I-270高速公路Rocks运河大桥

荣誉奖大跨组获奖项目：I-270高速公路Rocks运河大桥，格兰奈特城，伊利诺伊州/贝勒丰坦，密苏里州结构上...





荣誉奖大跨组获奖项目：

I-270高速公路Rocks运河大桥，格兰奈特城，伊利诺伊州/贝勒丰坦，密苏里州

结构上有缺陷且功能过时就是对这对孪生桁架桥现状的最贴切的描述，这对孪生桁架桥建于1963年，承载着跨过Rocks运河靠近伊利诺伊州格兰奈特城的I-270公路的交通，这两座桥梁作为伊利诺伊州和密苏里州之间的一个主要州际通道，穿过作为密西西比河的一个分支的、供所有的驳船通行于圣路易斯的Rocks运河，每年平均7,000万t的货物要通过这条运河来运输，使其成为密西西比河上最繁忙的航海区域。繁忙的交通——每天接近5.5万车次——连同由于定期需要进行的桥梁修复工作所带来的大规模的交通堵塞和延迟，都引发了大众的担忧和数不清的抱怨，最终决定要对这些桥梁进行替换。

HDR设计事务所的分析表明I-270桁架桥结构上已经不能满足受力要求，需要进行处理。要确定一个补救措施，如何在设计和建造一座替换的桥梁的同时还保证I-270公路的开放，很快将这个项目提上最重要的日程。除了提供该桥梁替换工程初期以及最终的设计服务之外，HDR设计事务所也要每年对桥梁进行检查，以确保已有桥梁在设计和施工阶段具有足够的结构完整性。由于最近I-35W桥梁的破坏，对于桥梁的检查和跟踪工作还包括对于节点板的检查和分级，以确定和监测桁架连接节点的强度。在对服役了将近50年的旧桥的已有条件进行评估之后，HDR设计事务所给出了修复需求，以保证结构在近期内能够继续可用。尽管在当时建造经费还没有得到保障，HDR设计事务所还是给出了一个方案，可以随着资金的逐步到位，分阶段建造桥梁。该项目的交通管理规划TMP（Traffic Management Plan）的分阶段施工以维持每个方向的两车道交通，并且为驾车者提供先进的车道关闭的警示/信息以及其他可选的道路通行方案，因此可以最大程度地减少交通阻塞的长度，并且用最高效的方法来进行分段施工来保证安全和质量。

由于适于航行的运河以及附近的堤坝，问题就来了，是否美国陆军工程兵团USACE （US Army Corps Of Engineers）和美国海岸警卫队USCG（United States Coast Guard）愿意在“后卡特丽娜飓风（Post-Katrina）”的环境下颁发在堤坝内和堤坝周边的许可证。和对已有的I-270桥梁的要求保持一致，USCG要求桥梁能够提供350ft.（105m）的水平航海间距以及50ft.（15m）的竖向净空。最终，USCG允许在施工期间，将350ft.（105m）的水平航海间距要求降低为200ft.（60m）。在确定新桥的主跨长度时考虑了这些临时的水平间距要求。一个连续的钢板梁结构被认为是最经济，具有最佳的结构冗余度、抗震性能和最容易维护和检查的方案。HDR设计事务所给出的双方互利的、可接受的方案，就是通过合适的夯实填土来对堤坝进行加宽，并使得该区域足够稳固，这样使得桥墩的位置也得以被允许。然后桥梁的设计工作就快速展开，于2014年正式对公众开放的这座I-270新桥是伊利诺伊州最大的工字形钢板梁桥。桥梁总长度为1,970ft.（591m），共有5跨（350ft., 440ft., 490ft., 440ft.和250ft.，约合107m，134m，149m，134m和76m），这种跨度布置是根据跨越运河的跨度需求以及附近的东侧洪水保护堤来确定的，如此一来，桥梁由10根变高度的工字形钢板梁组成。考虑到所需的用钢量，该设计尽可能在材料、加工和施工方面保持经济性。在整个结构中尽可能多地采用相同的翼缘板厚度，以减少钢结构加工商Stupp桥梁公司所需钢板尺寸的数量。对于沿着每根梁线上的18个梁段，所采用的50W级钢材只有6种不同的翼缘板厚度，所采用的HPS70W级钢材只有4种不同的翼缘板厚度。

对于在桥墩1的腹板高度过渡处以及在运河主桥墩处的钢梁进行了加腋处理。采用直线形的高度过渡，以简化钢梁的加工并降低加工成本。中间的以及桥墩处的横撑架都是采用了X形布置，由于大梁的间距以及大梁的高度，横撑架大部分都是方形的。所有的横撑架构件都采用了WT截面。基于三维有限元分析，横撑架承受着恒载、活载、风载、温度作用以及地震作用，还有由于将来部分宽度桥面替换所产生的不平衡力。当桥梁施工时，沿着桥梁全长的外边梁跨内的上翼缘间布置了侧向支撑，也是采用了WT截面。上翼缘间的侧向支撑可以防止在钢结构安装的中间步骤、以及在混凝土桥面就位前和就位中时由于风力引起过大的侧向位移。另外，在每一跨，钢结构的安装始于一个双梁体系，上翼缘间的侧向支撑可以在钢结构物安装阶段增加最初的双梁体系的扭转刚度和整体抗屈曲承载力。

桥梁施工始于2011年10月，2012年7月开始进行钢梁的交货，被存放在靠近施工现场的一个当地的堆货场。钢结构的安装工作是从桥梁西侧开始的，这时位于运河东侧的3号和4号桥墩的施工还未完成。第一批钢梁于2012年11月到位。3个独立的中间跨钢绞线千斤顶顶升工作是在2013年10月中旬到11月初完成的。梁段以及横撑架是在一个附近的漂浮的驳船上组装的并被推入上部结构的下方，然后采用钢绞线千斤顶将组件顶升就位。这种施工方法将运河的关闭期缩短至24h之内。

（以上部分内容来自Modern Steel Construction 2014年第3期。）

业主：伊利诺伊州交通局，克林斯维，伊利诺伊州

设计：HDR公司，芝加哥，伊利诺伊州

总包：Walsh建筑公司，芝加哥，伊利诺伊州

钢材加工：Stupp桥梁公司, 圣路易斯，伊利诺伊州

钢材详图：Stupp桥梁公司, 圣路易斯，伊利诺伊州

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