浅谈美国旧金山新海湾大桥钢塔设计制作方案

赵星，孙岑璐上海振华重工（集团）股份有限公司

浅谈美国旧金山新海湾大桥钢塔设计制作方案

赵星，孙岑璐
上海振华重工（集团）股份有限公司

1989年10月，里氏7.2级的黑山（Loma Prieta）地震严重损坏了美国旧金山海湾大桥东段结构，部分上不结构坍塌，造成一人死亡，大桥被迫关闭一个月之久，经过修复后继续维持交通至今。旧金山-奥克兰新海湾大桥位于美国旧金山湾，是世界上第一大单塔自锚悬索钢桥，整个钢塔全部为栓焊结构，塔身由4根五边形钢柱和连接横梁组成，最大板厚达到100mm。其制作难点在于节段重量重、断面大、结构形式复杂、几何精度要求高，对塔的垂直度要求非常高。本文在介绍旧金山新海湾大桥的基础上，着重的解释了钢塔设计的制作方案及钢塔装配过程中的影响因素。

旧金山新海湾大桥；钢塔设计；装配

引言

旧金山-奥克兰新海湾大桥位于美国旧金山湾，是世界上第一大单塔自锚悬索钢桥，总跨为565m，钢结构总重量为4.5万吨，其中包括钢塔、钢箱梁、自行车道三部分。钢塔高度为148m，总重量约为13000吨，为世界同桥梁中的第一高度。整个钢塔全部为栓焊结构，塔身由4根五边形钢柱和连接横梁组成，最大板厚达到100mm。其制作难点在于节段重量重、断面大、结构形式复杂、几何精度要求高，对塔的垂直度要求非常高。钢箱梁总长605m，总宽70m，高为5.5m，为世界同类桥梁中第一大钢箱梁，钢箱梁由东西两线和联系横梁组成，采用栓焊结构，总重为30000吨。

一、钢塔设计制作方案

钢塔在制作过程中分为5段，每个段由4根五边形钢柱组成，其中最长的一段为47.175m。

钢塔的总体制作方案如下：①制作板块单元→②节段组装成车间分段→③翻身焊接成型→④节段划线→⑤端面加工→⑥上下两节段匹配→⑦划线钻孔→⑧竖立总装。

板单元板单元是组成塔柱的单元体，其制作能否达到图纸要求将直接影响到塔柱箱体的装配成形，因此制作的过程中需要保证以下要求：

1.面板的平行度及旁弯度要求，面板的平整度要求不大于2mm，旁弯度要求不大于3mm；

2.纵向筋的垂直度及开档要求，直线度整体要求不大于2mm,垂直度要求不大于2mm。

二、钢塔装配过程中的影响因素

美国钢塔全部为厚板结构，五边形各面板单元分别称为A面、B面、C面、D面以及E面板单元。A面板单元宽度方向上为同等板厚的钢板拼接而成，纵向筋对称分布。其余面板单元都是由厚薄板对接而成，纵向筋不对称分布，其中B、C、E面随着板宽的变化，纵向筋的数量逐渐减少。在标高89m位置，C面、D面板单元存在一个焊接折弯，折弯角度分别为1°和2°。根据合同要求，在长度方向上平整度不大于3mm，纵向筋、面板拼接错位≤2mm，纵向筋垂直度≤1mm，位置度±1mm。

1.焊接收缩对装配的影响

这是影响装配的主要因素之一，其中又以面板长度方向的收缩最为严重。面板长度方向的收缩是由各层隔板之间距离的收缩累计而成，纵向筋的焊接、板单元平整度、旁弯的校正都会造成面板长度方向的收缩。而每根塔柱制作情况不尽相同，因此收缩量也都不相同。这就造成了隔板的标高与蓝图不符，而且各塔柱同层隔板的位置也有差异，直接影响到联系梁的总装。为解决这一问题，我们选取一根塔柱的A面板作为基准，通过底面的堆焊，尽量将多数隔板的标高调整到与理论值接近，少数偏差较大的的隔板位置，则通过堆焊打磨横梁孔进行修正。A面板调整到位后，该塔柱其余四个面都和其它三根塔柱都以A面板为基准进行调整。

为解决各层隔板之间距离收缩，我们在今后的面板数控划线时，横梁孔暂不切割，待板单元制作完成后根据实际测量尺寸，用仿形切割将各横梁孔切割到位。

2.面板平整度、旁弯对装配的影响

面板的平整度影响的是与隔板及相邻面板的装配间隙。其中又以A、E面的平整最为重要。因为A、E面是基准，直接影响到其余各面的装配。从实际制作情况来看，面板平整度的校正是比较困难的，特别是局部的急弯很难校正。由于面板长度方向较长，因此长度方向的大弯，在面板装配后还可通过千斤顶调整，施工队在板单元平整度的校正时，更多考虑的时宽度方向，特别是隔板装配线处的平整度。

为减小板单元制作后的校火量，我们在板单元制作时宽度方向上放了反变形，从第一吊装段东、南塔的制作情况来看，反变形的压制量还过小，纵向筋焊接后仍有两侧上翘的现象，但部分宽度较窄的板反变形压制较为困难，仍需通过焊后的校正来控制其平整度。

面板的旁弯影响的也是相邻面板的装配间隙。由于面板为厚薄板对接，厚薄板的收缩量有所不同，因此纵向筋焊接后就会使面板产生厚板侧突起的旁弯现象。我们采取的是电加热校正旁弯，将板单元放置在80°胎架上，厚板侧放加热板，这种方法的效果十分理想。

3.隔板对装配的影响

隔板的外形尺寸。外形尺寸指的是隔板五个面和对角线的尺寸。因为隔板外形尺寸直接影响到塔柱的外形尺寸，因此隔板的外形尺寸须非常精确。目前，隔板的五个面通过整体机加工保证其外形尺寸。

隔板槽口的定位尺寸。槽口的位置决定了纵向筋是否能够顺利插入。特别是A、E面横梁处的槽口，该处纵向筋是与槽口贴合的。因此此处槽口贴合面也采用了机加工。此外，槽口贴合面还加大了3mm，加上纵向筋向外偏移的2mm，使得装配间隙理论上达到5mm，保证了隔板与面板能够顺利装配。

隔板的平整度。隔板平整度决定了隔板是否能与面板正常装配。如果隔板平整度不好，与面板装配后，平整度不好的区域就会出现间隙，因此在安装隔板之前必须将平整度校正到位。

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