平旋橋

平旋橋

平旋橋是開合橋的一種,又稱平轉橋。在全世界內,平旋橋都是重要的交通運輸基礎設施。平旋橋橋跨結構可以繞一根豎軸旋轉的活動橋,在平轉90°時,讓河道上的船隻通過。

平旋橋

平旋橋是開合橋的一種,又稱平轉橋。開合橋的概念可追溯至早期的歐洲和亞洲。然而,直到1世紀後期,最早的開合橋才運用於現代意義上的交通運輸。

平旋橋橋跨結構可以繞一根豎軸旋轉的活動橋,在平轉90°時,讓河道上的船隻通過。這種平旋橋要求在河道中設一個較大的圓形橋墩,橋跨結構旋轉中心的支承可以做成中心點支承,也可以做成圓環形支承,其橋跨結構在橋樑開啟時為雙懸臂樑;閉合時為連續梁。當兩懸臂的臂長不相等時,在短懸臂上需加平衡重。

目前,世界上最長的平轉橋是埃及的蘇伊士運河橋,為兩孔相連跨度160米的平轉橋,總的開放寬度約320米,最著名的平旋橋為西雅圖平旋橋,此橋的兩平旋翼各重75MN,為此類橋的世界之最。 這座耗資3 350萬美元的位於西雅圖西部的低標高平旋橋的建成承擔了相鄰的造形優美的高標高橋上的貨車交通,已成為當地的一處景觀。

設計和建模

1988 年,美國國家高速公路和交通運輸協會(AASHTO)發表了《AASHTO公路開合橋標準規範》,容許應力設計法被納入該規範中,之後,美國部分州又為該規範增添了一些關於開合橋建設的補充條款。橋樑工程師需要根據具體情況決定以下幾點:一、開合橋的類型(平旋橋、豎旋橋或垂直橋);二、平旋橋的支承類型(平旋橋最好應是中心軸承類型),三、豎旋橋活動桁架的類型;四、垂直升降橋的橋塔類型、起動機的位置以及活動式橋跨的水平調整裝置;五、應急作業系統和備用電源系統決定最大應力和最小應力的荷載條件和荷載組合,橫向荷載如風力載荷和地震荷載也必須給予相應的重視,尤其是地震荷載,作為一個相對較新的議題,需引起工程師的特別關注。與《AASHTO 公路開合橋標準規範》中的對應內容相比,2000 年版 《AASHTO 荷載和抗力係數設計規範—公路開合橋設計規範》在開合橋的結構類型和機械問題方面提供了更多重要信息。

平旋橋可以運用三維有限元分析軟體進行分析處理,如 SAP 或 ADINA 專用軟體 。模型主要以梁為構件搭建,如有必要,輔以殼形構件。土體結構的相互作用採用基礎彈簧和減震器進行模擬。非線性構件的建模作為平旋橋分析中不可或缺的一部分是一項綜合性強且耗時的工作。

結構

地基和下部結構

對於平旋橋來說,地基和下部結構的穩固程度對於上部結構保持長期性能的穩定性顯得尤為重要,只有具備強有力的支撐,上部結構才能在更為穩固的平台上運作。由於下部結構具有較大的慣力,所以需要地基具備一定的剛度,反過來,地基受力和整體的結構性反應也在很大程度上受地基剛度影響。地基承載力和地基剛度都嚴重受水流沖刷影響,由於開合橋地基往往位於可通航河流或水道中,因此更易受到強水流的沖刷。大多數來自橋樑葉片和配重的水平荷載通過耳軸塔轉移到地基上,因此,耳軸塔是整個結構中一個關鍵部位,耳軸塔出現問題則意味著整座橋樑的失敗。

上部結構

上部結構和配重產生的垂向力和橫向力通過橋體結構沿著一定的路徑傳導到地基上,這些傳力路徑需要特別關注。例如,豎旋橋從配重到地基的傳力路徑上的幾個關鍵的脆弱點。平旋橋的活動式橋跨為輕型結構設計,採用輕型開放式格線橋面鋪裝是典型的做法,也有一部分設計採用填充式格線橋面鋪裝或正交各向異性鋼板橋面鋪裝。

機械系統和機械設備

橋跨驅動裝置

平旋橋的活動式橋跨一般由專門的橋跨驅動裝置來進行開、合操作,由輔助機械設備進行固定。但有些橋樑上,活動式橋跨也可以由橋跨驅動裝置來固定。橋跨驅動裝置可由電氣、機械和液壓件組裝而成。

傳統的機電齒輪驅動是將電機的高速小扭矩輸入轉化為低速大扭矩輸出來移動笨重的活動式橋跨。此類設備有很多種,但通常都是使用電動馬達來驅動主減速器的輸入軸(主減速器可能包含一個差速器,從而使輸出軸的速度得以匹配輸出轉矩),主減速器的輸出軸連線到兩個二級齒輪減速器上。每個二級減速器的輸出是圍繞一個小齒輪旋轉,從而使橋跨葉片打開、關閉或通過驅動裝置中的制動器使橋跨葉片保持靜止狀態。以前建造的開合橋,其齒輪傳動裝置部分或全部處於“開放”狀態,而非封閉在機殼內。

輔助驅動裝置

當輔助驅動裝置不工作時,它們支撐著活動式橋跨使其承載活載荷。輔助驅動裝置的組件通常為機電驅動,但也有液壓驅動。

輔助機械如鎖具、楔形裝置、減震器、平衡輪和對中裝置等起到固定橋體結構的作用,這些機械裝置的具體性能取決於設計細節及其配置。 雙葉豎旋橋上的輔助設備能使活動荷載在橋葉間轉移,大多數鎖具安裝在兩橋葉間,使轉移垂直剪下力變得更為方便。

電氣系統

電力系統由配電系統和控制系統兩部分組成。電機驅動的開合橋由工業型電源或自帶的發電機組 (或二者結合)進行供電。電力通過商業電氣元件如斷路器、保險絲、變壓器和電機控制中心等分配到電動機
、照明面板以及控制組件上。

電氣系統的設計主要考慮控制系統和橋跨電機控制裝置。橋跨電機控制裝置(也常被稱作橋跨驅動器)通過一定的速度和力矩使電機進行開合橋的操作控制。以下是四種主要的橋跨電機控制裝置:二次電阻控制器、主晶閘管(可控矽整流器)驅動器、再生直流驅動器和流矢量驅動器。

西雅圖平旋橋

這座耗資3350萬美元的位於西雅圖西部的低標高平旋橋的建成承擔了相鄰的造形優美的高標高橋上的貨車交通,已成為當地的一處景觀。當杜沃米什河西河道中的船要進入港口島時,平旋橋的混凝土節段式箱梁的雙冀就會緩緩升起、分開並向河岸迴轉.場面壯觀,150MN構築物的移動僅花費2分鐘。

每個平旋冀有一個52.9m的尾跨和一個73.15m的跨越河道的橋跨,淨高16.76m,比原來的豎旋橋的冀高出3.66m。這樣因河道交通所需開啟平旋橋的次數可減少30%。平旋橋分散了相鄰橋上的交通,每天約有3000輛卡車從上面通過,比原來從相鄰的橋上走更便於進入沿河的工業區。對於行人和騎腳踏車的人來說,平旋橋提供了一條更方便的通往西雅圖的海濱和山間小道的公共通道。

它是世界上僅有的液壓操縱的雙翼混凝土平旋橋,其獨特的設計解決了杜沃米什水路改造規劃中的難題。按規劃需將原寬45.7m的河道拓寬至76.Zm。原豎旋橋的雙翼與河道斜交成45。角,如果仍然利用之則意味著橋的淨跨長達107.6m,這對於豎旋橋來說其工作半徑是相當大的,現在以平旋橋代替後,它以兩個建在河岸上的樞軸墩代替了傳統的建在河道中的單個樞軸墩。

在最終設計中,兩個樞軸墩的中心線之間的跨距為146.3m,而且兩平旋翼在開闊地上施工,使河道的航運保持通暢。由於新的樞軸墩和兩平旋翼遠在河道標誌線之外,航運工作人員認為現在這段河道可避免發生相撞事故。即使以目前的河道寬度,亦可使大型的海洋貨輪順利地通過河道,駛往上游卸貨碼頭和工業區。

平旋橋不但為哈伯島服務.還成為占該城市四分之一人口的西雅圖西區的交通走廊。它連線了二條州際道路、一條州主幹道和城市商業區,每天有7萬輛車從橋上通過,其中1.2萬輛為重型卡車。對於技術人員和承包商來說,施工中遇到的最大的間題是如何保證主要的工業交通24小時暢通無阻,並且還要移動一座高壓線架,重新裝置水管和電話線而不影響為7萬人民的服務。

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