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南美洲最长钢制悬索桥如何抵御地震?

作为一个极具挑战的工程项目,智利正在建造一条独一无二的钢制悬索桥,然而大桥选址却位于有记录以来的最强地震发生地。

智利查考悬索桥计划于2023年通车,然而这座大桥距离一处地震断裂带只有80千米。1960年,这处断裂带曾经发生了创记录的9.5级地震,2010年,该地区又曾发生过8.8级近海地震。

这并不是设计人员所要面临的唯一挑战。除此之外,这座大桥还要横跨一条海峡,将奇洛埃岛与大陆相连,这条海峡波涛汹涌,风速更是高达每小时200千米以上。

 

 

查考大桥的建设成本预计将超过7亿美元,完工后,将取代奇洛埃岛的渡船服务,通行时间将从现在的30-45分钟缩减至只需3分钟。这将给奇洛埃岛的经济产生巨大影响,并且希望能够振兴该地区的旅游业。

 

迎接挑战

查考大桥跨度将达到2750米,是南美洲最长的悬索桥。建设如此规模的工程项目,需要一支稳健的设计、工程和施工团队,因此,OAS、韩国现代公司、法国赛思达公司以及挪威亚斯·雅各布森公司组成的联合体中标了智利政府的这项工程项目,韩国现代公司牵头施工,并且引进阿洛普公司担任工程顾问。

阿洛普公司组建了一支跨学科顾问团队,负责处理该项目充满挑战的场地条件,其规划过程主要包括岩土工程、海事影响、风力和抗震工程以及锚地和地基设计等。

镀锌钢丝还为悬索桥的钢缆带来最佳的断裂强度重量比,设计人员因此能够在充分优化大桥支承结构的同时,确保满足独特的施工场地需求

查考大桥跨度长达2.7千米,将由三座钢筋混凝土桥头堡进行支承,其中两条主跨分别是1,055米和1,100米,悬索副跨长380米。支承双向四车道高速公路的中央桥头堡高175米,将搭建在雷莫利诺斯礁石上,雷莫利诺斯礁石是一座小型珊瑚礁,位于海峡中间位置,有一块岩石部分突出水面。

由于该地区地震高发,因此为应对潜在的震动,这座悬索桥也要具有相应的高延展性结构,这一点十分重要。为确保桥头堡的抗震性能,除了桥头堡顶部设置70毫米厚钢制外壳之外,桩基结构还需要使用钢筋加固。另外,这种钢制内核还为基础结构带来一定灵活性,能够应对奔涌的潮水给大桥两岸带来的冲击。

 

Chcao Bridge representation

由于钢材具有的抗震性能,支承桥面的桥塔也采用钢材加固

 

表层强度

除了桥基部分,钢材还在其他位置带来无与伦比的延展性和强度。在整个上层建筑部分,针对一系列充满挑战的环境标准,钢材为保证查考大桥的性能发挥着关键作用。

查考大桥的设计使用寿命为100年,24米宽的桥面板由结构钢板制成,为使大桥能够抵御240千米/小时以上的风力发挥着部分作用。其核心部分是2.07万吨高强度钢材制成的正交异性箱形梁设计。

正交异性桥的桥面板在纵向上采用格构梁进行加强,在横向上采用横梁进行加强。这种强化设计使得桥面板在承载车辆载荷的同时,对整体承重结构的强化又起到一定作用。

现代化的高强度钢材不仅能够减轻结构重量,而且不会影响延展性和强度。物料性能对于查考大桥十分重要,为应对该地区频繁的地震活动,桥面板和主缆重量以及桥塔数量必须尽可能减少。

另外,镀锌钢丝还为悬索桥的钢缆带来最佳的断裂强度重量比,设计人员因此能够在充分优化大桥支承结构的同时,确保符合独特的施工场地需求。

对于这样一个突破极限的、连接海峡两岸社区的项目,设计人员恨不得用上建筑物料的所有性能。显然,当要实现不可能实现的项目时,工程人员还将继续求助于钢材。

 

图片:Aas Jakobsen, Systra