击，经过修理后， 暴风有带 走了 800 英尺处的一部分脚手架。南部的桥墩要装进125000 立方码的混凝土（1 码=0.9144 米） ， 为了提供一个能够支撑其南桥墩的 基础，架基础延伸进岩床20 英尺。 图上的客船是耶鲁大学的“SS ”号，它提供通宵服务，往返于旧金山和洛杉矶之间，离开海 湾后，它之通常粗略的访问经过的海岸。 大桥的设计工作保留了旧堡点（堡垒，炮台），但并非没有人反对。有人希望摧毁掉旧堡点， 声称它会破坏桥梁的风景。堡垒现在是一个热门景点。 基础的施工 水下施工 北码头建在基岩水20 英尺以下，但在南部的
11、旧金山方面，施特劳斯建立在开放的海洋，地 表以下 100 英尺的码头。 他建立了一个巨大的水紧cofferdam 围堰，数百吨的混凝土泵大到 足以附上一个足球场。 工人将竖立在中间的门码头出超过1100 英尺 -有史以来在开放的海洋建造的第一座桥梁支 持。首席工程师约瑟夫斯特劳斯的大胆计划要求工人先建立一个巨大的挡泥板保护泊船码 头。挡泥板会附上一个橄榄球场大小的区域，从水抽出。混凝土塔的基础上，将下岗内。一 旦完成，这是水抽回到挡泥板以加强当前的40 英尺厚的的混凝土墙的坚固。90 英尺深潜水 员是该计划的关键。他们将导梁， 板，管爆破和40 吨钢形式进入位置，并确保他们所有的 努力以避免被
12、横扫在当前。工人通过爆破管拍摄定时黑火药弹到基岩深处，这种力量可以 将几十条鱼泼出水面到南岸。潜水员有时深达90 英尺以下的表面，以去除引爆碎片冒险。 他们平滑的地板的表面，使用水下施加500 磅压力的液压软管。为了增加难度， 潜水员盲目 工作，被迫去感受他们的方式，由于阴暗的水，快速变化的电流和笨重的潜水服。挡泥板 内的工作是最危险的。在任何时候， 它的墙壁倒塌接触失去了一只流浪的船在迷雾中，或从 电流施加的巨大压力。门的变化的电流只有给予工人狭窄的潜水时间窗口。男子被限制为二 十分钟，每天四个时段淹没。 桥塔结构 塔高出水面227 米，门字巨型钢塔，两塔的塔柱之间由 桁架板连接，塔竖立在巨
13、大的混凝土墩上，是当时世界 最高的桥塔，桥面下横向支撑由对角桁架提供，桥面上 横向支撑由4 块桁架板提供。 塔 水面以上746 英尺（ 227 米） 巷道以上 500 英尺（ 152 米） 每条腿 33 54 英尺（ 10 16 米） 塔重达 44,000 吨 图 3 桥塔立面图(单位：英尺 ) 大约有 60 万铆钉 /塔 v 注桥塔防震挡板的装置 铁 塔 耸立在大 桥南北两 侧，高 342 米，其中高出水面部分为227 米，每根钢索重 6412 公吨， 由 27000 根钢丝绞成。 相当于一座70 层高的建筑物。塔 的顶端用两根直径各为92.7 厘米、重 2.45 万吨的钢缆相连，钢 缆中点
14、下垂，几乎接近桥身，钢缆和桥身之间用一根根细钢绳 连接起来。钢缆两端伸延到岸上锚定于岩石中。大桥桥体凭借 桥两侧两根钢缆所产生的巨大拉力高悬在半空之中。钢塔之间 的大桥跨度达1280 米，为世界所建大桥中罕见的单孔长跨距大 吊桥之一。 从海面到桥中心部的高度约60 米，又宽又高，所以 即使涨潮时，大型船只也能畅通无阻。 锚碇的施工 施特劳斯使用多个万吨混凝土构建的锚碇支持塔 悬索桥的锚碇是支承主缆的重要结构之一。大跨悬索桥的锚碇由锚块、基础、 主缆的锚世纪 固定装置、 散索鞍支墩等部分组成。锚碇一般是大体积混凝土结构，施工中要对锚块进行平 面分仓和竖向分层。施工时按照一定的施工计划分 期分层进
15、行浇筑和养护。 主缆 主缆施工采用的是平行钢丝绳施工，它的 创新之处 可以使任何长度和厚度的细钢丝通过液压千斤顶后 捆绑成任意长的钢绞线，满足建设大跨度桥梁的要求，主缆将所有荷载传到 主塔上 ，如右图所示，每根主缆由27572 股钢绞线组成，直径为0.92m,为当 时最大的钢绞线，主缆长度约2334 m，铆钉大约有1200000 个。 金门大桥有两个主要的电缆。每7,650 个英尺长，包含27572 镀锌钢丝捆绑 成 61 股。 .在两个主缆使用的导线总长度80000 公里。 两个巨大的主缆高度超过746 英尺高的塔顶部的。主缆作为“衣架”垂直 吊杆的绳索，这反过来，保持桥的巷道。每个主缆直径
16、，包括其外观线环绕，是36 和 3 / 8 英寸，每个主缆是7,650 个英尺长。在两个主缆使用的导线总长度80000 公里。 . 每个主缆包含27572 镀锌钢丝捆绑成61 股，每个包含454 线。的主缆，吊杆垂直电缆 及附件的总重量为24,500 吨。主缆可以构建之前，为增加安全性和可操作性，建立了 工作平台的工人挂下，主缆 然后将剥离的面积 注 右图为在主缆施工的第一 步是“ footwalk ”这是直接悬 浮在其中的主缆 左图为主电缆绘画工作将采取“帐 篷状”遏制地区内的地方。 这是一个遏制在围绕着主缆的位置 侧视示意图。 主缆架设方法 架设主缆：猫道架设完成后，就可在猫道上开始 架设
17、主缆。方法有空中编缆法（AS 法）和预制丝 股法（ PS 法） 。至今我国所建的大跨度悬索桥都 采用 PS法架设，其主要工序为： 丝股牵引架设： 利用拽拉设施将预制丝股通过猫道拽拉架设； 索股提升横移和入鞍：牵引结束后，将索股从滚 轮上提起，并横移至鞍座上方，整形后入鞍； 索股垂度的调整：晚上气温稳定时进行索股垂度 的调整，即对基准丝股的跨中绝对标高和非基准丝股的跨中相对标高进行控制调整，锚固。 紧缆作业： 在主缆丝股架设完毕后，接下来的工作是紧缆，其目的是为了使主缆压紧成原形， 达到设计要求的空隙率，以满足安装索夹和以后的长期防护。紧缆过程有初紧缆和正式紧缆 两阶段。 在温度稳定的夜晚进行预
18、紧缆作业，利用千斤顶对主缆进行初整圆，每间距5m 用 临时钢带捆扎。 预紧缆作业完成后由低处向高处（由跨中向塔顶）方向，利用紧缆机进行正 式紧缆作业。 紧缆后，就可进行索夹、吊索的安装。首先利用缆索吊由跨中向塔顶依次安装索夹，近塔区 索夹可以利用塔吊直接安装；中央扣随同箱梁一并安装。最后采取江上垂直吊装的方式安装 吊索。 吊索装在甲板式平底驳船上，拖运至其安装位置，从猫道上的卷扬机放下钢丝绳，提 升吊索。 主缆缠丝： 缠丝是主缆防护的重要手段。为防止主缆受到破坏，须对主缆进行多层防护。缠 丝作业从塔顶两侧向下缠丝，先缠中跨，再缠两个边跨。 缠丝以前，要在主缆钢丝表面涂防 护腻子。 缠丝机的钢环
19、隔着圆弧形衬板骑在主缆上，绕在环外的软钢丝，被一由电动机驱动 而迅速旋转的飞轮抽出，紧紧缠在主缆之外。 旋转电缆 金门大桥的建设者推出了许多创 新，但也许是最令人印象深刻的是 精确和高效的技术，他们用来兴建 了大量的电缆。 柔韧性强 桥梁的设计人员仔细计算曼妙浸 两塔之间的悬索，以进行所需的重 量。电缆必须足够灵活，横向弯 曲至 27 英尺，在门的强大风，和 强大到足以支持桥梁结构。计划中 的电缆会如此漫长而强烈的，他们将需要 在地方编造。 一位著名的公司 约翰罗布林父子著名的工程公司负责电 缆施工。罗布林了许多世界上最长的桥梁 - 包括布鲁克林大桥，52 年前建成。该 公司制订了电缆的最有效
20、的强度与刚度 比。它还开发了一种技术的纺纱现场的 电缆。爱明诺夫船员的金门大桥 的工作不断创新的传统。 平行钢丝建设 电缆纺纱1935 年 10 月开始。要 创建的电缆，爱明诺夫开发出一种 方法叫做平行线的建设。的创新 技术，使任何长度和厚度，以形成 有约束力的细导线的电缆。它许诺 给工程师的自由，以建立一个无限 长的桥梁。 河套德循环 旋转的电缆，钢丝小于0.196 英寸 直径 80,000 公里的约束在1600 磅 重的线轴和连接桥的锚碇。内锚地 的固定称为一个链鞋是用来保护 的“死丝”，而一个纺轮，滑轮， 拉过了桥“火线” 。 一旦它到达对 岸的门，火线上链鞋担保，并与另 一线的循环再次
21、开始的过程返回 的车轮。 最大的电缆 数以百计的电线，每一个大致的一 支铅笔的直径，密切联系在一起， 成链。液压千斤顶，然后打包压缩 61 股电缆。 每两个主缆是刚刚超过 直径 3 英尺，七千六百五十九英尺 长包含 27572 平行线。金门使用的 有史以来的最大的桥梁缆索 - 足 够长的时间在赤道包围的三倍以 上的世界。 创建一个平衡 在时间线之一，金门大桥的电缆纺 从塔，塔，锚碇安克雷奇。纺纱是 冗长的，它不仅纺车旅游时间两岸 之间的英里，但工作了一个精确的 顺序进行，以创造电缆需要吸收适 当的平衡在指定的查尔斯埃利斯 的设计风量压力。 加快进程 施工预算很紧。罗布林父子是签 约 14 个月
22、内完成纺纱电缆。为了 使他们的最后期限，爱明诺夫人员 设计的“分裂电车， ”第二个纺车， 会见了在桥中间第一轮。这方面的 发展加快了进展。最终，罗布林设 计了一个系统，同时旋转六个电线 - 颜色编码，以防止混乱。上午十 时至下午六时的时间线指导跨跨 度高达 1000 英里的电线，在8 小 时轮班的纺轮。当天气良好，车 轮只花了六年半分钟，中途跨跨 度。 比原计划提前 1936 年 5 月 20 日，纺车，挂满了 国旗，因为它最后线拉过桥。非 凡的技术创新，罗布林完成纺纱电 缆比原计划提前8 个月，令人印象 深刻的四倍速度比预期的。 主缆与电缆 金门大桥有两个巨大的主缆，其中超过746 英尺高的
23、塔顶部的。主缆作为“衣架” 垂直吊杆的绳索，这反过来，保持桥的巷道。每个主缆直径，包括其外观线环绕， 是 36 和 3 / 8英寸，每个主缆是7,650 个英尺长。在两个主缆使用的导线总长 度 80000 公里。每个主缆包含27572 镀锌钢丝捆绑成61 股，每个包含454 线的主 缆，吊杆垂直电缆及附件的总重量为24,500 吨。 主缆可以构建之前，为增加安全性和可操作性，建立了工作平台的工人挂下，主缆 然后将剥离的面积。 用于构建主电缆线奠定了织机型穿梭，来回移动，因为它规定的地方，形成了电缆 线。在 6个月和 9 天完成主电缆线的纺纱。 电缆穿线操作使用4 纺纱车，从每个锚地的两个工作完
24、成。由于一节车厢离开锚 地基地和上升，在主塔，下至跨中，当时另一个运输使导线形成相反的锚地会见。 线 bights交换，每节车厢回到它的出发点。 电缆成型机用于垂直分隔符，在一个框架，保持与另一个在垂直行每61 股正确关 系。 压实机分别用“挤”到他们的圆形电缆。每个包括一个框架包围的电缆绕了一圈 12 个液压千斤顶。 大螺栓电缆带连接主缆，每 250 对垂直吊杆绳附着点。偶尔主缆带螺栓重新张紧成 为必要的，因为恒定的温度和负荷的变化，在主缆生产电缆直径的微小变化，而这 些变化在电缆直径，连同电缆带本身的温度效应，引起的紧张局势螺栓，以放松。 1954 年，电缆带螺栓重新锁紧原施工以来的首次。
25、 加劲梁安装 猫道架设完成后， 采用卷扬机式的跨缆吊机吊装钢箱梁，每套卷扬机放置于边跨侧塔根部的 平台上， 由中跨梁段开始分别向南北侧一次对称吊装钢箱梁。具体步骤如下： 将跨中梁段 索夹下半部分与钢箱梁上的中央扣连接成一个整体，利用跨缆吊机将梁整体起吊安装，同时 利用缆索吊安装上半个索夹；跨中梁段吊装完毕后，移动跨缆吊机， 对称吊装各预制梁段； 采用临时支架平台，辅以轨道平移方法，将边跨梁段垂直放置在吊点下方，垂直起吊； 垂直吊装合拢段后，完成整个钢箱梁的吊装。 桥面施工 从每个桥塔开始，移动的起重机放下了构成 行车道的钢盖板。 第一吨混凝土浇注于1967 年 1 月 19 日。请注意钢盖板下
26、的安全网，它 的使用挽救了19 名失足落下大桥的工人的 生命。这部得不使人联想到在还没有安装安 全网之前充满了悲剧的几个月。 金门大桥的事实- 建筑细节 钢事实： 在新泽西州，马里兰州和宾夕法尼亚州，通过巴拿马运河运 钢结构总重量：83,000吨（七五二九三公斤） 电缆的事实： 两个主缆通过主塔顶部和混凝土锚碇，在每年年底的担保。每条电缆27572钢绞线。 有 80000英里的电线在两个主缆（129,000公里），超过6 个月了旋转 电缆直径（包括包装）：36 3 / 8英寸（ 0.92米） 电缆长度： 7,260英尺（ 2,332米） 灯： 128 灯安装在桥的道路。他们是 250 瓦的高压钠灯在1972年安装的灯具 24 塔人行道灯35 瓦低压钠灯 12 照亮每座塔，每个400 瓦，和呼吸道灯塔，每座塔之冠 快速事实： 在桥的电缆所使 用的钢丝长度足以绕地球三次！ 美国海军的方式，如果桥有可能被涂在黑色和黄色的条纹，以保证过往船只的更大的可视性。 在施工期间，桥下的安全网，保存19 的人成为被称为“ 中途到地狱俱乐部的生活。” 超过一百万辆车过桥，因为它在1937 年开业。