橋梁工程|金門大橋的傳奇

金門大橋建設(shè)于1933年~1937年筒严,距今已有76年歷史扛芽。其主跨1280 m,主塔高度227 m腐晾,保持世界紀(jì)錄27年叉弦。盡管它已經(jīng)不再是世界最長的橋,但它的歷史價(jià)值和美學(xué)價(jià)值卻從未被超越藻糖。

金門大橋之所以成為世界最著名的橋梁之一淹冰,并且經(jīng)受了無數(shù)風(fēng)雨、霧靄巨柒、地震的洗禮樱拴,仍然雄立于海峽之間,在于其設(shè)計(jì)者和建設(shè)者超越時(shí)代的膽識和智慧洋满。在建設(shè)金門大橋之前舊金山市與海峽對面的馬丁縣隔海相望晶乔,交通只能靠渡船,極不方便牺勾,限制了舊金山市的發(fā)展正罢。

金門大橋的最初設(shè)計(jì)方案為Joseph Strauss 設(shè)計(jì)的懸臂桁架與懸索混合結(jié)構(gòu),之后更改為現(xiàn)在看到三跨懸索橋驻民。金門大橋在景觀上最大的特色在于其結(jié)構(gòu)雄偉而簡明翻具,高聳的索塔和有力的主纜體現(xiàn)了震撼的力度感,連續(xù)的鋼桁架橋面從海峽一側(cè)延伸到另一側(cè)回还,而背景又是浩瀚的天空裆泳、洶涌的大海和海岸的群山,橋梁景觀與環(huán)境完美融合懦趋,相得益彰晾虑,更體現(xiàn)了美感。

從色彩上說,金門大橋的顏色選取了鮮艷的橘紅色(International Orange)帜篇,這是藝術(shù)家努力設(shè)計(jì)的結(jié)果糙捺,從功能上起到對來往船只預(yù)警防撞的作用,因?yàn)殚偌t色在霧天的穿透力很好笙隙,而舊金山海灣經(jīng)常多霧洪灯。從美感上說,鮮艷的橘紅色在海洋的深沉和天空的安詳?shù)奈邓{(lán)色背景下顯得格外絢麗竟痰,建筑的輪廓分外鮮明签钩。

GoldenGateBridge.png-9.2kB
GoldenGateBridge.png-9.2kB

圖 1 金門大橋幾何模型示意圖(Matlab程序繪制)

從結(jié)構(gòu)的幾何尺寸上來說,主纜的曲線在主跨為雙曲線坏快,在邊跨為拋物線铅檩,以切線方向延伸至錨錠∶Ш瑁跨度分布為 1125+4200+1125 (英尺)昧旨,跨度比為1125/4200 = 0.267 ,主塔高度746 ft祥得,其中橋面以上500 ft兔沃,橋面桁架以下220 ft,桁架高度6 ft级及,高跨比為0.173乒疏。塔柱的結(jié)構(gòu)是多層門式剛架,并在橋面以下加X斜撐饮焦,在構(gòu)造上橋塔由下向上每層逐漸變細(xì)怕吴,塔柱的橫截面形式不是簡單的矩形而是做了凹陷修飾。吊索間距均為50 ft追驴,兩邊對稱分布械哟。綜合而言,主橋結(jié)構(gòu)高度對稱殿雪,比例和諧,從而創(chuàng)造了高度的美學(xué)效果锋爪。

Joseph Strauss.jpg-179.4kB
Joseph Strauss.jpg-179.4kB

圖2 金門大橋及其建造者 Joseph Strauss

然而丙曙,大橋要應(yīng)對各種荷載和環(huán)境的侵蝕,必須具備足夠的抗力和耐久性其骄。以抗力來說亏镰,大橋采用氣動(dòng)性能較好的桁架加勁梁,因此避免了塔克馬橋風(fēng)毀的慘劇拯爽。在后期養(yǎng)護(hù)維修中增設(shè)了抗震阻尼裝置索抓,提高了抗震性能。大橋每年刷一遍抗腐蝕涂料,保證了耐久性逼肯。

對于大跨橋梁其建設(shè)的難度很大程度上受自然環(huán)境制約耸黑,顯然,需要超大跨橋梁的地方往往是海峽篮幢、河口大刊、深谷等等地形險(xiǎn)惡之處。因而三椿,大跨橋梁的施工難度是極大地缺菌,在建設(shè)過程中體系不穩(wěn)定的階段很容易受到自然力量的破壞,在建成后其耐久性也受到嚴(yán)峻考驗(yàn)搜锰。材料的性能是至關(guān)重要的伴郁,每次材料技術(shù)的飛躍都會(huì)給橋梁工程帶來質(zhì)的飛躍,從鑄鐵到鋼筋蛋叼,從普通混凝土到預(yù)應(yīng)力混凝土蛾绎,從高強(qiáng)鋼絲到高強(qiáng)碳纖維,先進(jìn)的材料會(huì)使橋梁跨度的極限不斷前進(jìn)鸦列。正是依靠了美國當(dāng)時(shí)強(qiáng)大的鋼鐵工業(yè)和機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)租冠,金門大橋才得以建成。
總結(jié)而言薯嗤,橋梁工程的核心在于創(chuàng)新和挑戰(zhàn)顽爹,不斷面對和解決新的問題才能不斷前進(jìn)。正是由于當(dāng)時(shí)金門大橋設(shè)計(jì)者超越時(shí)代的膽識和智慧骆姐,才使得大橋永遠(yuǎn)屹立在海灣之上镜粤,向后人展示著它永恒的傳奇!


MATLAB代碼

function GoldenGate
% code to draw a 3-D geometric model of Golden GateBridge
clc,clear
x0 = 50*(1:63);
% x0(41) = [];
x1 = [-fliplr(x0) 0 x0];               % x1 cordinate of suspender rope
z1 = bola(x1);                         % y1 cordinate of suspender rope
dt = 0.1;
 
axis equal
axis([-4000 4000 -1000 1000 -100 1000])
set(gca,'xtick',[],'ytick',[],'ztick',[],'box','on')
% set(gcf,'Color', [0.28627  0.28627 0.74118])
set(gcf,'Color', 'w')
set(gcf,'Position',[189 222 1040 444])
axis off
view([-22 40])
 
% data for tower
x2 = [-2100 2100];
z2 = [246 356 476 606 746];
 
% draw tower
hold on
 
for i = 1:2                            % plot3 the towers
   plot3(repmat(x2(i),1,6),repmat(-45,1,6),[0 z2],'r','LineWidth',3)
       pause(dt)   
   plot3(repmat(x2(i),1,6),repmat( 45,1,6),[0 z2],'r','LineWidth',3)
        pause(dt)
   for j= 1:5
    plot3([x2(i)x2(i)],[-45 45],[z2(j) z2(j)],'r','LineWidth',4)
        pause(dt)
   end
end
 
plot3([-3225 3225],[ 45 45],[246 246],'r','LineWidth',1) % draw thedeck
pause(dt)
plot3([-3225 3225],[-45 -45],[246 246],'r','LineWidth',1)
 
k = length(x1);                                % draw the main cable
plot3([-3225 x1 3225 ],repmat(-45,1,k+2),[246 z1 246],'r','LineWidth',1)
pause(dt)
plot3([-3225 x1 3225 ],repmat( 45,1,k+2),[246 z1 246],'r','LineWidth',1)
 
for i = 1:k
    plot3([x1(i)x1(i)],[-45 -45],[z1(i) 246],'r','LineWidth',0.5)
    plot3([x1(i) x1(i)],[45  45],[z1(i) 246],'r','LineWidth',0.5)
    plot3([x1(i)x1(i)],[ -45  45],[246   246],'r','LineWidth',0.5)
    pause(dt)
end
 
 
function y = bola(x)
y = zeros(1,length(x));
for i = 1:length(x)
   temp=abs(x(1,i));
    if temp < 2100
        y(i) =246*sqrt(1+(temp/733.53)^2);            % y cordinate for hyperbola
    else
        y(i) =6.707e-5*temp^2-0.8016*temp+2134;       % y cordinate for parabola
    end
end
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