最美桥梁---金门大桥

金门大桥

徐旭锋201301010708

1 引言

金门大桥是世界著名的桥梁之一，也是近代桥梁工程的一项奇迹。在199年英国《桥梁设计与工程》杂志评选20世纪世界最美桥梁活动中列第二名。最早知道金门大桥应该是在在初中的时候，nba 有一支球队是金州勇士，而它的球队标志就是一座桥，看着很美很壮观。而后每次看到这座桥，就会不自觉的去更多的了解它。在悬索桥发展的历史长河中，金门大桥扮演着领头羊的角色，首次突破了4千英尺的技术界限，并开创了众多的第一次，是后来者的标杆。

2 工程背景和概况

金门大桥雄峙于美国加利福尼亚州旧金山长1900多米的金门海峡之上，历时4年，利用10万多吨钢材，耗资达3550万美元建成，由桥梁工程师约瑟夫·施特劳斯（Joseph .Struss, 1870—1938年）设计。

1579年英国探险家FrancisDrake发现了连结太平洋和旧金山的一个海峡，这就是后来的金门。尽管这个名字在1849年的淘金潮以前早就使用，但淘金潮使得金门（进入北California的入口）成了加利福尼亚神秘魅力不可缺少的一部分。早在1872年就讨论过要在金门海峡修建一座大桥的想法，但是直到1937年才在海峡上修了一座悬索桥。金门大桥横跨南北，将旧金山市与Marin县连结起来。花费四年多时间修建的这座桥是世界上最漂亮的结构之一。它已不是世

界上最长的悬索桥，但它却是最著名的。金门大桥的巨大桥塔高227米，每根钢索重6412公吨，由27000根钢丝绞成。1933年1月始建，1937年4月完工，1937年5月首次建成通车。

金门大桥的最初的构想来源于桥梁工程师约瑟夫·斯特劳斯。斯特劳斯在此前设计了400多座内陆的小型桥梁。他花了10多年时间游说北加州的居民。这座桥的其他主要设计者包括决定其艺术造型和颜色的艾尔文·莫罗、合作进行复杂的数学推算的工程师查尔斯·埃里斯、桥梁设计师里昂·莫伊塞弗。

金门大桥的北端连接北加利福尼亚，南端连接旧金山半岛。当船只驶进旧金山，从甲板上举目远望，首先映入眼帘的就是大桥的巨形钢塔。钢塔耸立在大桥南北两侧，高342米，其中高出水面部分为227米，相当于一座70层高的建筑物。塔的顶端用两根直径各为92.7厘米、重2.45万吨的钢缆相连，钢缆中点下垂，几乎接近桥身，钢缆和桥身之间用一根根细钢绳连接起来。钢缆两端伸延到岸上锚定于岩石中。大桥桥体凭借桥两侧两根钢缆所产生的巨大拉力高悬在半空之中。钢塔之间的大桥跨度达1280米，为世界所建大桥中罕见的单孔长跨距大吊桥之一。从海面到桥中心部的高度约60米，又宽又高，所以即使涨潮时，大型船只也能畅通无阻。

包括从钢塔两端延伸出去的部分，全长达2737米，为此，又分别在两侧修建了两座辅助钢塔，使桥形更加壮观。大桥的桥面宽27.4米，有6条车行道和两条宽敞的人行道。大桥的设计者是工程师约瑟夫·斯特劳斯，人们为纪念他对美国作出的贡献，把他的全身铜像安

放在桥畔。铜像形象生动，神情自若。

3 结构特点

相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离。悬索桥可以造得比较高，容许船在下面通过，在造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩，因此悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造。

悬索桥比较灵活，因此它适合大风和地震区的需要，比较稳定的桥在这些地区必须更加坚固和沉重。悬索桥的坚固性不强，在大风情况下交通必须暂时被中断。悬索桥不宜作为重型铁路桥梁。悬索桥的塔架对地面施加非常大的力，因此假如地面本身比较软的话，塔架的地基必须非常大和相当昂贵。

金门大桥采用自锚式结构体系，和地锚式相比可以不考虑地质条件的影响，而且由于免去了巨大的锚锭，降低了工程造价。采用自锚，将主缆锚固于加劲梁之上，相比同等跨径的其他桥型，更有其特有的曲线线形，外观优雅，而且现代桥梁除了满足自身的结构要求外，也越来越注重景观设计，其发展前途很大。

自锚式悬索桥采用混凝土加劲梁，虽然增加了体系的自重，但也增加了体系的刚度，在一定的跨度允许范围内，使桥梁的安全性指标、适用性指标、经济性指标、美观性指标得到了完美的统一。对结构受力而言，由于采用了自锚体系，将索锚固于主梁上，利用主梁来抵抗水平轴力，对于混凝土这种抗压性能好的材料来说无疑是相当于提供

了。免费的。预应力。因此采用的是普通钢筋混凝土结构，节省了大量的预应力器具，而且又由于混凝土材料相对于钢材料的经济性，工程造价大大减少。但是由于混凝土的抗拉、弯的性能较差，所以对其进行受力分析时应综合考虑这个特点。

由于自锚式悬索桥的主缆拉力是传递给桥梁本身，而不是锚锭体，主缆拉力的水平分力在桥梁的上部结构中产生压力，如果两端不受约束的话，其垂直分力将使桥梁的两端产生上拔力。例如金石滩悬索桥桥采用了两种办法来抵抗这种上拔力：一是在锚块处设置拉压支座；二是在主桥和引桥的交接处设置牛腿，从而将引桥的重量压在主梁上。

4 受力特点

悬索桥的上部结构包括：主梁、主缆、吊杆、主塔四部分。传力路径为：桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆承受，主缆承受拉力，而主缆锚固在梁端，将水平力传递给主梁。由于悬索桥水平力的大小与主缆的矢跨比有关，所以可以通过矢跨比的调整来调节主梁内水平力的大小，一般来讲，跨度较大时，可以适当增加其矢跨比，以减小主梁内的压力，跨度较小时，可以适当减小其矢跨比，使混凝土主梁内的预压力适当提高。由于主缆在塔顶锚固，为了尽量减少主塔承受的水平力，必须保证边跨主缆内的水平力与中跨主缆产生的水平力基本相等，这可以通过合理的跨径比来调节，也可以通过改变主缆的线形来调节。另外，自锚式悬索桥中的恒载由主缆来承受，而活载还需要由主梁来承受。

5 施工方法

1919年，奥肖内西请求美国海岸和大地测量部门勘探金门海峡底部的岩石情况，1920年5月调查完成。奥肖内西将调查结果分别寄给三位著名的工程师问询建桥的可能性及方案。1921年6月28日，施特劳斯完成并提交了设计方案——混合悬臂吊桥的结构，即利用悬臂原理，将两端宽大的悬臂结构与中部的悬索结构相连接。在他看来，“纯粹的悬臂结构将导致桥梁的自身重量过大，而纯粹的大跨度悬索结构将导致桥梁缺少必要的刚性，并且存在可行性低及费用较高的问题，两者的有效混合不仅能很好地取长避短，而且费用不高”。由于斯特劳斯缺乏设计建造大跨径桥梁的经验，为确保桥梁方案的稳妥性，他在提交方案之前，特意征询了他的同事——来自伊利诺斯州和纽约的三名工程师的意见，桥梁结构的合理性得到肯定。

悬索桥的施工顺序主要是锚碇、桥墩、桥塔的建造，主缆的纺织与架设及桥面的铺设及浇筑等。由于悬索桥的建造在美国已经有40余年的历史，使其在工艺上有一定的模式可循。但是，金门海峡独特的地形条件使其有别于以往悬索桥的施工过程，特别体现在南部桥墩的建造中。由于金门大桥位于海湾入口处，潮水的冲击力比较大，除此之外，桥梁史上尚没有在海湾入海口建造桥梁的经验。苛刻的自然条件及缺乏海湾入海口的施工经验，增大了施工的难度及风险。

由于南部桥墩的位置距离南部海岸较远，在建造围堰结构前，需建造一个400m左右长的钢铁栈桥支架，从海岸伸出延续到南部桥墩的选址处。计划最初进行的很顺利。但是，1933年8月，在栈桥结