在美國各地興起流行的斜拉橋取代搖搖欲墜的橋樑

正在哈德遜河上修建的新橋是最新採用這種經濟高效設計的橋樑,與競爭的中等長度橋樑建造方法相比,它建造速度更快,所需材料更少——而且外觀也更好


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如果您乘坐火車從紐約市向北行駛,您一定會欣賞到塔潘澤橋橫跨浩瀚的哈德遜河第二寬處的景色。這座懸臂橋是 20 世紀 50 年代和 60 年代最流行的結構風格之一的典範,那是美國橋樑建設最為蓬勃發展的時期。從河畔觀景臺上觀看這座橋樑,塔潘澤橋老化的傾斜梁在厚厚的鋼格中相互支撐。這座橋樑的使用壽命超過了最初的 50 年,但現在每年的維護費用為 5000 萬美元。因此,紐約州高速公路管理局在 2012 年邀請工程團隊提交更換方案。三個團隊起草了相互競爭的方案,但他們都採用了相同的橋樑設計——斜拉橋。塔潘澤橋樑建造商中標的方案,即目前被稱為 新紐約橋 的專案,將橫跨哈德遜河五公里,耗資 39 億美元。第一根破浪的鋼材於 9 月在威斯特徹斯特縣海岸附近安裝——兩根粗大的鋼筋立柱,將支撐新橋引橋的一部分。
 
在其他地方——密西西比州格林維爾肯塔基州路易斯維爾華盛頓州塔科馬——土木工程師也在選擇斜拉橋設計,以更新國家老化的基礎設施。“二十年前,每個州都想建造第一座 [斜拉橋],但現在你看到越來越多的斜拉橋,”美國土木工程師協會前主席 安德魯·赫爾曼 說。“它們正在成為美國首選的橋樑型別。”
 
斜拉橋在橋樑設計中最接近的親屬是懸索橋,兩者之間的區別主要在於拉索。在像 金門大橋 這樣的懸索結構中,主纜索從橋塔到橋塔串起,次纜索從主纜索垂下,以固定橋面。相比之下,斜拉橋的拉索直接從橋塔延伸到橋面。它們基本上消除了橋塔之間的纜索。
 
如今,當工程師設計橋樑以承載交通時,斜拉橋方法通常是首選,前提是待安裝的最長路段在 150 米到 915 米之間。在這些長度下,更薄的橋面和簡約的拉索模式幾乎總是在成本、時間和材料節省方面勝過其他替代方案。斜拉橋不適用於主跨超過 915 米的橋樑,因為橋塔必須比相同長度的懸索橋的橋塔高出兩倍,才能串起足夠的拉索來固定橋面。對於非常長的橋樑,傳統的懸索橋勝出。
 
新紐約橋上要吊裝的最長路段將為 365 米。“它確實完全符合斜拉橋設計所能實現的最佳範圍,”紐約橋樑專案經理 大衛·卡波比安科 說。兩條並排懸掛的寬闊路段,分別用於東西向交通,將使塔潘澤橋的通行能力提高一倍以上,並使新紐約橋成為世界上最寬的斜拉橋。新橋的建設於去年夏天開始,預計第一批汽車將於 2016 年底之前向西通行。東向車道定於一年後開通。
 
斜拉橋方法是塔潘澤橋更換工程的首選,還有其他原因。像哈德遜河下游的喬治華盛頓大橋這樣的懸索橋需要在兩側設定大型錨固結構——通常是巨大的混凝土塊——以將橋樑固定到位。“斜拉橋是自平衡的,”T.Y. Lin International 首席橋樑工程師 大衛·古德伊爾 說。“你不會像懸索橋那樣有很大的水平力。”斜拉橋的橋面重量在橋塔兩側均勻平衡,而不是像懸索橋那樣從繃緊的纜索上直接垂下來。
 
新紐約橋的哈德遜河工地提出了另一個問題——柔軟的粘土和淤泥層 堆積在基岩之上。為了建造這座橋樑,施工隊已經開始安裝樁基——長長的鋼杆,下沉深度達 380 英尺,以到達下方的岩石。斜拉橋的平衡重量消除了樁基和橋墩上的大部分向下壓力——這在軟土中尤其有幫助。“你不需要那麼多橋墩,”紐約州立大學布法羅分校橋樑工程研究所所長 傑羅姆·奧康納 說。透過建造更少的橋墩,工程師可以節省施工時間和金錢。“根據經驗,專案成本的三分之一在地下或水下,”他補充道。“你可以在樁基和橋墩上花費很多錢。”
 
斜拉橋在美國首次亮相的時間相對較晚,儘管它們在其他地方已經流行了數百年。工程師 阿維德·格蘭特 在 1978 年在華盛頓州帕斯科和肯納威克之間的哥倫比亞河上建造了美國 最早的斜拉橋之一。格蘭特在歐洲接受培訓,那裡的橋樑建造商已經磨練斜拉橋方法數十年,最早使用這種設計的現代橋樑之一於 1955 年在 瑞典建成。在美國,法國工程師讓·穆勒完成了另一個主要的斜拉橋專案,即 1987 年在佛羅里達州聖彼得堡建成的 陽光高架橋。大約在同一時間,應力耐受性、耐腐蝕性和計算機建模方面的改進幫助提高了它們的普及程度,因為工程師可以更便宜、更高效地建造它們。
 
拉索腐蝕和振動仍然是斜拉橋的兩個主要擔憂。對於新紐約橋來說尤其如此,它將承受哈德遜河沿岸引起高振動的強風,以及冬季積聚在橋面上的大量鹽和雪。為了應對這種情況,橋樑將覆蓋感測器,這些感測器可以檢測接頭或拉索的腐蝕並跟蹤拉索振動。這些感測器將無線傳輸資料到軟體,軟體會即時分析資料。
                 
新紐約橋預計將使用 100 年——是最初計劃塔潘澤橋運營壽命的兩倍。赫爾曼說,美國橋樑的平均年齡為 42 歲,許多像塔潘澤橋這樣的現代鋼橋的壽命已經超過了 50 年的設計壽命。紐約州的那些橋樑——是美國最早建成的橋樑之一,並且已經承受了 50 多年東北部嚴酷的冬季——比全國各地的大多數橋樑狀況更差。“斜拉橋肯定會長期存在,”卡波比安科談到新紐約橋時說。“儘管這座橋樑將是紐約州第一座斜拉橋,但肯定不會是最後一座。”

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