平旋桥 :平旋桥

更新时间:2024-09-21 12:04

平旋桥是开合桥的一种,又称平转桥。在全世界内,平旋桥都是重要的交通运输基础设施。平旋桥桥跨结构可以绕一根竖轴旋转的活动桥,在平转90°时,让河道上的船只通过。

平旋桥

平旋桥是开合桥的一种,又称平转桥。开合桥的概念可追溯至早期的欧洲亚洲。然而,直到1世纪后期,最早的开合桥才运用于现代意义上的交通运输。

平旋桥桥跨结构可以绕一根竖轴旋转的活动桥,在平转90°时,让河道上的船只通过。这种平旋桥要求在河道中设一个较大的圆形桥墩,桥跨结构旋转中心的支承可以做成中心点支承,也可以做成圆环形支承,其桥跨结构在桥梁开启时为双悬臂梁;闭合时为连续梁。当两悬臂的臂长不相等时,在短悬臂上需加平衡重。

目前,世界上最长的平转桥是埃及苏伊士运河桥,为两孔相连跨度160米的平转桥,总的开放宽度约320米,最著名的平旋桥为西雅图平旋桥,此桥的两平旋翼各重75MN,为此类桥的世界之最。这座耗资3 350万美元的位于西雅图西部的低标高平旋桥的建成承担了相邻的造形优美的高标高桥上的货车交通,已成为当地的一处景观。

设计和建模

1988 年,美国中国高速公路和交通运输协会(AASHTO)发表了《AASHTO公路开合桥标准规范》,容许应力设计法被纳入该规范中,之后,美国部分州又为该规范增添了一些关于开合桥建设的补充条款。桥梁工程师需要根据具体情况决定以下几点:一、开合桥的类型(平旋桥、竖旋桥或垂直桥);二、平旋桥的支承类型(平旋桥最好应是中心轴承类型),三、竖旋桥活动桁架的类型;四、垂直升降桥的桥塔类型、起动机的位置以及活动式桥跨的水平调整装置;五、应急操作系统和备用电源系统决定最大应力和最小应力的荷载条件和荷载组合,横向荷载如风力载荷和地震荷载也必须给予相应的重视,尤其是地震荷载,作为一个相对较新的议题,需引起工程师的特别关注。与《AASHTO 公路开合桥标准规范》中的对应内容相比,2000 年版 《AASHTO 荷载和抗力系数设计规范—公路开合桥设计规范》在开合桥的结构类型和机械问题方面提供了更多重要信息。

平旋桥可以运用三维有限元分析软件进行分析处理,如 思爱普ADINA 专用软件。模型主要以梁为构件搭建,如有必要,辅以壳形构件。土体结构的相互作用采用基础弹簧和减震器进行模拟。非线性构件的建模作为平旋桥分析中不可或缺的一部分是一项综合性强且耗时的工作。

结构

地基和下部结构

对于平旋桥来说,地基和下部结构的稳固程度对于上部结构保持长期性能的稳定性显得尤为重要,只有具备强有力的支撑,上部结构才能在更为稳固的平台上运作。由于下部结构具有较大的惯力,所以需要地基具备一定的刚度,反过来,地基受力和整体的结构性反应也在很大程度上受地基刚度影响。地基承载力和地基刚度都严重受水流冲刷影响,由于开合桥地基往往位于可通航河流或水道中,因此更易受到强水流的冲刷。大多数来自桥梁叶片和配重的水平荷载通过耳轴塔转移到地基上,因此,耳轴塔是整个结构中一个关键部位,耳轴塔出现问题则意味着整座桥梁的失败。

上部结构

上部结构和配重产生的垂向力和横向力通过桥体结构沿着一定的路径传导到地基上,这些传力路径需要特别关注。例如,竖旋桥从配重到地基的传力路径上的几个关键的脆弱点。平旋桥的活动式桥跨为轻型结构设计,采用轻型开放式网格桥面铺装是典型的做法,也有一部分设计采用填充式网格桥面铺装或正交各向异性钢板桥面铺装。

机械系统和机械设备

桥跨驱动装置

平旋桥的活动式桥跨一般由专门的桥跨驱动装置来进行开、合操作,由辅助机械设备进行固定。但有些桥梁上,活动式桥跨也可以由桥跨驱动装置来固定。桥跨驱动装置可由电气、机械和液压件组装而成。

传统的机电齿轮驱动是将电机的高速小扭矩输入转化为低速大扭矩输出来移动笨重的活动式桥跨。此类设备有很多种,但通常都是使用电动马达来驱动主减速器的输入轴(主减速器可能包含一个差速器,从而使输出轴的速度得以匹配输出转矩),主减速器的输出轴连接到两个二级齿轮减速器上。每个二级减速器的输出是围绕一个小齿轮旋转,从而使桥跨叶片打开、关闭或通过驱动装置中的制动器使桥跨叶片保持静止状态。以前建造的开合桥,其齿轮传动装置部分或全部处于“开放”状态,而非封闭在机壳内。

辅助驱动装置

当辅助驱动装置不工作时,它们支撑着活动式桥跨使其承载活载荷。辅助驱动装置的组件通常为机电驱动,但也有液压驱动。

辅助机械如锁具、楔形装置、减震器、平衡轮和对中装置等起到固定桥体结构的作用,这些机械装置的具体性能取决于设计细节及其配置。双叶竖旋桥上的辅助设备能使活动荷载在桥叶间转移,大多数锁具安装在两桥叶间,使转移垂直剪切力变得更为方便。

电气系统

电力系统由配电系统和控制系统两部分组成。电机驱动的开合桥由工业型电源或自带的发电机组(或二者结合)进行供电。电力通过商业电气元件如断路器保险丝、变压器和电机控制中心等分配到电动机

、照明面板以及控制组件上。

电气系统的设计主要考虑控制系统和桥跨电机控制装置。桥跨电机控制装置(也常被称作桥跨驱动器)通过一定的速度和力矩使电机进行开合桥的操作控制。以下是四种主要的桥跨电机控制装置:二次电阻控制器、主晶闸管(可控硅整流器)驱动器、再生直流驱动器和流矢量驱动器。

西雅图平旋桥

这座耗资3350万美元的位于西雅图西部的低标高平旋桥的建成承担了相邻的造形优美的高标高桥上的货车交通,已成为当地的一处景观。当杜沃米什河西河道中的船要进入港口岛时,平旋桥的混凝土节段式箱梁的双冀就会缓缓升起、分开并向河岸回转。场面壮观,150MN构筑物的移动仅花费2分钟。

每个平旋冀有一个52.9m的尾跨和一个73.15m的跨越河道的桥跨,净高16.76m,比原来的竖旋桥的冀高出3.66m。这样因河道交通所需开启平旋桥的次数可减少30%。平旋桥分散了相邻桥上的交通,每天约有3000辆卡车从上面通过,比原来从相邻的桥上走更便于进入沿河的工业区。对于行人和骑自行车的人来说,平旋桥提供了一条更方便的通往西雅图的海滨和山间小道的公共通道。

它是世界上仅有的液压操纵的双翼混凝土平旋桥,其独特的设计解决了杜沃米什水路改造规划中的难题。按规划需将原宽45.7m的河道拓宽至76.Zm。原竖旋桥的双翼与河道斜交成45。角,如果仍然利用之则意味着桥的净跨长达107.6m,这对于竖旋桥来说其工作半径是相当大的,现在以平旋桥代替后,它以两个建在河岸上的枢轴墩代替了传统的建在河道中的单个枢轴墩。

在最终设计中,两个枢轴墩的中心线之间的跨距为146.3m,而且两平旋翼在开阔地上施工,使河道的航运保持通畅。由于新的枢轴墩和两平旋翼远在河道标志线之外,航运工作人员认为现在这段河道可避免发生相撞事故。即使以目前的河道宽度,亦可使大型的海洋货轮顺利地通过河道,驶往上游卸货码头和工业区。

平旋桥不但为哈伯岛服务。还成为占该城市四分之一人口的西雅图西区的交通走廊。它连接了二条州际道路、一条州主干道和城市商业区,每天有7万辆车从桥上通过,其中1.2万辆为重型卡车。对于技术人员和承包商来说,施工中遇到的最大的间题是如何保证主要的工业交通24小时畅通无阻,并且还要移动一座高压线架,重新装置水管和电话线而不影响为7万人民的服务。

参考资料

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