konstruktion af verdens længste flydende bro

den nye Evergreen Point Floating Bridge, der bærer Statsrute 520 (SR 520), er verdens længste flydende bro, der strækker sig 7,708.5 fod over Lake Chicago i Seattle, USA. Broen blev åbnet for trafik i April 2016 og erstatter den tidligere SR 520 flydende bro, som blev afsluttet i 1963 og havde nået slutningen af sin nyttige levetid. Den nye bro blev bygget på plads ved siden af og lige nord for den gamle bro. Opførelsen af broen krævede en meget koordineret proces for at sikre, at ponton fribord og betonspændinger i pontonerne blev opretholdt inden for acceptable grænser under hele konstruktionen.

Figur 1

Luftfoto af statens rute (SR) 520 stedsegrønne punkt flydende bro højhus overbygning under opførelse.

flydende broer i den amerikanske stat

flydende broer har været en stor del af den amerikanske stats infrastruktur siden 1940, da den første flydende bro blev bygget over den amerikanske sø. Det er i øjeblikket vært for fire af de fem længste flydende broer i verden; Vilhelm A. Bugge Bridge, der krydser Hood Canal (6.521 fod) og tre broer, der krydser Lake USA: Lacey V. Murve I-90 bro (6.620 fod), Homer M. Hadley i-90 bro (5.811 fod) og den nye SR 520 flydende bro (7.708, 5 fod). Den fjerde længste flydende bro er Demerara Harbour Bridge (6.074 fod).

den oprindelige flydende bro over Lake var udtænkt af Homer M. Hadley, en tidlig 20. århundrede Seattle ingeniør og navnebror af en af de to i-90 broer. På grund af dybden af Lake City, over 200 fod i nogle steder, og meget bløde jord bestående af tykke vulkanske aske indskud, traditionelle broer har vist sig for dyrt at konstruere.

Brokonfiguration

den nye SR520 flydende bro er unik, idet hele kørebanen er hævet over pontonerne over broens fulde længde. Andre flydende broer bruger det øverste dæk på pontonen som køreflade i et flertal af længden. Fordelen ved den forhøjede vejbane er to gange. For det første holder det køretøjer over søens bølgespray og stænk, der opstår under store stormhændelser. Sekund, det giver en vedligeholdelseskorridor under den forhøjede kørebane, der giver vedligeholdelsespersonale adgang til pontonerne.

broen har i øjeblikket seks køretøjsbaner og en 14 fods bred cykel-og fodgængersti på nordsiden. Det var også foruddesignet til fremtidig udvidelse, der ville give mulighed for tilføjelse af to letbanetoglinjer ned i midten.

figur 2

højde af den flydende bro.

en præfabrikeret beton, segmental, ribbet overbygningsplade, der er spændt i to retninger, kaldet “lavhuset”, udgør midten 5.580 fod af den forhøjede struktur. I den østlige og vestlige ende af den flydende bro overgår den forhøjede struktur opad for at tilvejebringe acceptable navigationsafstande ved indflyvningsstrukturerne. Denne del af den forhøjede struktur kaldes “højhuset” og består af forspændte præfabrikerede bjælker med et støbt dæk understøttet på støbt tværbjælker og søjler. Den flydende bro er flankeret af 190 fod lange stål-i-bjælkeovergangsspænd, der forbinder den flydende struktur med de faste landstrukturer. Overgangsspændene og deres forbindelser er designet til at rumme alle seks grader af differentiel bevægelse, der kan forekomme mellem den flydende bro og de faste tilgange.

pontoner og Ballast

rygraden og den flydende del af broen er selve pontonerne, cellebetonboksstrukturer. De blev bygget uden for søen i Tacoma, Aberdeen og bugseret til montage. I alt 77 betonpontoner er samlet for at fuldføre den flydende bro. Der er tre typer pontoner: to tværpontoner, der føjes til enderne af broen for yderligere stabilitet og opdrift; 21 langsgående pontoner, der udgør broens rygsøjle; og 44 supplerende stabilitetspontoner (ssp ‘ er), som er spændt til de langsgående pontoner for at give yderligere stabilitet og opdrift. Hver langsgående ponton er 360 fod lang med 75 fod bred og omkring 28 fod dyb. Når ballasted ned til deres design ‘fribord’ på 7 fod, trækker pontonerne 21 fod vand. Pontonernes bredde var begrænset af den 80 fods klare åbning af Hiram M. Chittenden låser ind Ballard, gennem hvilken pontonerne skal passere i slutningen af deres havrejse op ad den amerikanske kyst fra Aberdeen.

figur 3

tværsnit af flydende bro.

den flydende bro er i det væsentlige en permanent fortøjet flydende struktur, der understøttes sideværts i længderetningen og tværgående retninger af ankerkabler med en diameter på 3,125 tommer. Der er i alt 50 tværgående ankerkabler fordelt ca.hver 360 fod og otte langsgående ankerkabler, der er forbundet nær begge ender af broen. Ankerkabler strækker sig så meget som 800 fod og er fastgjort til specielt konstruerede ankerstrukturer i bunden af søen. Ankerkablerne har 60 tons forspænding for at forbedre deres stivhed.

Ballast er en kritisk komponent i den flydende bro, der gjorde det muligt for entreprenøren at holde pontonerne trimmet eller hæve og sænke pontonerne efter behov i forskellige konstruktionsstadier. Vandballast, som let kan pumpes ind og ud af pontonerne, blev brugt som midlertidig ballast under konstruktionen. Når pontonerne samles til sammenføjning, ballasteres tilstødende pontoner inden for en halv tomme af hinanden. En række væddere og spil bruges til at trække pontonerne sammen og justere forskydningstasterne, så store, 20 fod lange med 3,5 tommer diameter efterspændingsstænger, også kendt som bolte, kan installeres. Der er i alt 80 bolte jævnt fordelt omkring omkredsen ved hver langsgående samling. Ballast skal også kontinuerligt fjernes under den forhøjede konstruktionskonstruktion for at holde pontonerne trimmet inden for tilladte tolerancer, samtidig med at man undgår indesluttede spændinger i enten pontonerne eller den forhøjede struktur. I slutningen af den flydende brokonstruktion blev al vandballast fjernet og erstattet med permanent grusballast. Det skal bemærkes, at broen er konstrueret således, at en tilstrækkelig mængde ‘reserve’ permanent ballast er til rådighed for en fremtidig udvidelse til at rumme letbane. Den udvidede konfiguration ville udnytte opdriften fra reserveballast og kræve 26 yderligere ssp ‘ er, der skal tilføjes langs broens længde for at udligne den ekstra vægt.

figur 4

planvisning af pontoner.

Floating Bridge Design filosofi

i modsætning til traditionelle landbaserede broer i den amerikanske stat, som normalt styres af seismiske belastninger, styres flydende broer af vind-og bølgekræfter. Den flydende bro blev designet til at modstå en 100-årig storm, defineret som en storm med 98 mph vind og 6 fods bølger. Pontonerne, som er fuldt efterspændte strukturer, er designet til nul spændingsspænding i pontonerne under serviceforhold med strenge crack control-kriterier for ekstreme belastningskombinationer. Ved den ekstreme 100-årige begivenhed er pontonskrogforstærkning designet til at forblive godt inden for det elastiske interval. Den forhøjede struktur blev designet til at imødekomme de pålagte afbøjninger fra pontonerne og accelerationer forbundet med den 100-årige stormhændelse.

figur 5

Luftfoto af mainline bro og BCD tømmerflåde ponton.

konstruktion iscenesættelse og analyse

montering af den flydende bro krævede en meget planlagt, koordineret og koreograferet indsats for at muliggøre flere byggeaktiviteter langs broens længde. For eksempel, mens pontoner O og P blev sammenføjet, tværbjælker og søjler blev støbt på pontoner S og T, og bjælker blev også sat på pontoner U og V. denne orkestrering af byggeaktiviteter krævede omhyggelig koordinering mellem entreprenøren, project naval architect, og project structural engineer.

projektets fribordskriterier krævede, at forskellen i fribord mellem modstående sider af pontonerne og langs pontonernes længde over en afstand på 360 fod altid var mindre end 2 tommer under konstruktionen. Over 1.500 unikke konstruktionstrin blev analyseret som en del af byggeprocessen for at sikre, at fribord-og stresskriterier blev opretholdt under hele konstruktionen. Til tider overskred analyserede belastninger kontraktens fribordskrav, og pontoner blev forkalket for 50 procent af konstruktionsbelastningen uden for balance for at forblive inden for projektets fribordstolerancer.

figur 6

placering af beton fra hovedlinjen til BCD-flåden. Venligst udlånt af KGM.

en analytisk model af den flydende bro ved hjælp af kommercielt tilgængeligt strukturteknik blev udviklet til at udføre konstruktionsstadieringsanalysen. Til lodret og vridningsbelastning blev den flydende bro analyseret som en kontinuerlig bjælke på et elastisk fundament ved hjælp af rulle -, tonehøjde-og lodrette støttefjedre placeret langs broens længdeakse for at repræsentere fundamentstivheden, i dette tilfælde baseret på vandtætheden. Når broen er konstrueret, har massecentret en tendens til at vokse i højden, da ballast fjernes inde fra pontonerne og den forhøjede struktur konstrueret ovenfor. Da en Pontons rullestivhed er en funktion af både vandplanområdet og massecentret, blev fundamentfjedrene opdateret gennem hele den iscenesatte byggeproces. Konstruktionen iscenesættelse model stress output blev brugt til at kontrollere flydende bro spændinger for hver af de 1500 konstruktionstrin analyseret.

input til anlægsanalysen krævede detaljerede indlæsningsdata fra entreprenøren og flådearkitekten. For det første blev arbejdsaktiviteter for hvert byggetrin udviklet og defineret af entreprenøren. Disse trin blev derefter analyseret af flådearkitekten, der udviklede en ballastjusteringsplan for at afbalancere konstruktionsbelastningerne inden for kontraktens fribordskrav. For eksempel, når en række søjler eller tværbjælke blev hældt, kræves en tilsvarende aktivitet for at fjerne en forholdsmæssig mængde vandballast for at holde brobeklædningen. Når byggeaktiviteterne og ballastkravene blev defineret, brugte bygningsingeniøren strukturmodellen til at kontrollere spændinger i pontonerne og den forhøjede struktur.

pontoner B-D forhøjet struktur konstruktion

ponton samling og forhøjet struktur konstruktion skred fra både øst og vest ender af broen. De sidste tre pontoner, pontoner B til D, blev sat i juli 2015, som afsluttede samlingen af hele pontonstrengen. En af de største udfordringer, som floating bridge-projektet stod overfor, var at finde en måde at give og vedligeholde køretøjsadgang til materialer fra land til broen. Entreprenørens mål var at gøre et ‘havprojekt til et landprojekt’. For eksempel er evnen til at køre betonvogne til et hældningssted versus at skulle trække en pram fyldt med betonvogne et meget mere effektivt og økonomisk middel til at levere beton.

den østlige ende af den flydende bro var mere tilgængelig end den vestlige ende på grund af dens nærhed til kysten. En midlertidig bro og flere pramme blev knyttet til at danne en adgangsbuk i de tidlige stadier for at forbinde den østligste ponton, ponton m, til land. Når de østlige faste indflyvningsstrukturer og overgangsspændinger var forbundet, skiftede adgangen fra bukken til den færdige kørebane i den østlige ende. I den vestlige ende af broen, ponton A, som ligger længere væk fra kysten end ponton V, var ikke let tilgængelig fra land. For at opnå ‘landadgang’ for den vestlige del af broen blev en tre pontonstreng bestående af pontoner B, C og D (kendt som “BCD-flåden”) konstrueret og derefter fortøjet sammen med pontoner R, S og T i den østlige ende af broen. Overbygningen blev bygget på pontoner B, C og D, mens den midlertidigt blev fortøjet på dette sted. Ud over forbedret adgang tillod dette alle byggeaktiviteter at finde sted samtidigt.

Figur 7

land til vand adgang buk.

en serie af 8 fods diameter Yokohama-type marine fendere, eksisterende pullerter og fortøjningslinjer blev brugt til at fastgøre BCD-flåden til hovedstrengen. En lille rampe mellem de to strukturer blev konstrueret til adgang. Når flåden var fortøjet, var konstruktionskøretøjer og besætninger i stand til at køre direkte fra land til flåden. Beton hælder til den vestlige højhus forhøjede struktur på BCD tømmerflåde blev udført ved iscenesættelse pumpe og beton lastbiler på den østlige højhus del placeret på pontoner R, S og T. søjler og tværbjælker blev hældt ved at køre pumpe lastbiler og beton lastbiler fra kystlinjen direkte på BCD tømmerflåde. Dæk blev hældt med en 61 meter pumpevogn iscenesat på hovedlinjens overbygning. En 100 fod lang tremie-rørforlængelse blev forbundet til enden af pumpebiludladningen og understøttet i luften af en 400 ton kran. Opførelsen af BCD raft forhøjet struktur blev afsluttet i juli 2015. Hele flåden blev skubbet som en enkelt enhed, som et stort 1.000 fod langt skib, til den vestlige ende af broen, hvor den blev forbundet med Pontoon E og til sidst den vestligste ponton A.

den store åbning af den nye SR 520 Evergreen Point Floating Bridge var en historisk begivenhed, hvor over 50.000 mennesker deltog den 2.og 3. April 2016. Broen åbnede officielt for køretøjstrafik den 11. April 2016. I øjeblikket er den gamle SR520 flydende bro blevet nedlagt og fjernes fra søen. De gamle pontoner er blevet solgt og vil blive genbrugt og genbrugt globalt til havneudvidelse, marine aflæsningsfaciliteter, lystbådehavne, en offshore flydende scene og bølgebryder byggeprojekter.Hr.

sjov kendsgerning

broen blev officielt anerkendt i April 2016 af Guinness verdensrekorder som verdens længste flydende bro.

projektteam

ejer og ponton Designer: Det amerikanske transportministerium

Prime Designer og Civil/strukturelle ingeniører: Kpff Rådgivende Ingeniører, Seattle og BergerABAM, Federal måde, V

Designer/Builder: KGM, et joint venture bestående af Kievit, Omaha, Nebraska; General Construction Company, Federal måde, V, og Manson Construction Co., Seattle, V

Flådearkitekt: Elliot Bay Design Group

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.