konstruktion av världens längsta flytande bro

den nya Evergreen Point Floating Bridge, som bär State Route 520 (SR 520), är världens längsta flytande bro, sträcker sig 7,708.5 fot över Lake Washington i Seattle, Washington. Bron öppnades för trafik i April 2016 och ersätter den tidigare SR 520 flytande bron, som slutfördes 1963 och hade nått slutet av sin användbara livslängd. Den nya bron byggdes på plats, intill och strax norr om den gamla bron. Byggandet av bron krävde en mycket samordnad process för att säkerställa att pontongfribord och betongspänningar i pontonerna bibehölls inom acceptabla gränser under hela konstruktionen.

Figur 1

Flygfoto över State Route (SR) 520 Evergreen punkt flytande bro höghus överbyggnad under uppbyggnad.

flytande broar i Washington State

flytande broar har varit en stor del av Washington State Infrastruktur sedan 1940 när den första flytande bron byggdes över Lake Washington. Washington är för närvarande värd för fyra av de fem längsta flytande broarna i världen; William A. Bugge Bridge som korsar Hood Canal (6 521 fot) och tre broar som korsar Lake Washington: Lacey V. Murrow i-90 bridge (6 620 fot), Homer M. Hadley i-90 bridge (5 811 fot) och den nya SR 520 floating bridge (7 708,5 fot). Den fjärde längsta flytande bron är Demerara Harbour Bridge (6 074 fot) i Georgetown, Guyana.

den ursprungliga flytande bron över Lake Washington var hjärnbarnet till Homer M. Hadley, en tidig 20th century Seattle ingenjör och namne av en av de två i-90 broar. Hans stora plan av en betongponton flytande bro över Lake Washington sägs ha sitt ursprung från hans erfarenhet av att designa pråmar under första världskriget.på grund av djupet av Lake Washington, över 200 fot på vissa platser och mycket mjuka jordar som består av tjocka vulkaniska askavlagringar har traditionella broar visat sig vara för kostsamma att bygga.

Brokonfiguration

den nya sr520 flytande bron är unik genom att hela vägbanan är upphöjd över pontonerna över hela bron. Andra flytande broar i Lake Washington använder pontongens övre däck som köryta för en majoritet av längden. Fördelen med den förhöjda körbanan är tvåfaldig. För det första håller det fordon ovanför sjöns vågspray och stänk som uppstår under stora stormhändelser. För det andra ger det en underhållskorridor under den upphöjda vägbanan som ger underhållspersonal tillgång till pontonerna.

bron har för närvarande sex fordonsbanor och en 14 fot bred cykel-och gångväg på norra sidan. Det var också förkonstruerat för framtida utvidgning som skulle möjliggöra tillägg av två lätta tåglinjer ner i mitten.

Figur 2

höjning av den flytande bron.

en prefabricerad betong, segmentell, ribbad överbyggnadsplatta efterspänd i två riktningar, kallad ”låghus”, utgör centrum 5,580 fot av den upphöjda strukturen. Vid de östra och västra ändarna av den flytande bron övergår den upphöjda strukturen uppåt för att ge acceptabla navigeringsavstånd vid inflygningsstrukturerna. Denna del av den upphöjda strukturen kallas ”höghus” och består av förspända prefabricerade balkar med ett gjutet däck på plats som stöds på gjutna tvärbalkar och kolumner. Den flytande bron flankeras av 190 fot långa stål i-balkövergångsspann som förbinder den flytande strukturen med de fasta markstrukturerna. Övergångssträckorna och deras anslutningar är utformade för att rymma alla sex grader av differentiell rörelse som kan uppstå mellan den flytande bron och de fasta tillvägagångssätten.

pontoner och Ballast

ryggraden och den flytande delen av bron är själva pontonerna, cellbetongboxstrukturer. De konstruerades utanför sjön i Tacoma, WA och Aberdeen, WA och bogserades till Lake Washington för montering. Totalt 77 betongpontoner sammanfogas för att slutföra den flytande bron. Det finns tre typer av pontoner: två tvärpontoner, som läggs till ändarna av bron för ytterligare stabilitet och flytkraft; 21 längsgående pontoner, som utgör ryggraden på bron; och 44 kompletterande stabilitetspontoner (SSP), som är efterspända till de längsgående pontonerna för att ge ytterligare stabilitet och flytkraft. Varje longitudinell ponton är 360 fot lång och 75 fot bred och cirka 28 fot djup. En gång ballasted ner till deras design ’fribord’ av 7 fot, pontonerna utkast 21 fot vatten. Bredden på pontonerna begränsades av den 80-fots tydliga öppningen av Hiram M. Chittenden låser in Ballard, WA, genom vilken pontonerna måste passera i slutet av sin havsresa uppför Washingtonkusten från Aberdeen.

Figur 3

tvärsnitt av flytande bro.

den flytande bron är i huvudsak en permanent förtöjd flytande struktur som stöds i sidled i längdriktningen och tvärriktningen med 3,125-tums ankarkablar. Det finns totalt 50 tvärgående ankarkablar placerade ungefär var 360 fot och åtta längsgående ankarkablar som är anslutna nära båda ändarna av bron. Ankarkablar sträcker sig så mycket som 800 fot och är fästa på speciellt konstruerade ankarkonstruktioner längst ner i sjön. Ankarkablarna har 60 ton förspänning för att förbättra deras styvhet.

Ballast är en kritisk del av den flytande bron som gjorde det möjligt för entreprenören att hålla pontonerna trimmade eller höja och sänka pontonerna efter behov under olika stadier av konstruktionen. Vattenballast, som lätt kan pumpas in och ut ur pontonerna, användes som tillfällig ballast under konstruktionen. När pontonerna förs samman för sammanfogning ballasteras intilliggande pontoner till inom en halv tum av varandra. En serie ramar och vinschar används för att dra ihop pontonerna och justera skjuvnycklarna så att stora, 20 fot långa med 3,5-tums diameter efterspänningsstänger, även kända som bultar, kan installeras. Det finns totalt 80 bultar jämnt fördelade runt omkretsen vid varje längsgående Fog. Dessutom måste ballast avlägsnas kontinuerligt under den förhöjda strukturkonstruktionen för att hålla pontonerna trimmade inom tillåtna toleranser samtidigt som man undviker låsta spänningar i antingen pontonerna eller den förhöjda strukturen. I slutet av den flytande brokonstruktionen avlägsnades all vattenballast och ersattes med permanent grusballast. Det bör noteras att bron var utformad så att en tillräcklig mängd ’reserv’ permanent ballast är tillgänglig för en framtida breddning för att rymma spårväg. Den utvidgade konfigurationen skulle utnyttja flytkraften från reservballast och kräva ytterligare 26 ssp: er som ska läggas längs bron för att kompensera den extra vikten.

 Figur 4

planvy av pontoner.

Floating Bridge Design Philosophy

till skillnad från traditionella landbaserade broar i Washington State, som vanligtvis styrs av seismiska belastningar, styrs flytande broar av vind-och vågkrafter. Den flytande bron var utformad för att motstå en 100-årig storm, definierad som en storm med 98 mph vindar och 6-fots vågor. Pontonerna, som är helt efterspända strukturer, är konstruerade för nollspänningsspänning i pontonerna under serviceförhållanden med rigorösa sprickkontrollkriterier för extrema belastningskombinationer. Vid det extrema 100-åriga evenemanget är pontonskrovförstärkningen utformad för att hålla sig väl inom det elastiska området. Den upphöjda strukturen var utformad för att rymma de pålagda avböjningarna från pontonerna och accelerationerna i samband med den 100-åriga stormhändelsen.

Figur 5

Flygfoto över mainline bridge och BCD flotte ponton.

Konstruktion Staging och analys

montering av den flytande bron krävde en mycket planerad, samordnad och koreograferad ansträngning för att möjliggöra flera byggaktiviteter längs bron. Till exempel, medan pontoner O och P förenades, tvärbalkar och kolonner kastades på pontoner S och T och balkar sattes också på pontoner U och V. Denna orkestrering av byggverksamhet krävde noggrann samordning mellan entreprenören, projektet marinarkitekt, och projektkonstruktionsingenjör.

projektets fribordskriterier krävde att skillnaden i fribord mellan motsatta sidor av pontonerna och längs pontonernas längd över ett avstånd av 360 fot, var mindre än 2 tum hela tiden under konstruktionen. Över 1 500 unika konstruktionssteg analyserades som en del av byggprocessen för att säkerställa att fribord och spänningskriterier bibehölls under hela konstruktionen. Ibland överskred analyserade belastningar kontraktets fribordskrav, och pontoner förballades för 50 procent av byggnadsbelastningen utanför balans för att hålla sig inom projektets fribordstoleranser.

 Figur 6

placering av betong från huvudlinjen till BCD-flotten. Med tillstånd av KGM.

en analytisk modell av den flytande bron med kommersiellt tillgänglig strukturteknikprogramvara utvecklades för att utföra byggnadsanalysen. För vertikal och torsionsbelastning analyserades den flytande bron som en kontinuerlig stråle på en elastisk grund med användning av rulle, tonhöjd och vertikala stödfjädrar belägna längs broens längdaxel för att representera grundstyvheten, i detta fall baserat på vattentätheten. När bron är konstruerad tenderar massans centrum att växa i höjd när ballast avlägsnas från insidan av pontonerna och den upphöjda strukturen konstrueras ovan. Eftersom en Pontons rullstyvhet är en funktion av både vattenplanområdet och masscentret uppdaterades grundfjädrarna under hela den iscensatta byggprocessen. Konstruktionen staging model stress output användes för att kontrollera flytande brospänningar för var och en av de 1500 konstruktionsstegen som analyserades.

inmatningen för byggnadsanalysen krävde detaljerad laddningsdata från entreprenören och marinarkitekten. För det första utvecklades och definierades arbetsaktiviteter för varje konstruktionssteg av entreprenören. Dessa steg analyserades sedan av marinarkitekten som utvecklade en ballastjusteringsplan för att balansera byggbelastningarna inom kontraktets fribordskrav. Till exempel, när en serie kolumner eller tvärbalk hälldes, krävdes en motsvarande aktivitet för att avlägsna en proportionell mängd vattenballast för att hålla bron trim. När byggverksamheten och ballastkraven definierades använde konstruktionsingenjören strukturmodellen för att kontrollera spänningar i pontonerna och den förhöjda strukturen.

pontoner B-D förhöjd Strukturkonstruktion

Pontonmontering och förhöjd strukturkonstruktion utvecklades från både östra och västra ändarna av bron. De tre sista pontonerna, pontonerna B till D, sattes i juli 2015, som slutförde monteringen av hela pontonsträngen. En av de största utmaningarna för floating bridge-projektet var att hitta ett sätt att tillhandahålla och underhålla fordonstillträde för material från land till bron. Entreprenörens mål var att förvandla ett ’marint projekt till ett landprojekt’. Till exempel är förmågan att köra betongbilar till en hällplats jämfört med att dra i en pråm lastad med betongbilar ett mycket effektivare och ekonomiskt sätt att leverera betong.

den östra änden av den flytande bron var mer tillgänglig än den västra änden på grund av dess närhet till stranden. En tillfällig bro och flera pråmar länkades för att bilda en åtkomstbock i de tidiga stadierna för att ansluta den östligaste pontonen, Pontoon W, till land. När de östra fasta inflygningsstrukturerna och övergångssträckorna var anslutna skiftades åtkomsten från bocken till den färdiga vägbanan i östra änden. Vid den västra änden av bron, Pontoon A, som ligger längre bort från stranden än Pontoon W, var inte lättillgänglig från land. För att uppnå ”landåtkomst” för den västra delen av bron konstruerades en tre pontonsträng, bestående av pontoner B, C och D (känd som ”BCD-flottan”) och förtöjdes sedan bredvid pontoner R, S och T vid den östra änden av bron. Överbyggnaden konstruerades på pontoner B, C och D medan den tillfälligt förtöjdes på denna plats. Förutom förbättrad åtkomst möjliggjorde detta att alla byggaktiviteter ägde rum samtidigt.

Figur 7

land till vatten tillgång bock.

en serie av 8-fots diameter Yokohama-typ Marina fendrar, befintliga pollare och förtöjningslinjer användes för att säkra BCD-flottan till huvudsträngen. En liten ramp mellan de två strukturerna konstruerades för åtkomst. När flottan var förtöjd kunde byggfordon och besättningar köra direkt från land till flottan. Betonghällar för den västliga höga upphöjda strukturen på BCD-flotten gjordes genom att placera pump-och betongbilar på den östliga höghusdelen belägen på pontoner R, S och T. kolonner och tvärbalkar hälldes genom att köra pumpbilar och betongbilar från strandlinjen direkt på BCD-flotten. Däck hälldes med en 61-meters pumpbil iscensatt på huvudlinjen överbyggnad. En 100 fot lång tremie-rörförlängning anslöts till slutet av pumpbilens urladdning och stöddes i luften av en 400 ton kran. Byggandet av BCD-flottans upphöjda struktur slutfördes i juli 2015. Hela flottan drevs som en enda enhet, som ett stort 1000 fot långt fartyg, till västra änden av bron där den förenades med ponton E och så småningom den västligaste ponton A.

den stora öppningen av den nya SR 520 Evergreen Point Floating Bridge var en historisk händelse som deltog av över 50 000 personer den 2 och 3 April 2016. Bron öppnades officiellt för fordonstrafik den 11 April 2016. För närvarande har den gamla sr520 flytande bron avvecklats och tas bort från sjön. De gamla pontonerna har sålts och kommer att återanvändas och återanvändas globalt för hamnutbyggnad, Marina lossningsanläggningar, marinor, en offshore flytande scen och vågbrytare byggprojekt.

roligt faktum

bron erkändes officiellt i April 2016 av Guinness World Records som världens längsta flytande bro.

projektgrupp

ägare och Pontondesigner: Washington Department of Transportation

Prime Designer och Civil/strukturella ingenjörer: KPFF Consulting Engineers, Seattle, WA och BergerABAM, Federal Way, WA

Designer/byggare: KGM, ett joint venture bestående av Kiewit, Omaha, Nebraska; General Construction Company, Federal Way, WA och Manson Construction Co., Seattle, WA

Sjöarkitekt: Elliot Bay Design Group

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.