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它是世界上知名度最高的大桥,也是世界上命运最悲惨的大桥,建成87年间被“摧毁”上百次。它就是美国旧金山市的象征,被誉为现代世界七大奇迹之一的金门大桥。它由约瑟夫·施特劳斯设计建造,于1937年投入使用。
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因为金门大桥独特的设计和极具标志性的外观,在许多著名的科幻片、灾难片里,它遭受无数次核打击,被鲨鱼咬过成两段,被流星雨穿透,被大地震摧毁。每次美国一发生大事,金门大桥总逃不掉被毁的命运。
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那么这样一座“饱经摧残”大桥,究竟是如何建造的呢?接下来就让我们一起探索其中的奥秘。
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作为一座跨海大桥,金门大桥是连接旧金山与加利福尼亚跨越金门海峡的通道。而金门海峡两岸宽2.7千米,水深将近100米。如果修建传统的梁桥,不仅阻碍大型船只航行,还需要建造大量的桥墩,而深海桥墩造价昂贵,成本极高,因此梁桥不是金门大桥合适的选择。
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要解决通航问题,拱桥是个很好的选择,但金门海峡两岸宽度太大,要想保证拱桥桥体稳固,就不可避免的需要在很大程度上加大拱形,建造难度以及建造成本也随之增加。并且当时的技术也无法实现这种结构复杂的桥型。所以拱桥也不是金门大桥的最佳选择。
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经过多方面的考量与试验,设计师施特劳斯先生最终选择使用悬索设计来建造金门大桥。
想要建造悬索桥,首先需要在两岸建造起高高的索塔,索塔之间由缆索呈抛物线形状连接,从缆索垂下悬索把桥面吊住。
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但如果按照传统悬索设计建造金门大桥,将索塔建在两岸,会出现一个很严重的缺陷,金门海峡的宽度将会使缆索承受巨大的的拉伸载荷,长久以往会使两岸索塔向内弯曲甚至崩塌。
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为了解决这个问题,设计师延长缆索,通过锚固系统将其固定在地面上,同时将两座索塔距离减少至1.2千米,这样就给索塔的反方向上施加了一个拉力,让索塔的受力达到了平衡。
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确定了设计方法,接下来就是建造金门大桥。
金门大桥的建造第一步要建造的就是深入海水的桥墩。为了给桥墩打好坚实的地基,工程师结合海底情况,决定使用爆炸管将炸弹直接送到海床地下引爆。清理过后形成一个完美的基坑,并在此基础上建造钢木框架,再向其中浇筑PCC混凝土。
浇筑完成后拆除木质结构,将框架内的海水抽干,工人进入其中挖除底部石块和土壤,直至坚硬的岩层。最后向框架内部浇筑混凝土,浇筑完成后,一个桥墩就建造完成了。
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金门大桥索塔的建造也是别具匠心。工程师将空心钢以蜂窝状组合起来,让他们如同积木一样相互拼接堆叠形成索塔,建造简单又经济牢固。
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在索塔顶部安装缆索鞍座之后,就可以为桥体铺设缆索了。金门大桥的主缆由27000根较小的钢绞线组成。
为了铺设缆索,工人们为自己建造了一座吊桥,同时在吊桥上方安装一条带有滑轮的钢索轨道。通过上面的滑轮,一条一条的牵引钢绞线,并将其固定在缆索鞍座上。最后用液压机将钢绞线压紧,再用镀锌钢丝将其捆扎在一起,固定在大桥两端的锚固装置上。
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然后就是建造金门大桥的桥体结构了,如果使用常规的混凝土桥体,那么钢制的悬索与混凝土桥面直接相连接,在连接处必然会产生裂缝危害桥体。为了避免这个问题,工程师决定采用钢结构桥体,使悬索直接与钢结构桥体连接。
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考虑到现场施工建造的难度,工人们预制了桥体的每个构件,由船只运到现场,再由塔吊完成单个构架的组装。并在桥体下安装防护网以保证工人安全,同时同步完成悬索与桥体框架的组装,以便于为桥体提供支持。
为了保证索塔受力平衡,工人们必须在每个索塔的两个方向上,同时且均匀的进行组装。
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金门大桥桥体钢结构组装完成后,人们为它涂上了耀眼醒目的国际橘颜色。
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最后就是铺设桥面,工人们先在桥面铺上一层木板,再在木板上铺架钢筋并将其焊接在下层钢结构上,然后在其上浇筑混凝土。但这并不意味着桥体建设完毕可通行,还有一个工程难题需要克服。
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如果将桥面建造成一体,高温会导致桥面膨胀挤压桥体,低温则会导致桥面断裂。
为了解决这一难题,施特劳斯先生又提出了指状膨胀节的解决方案,工程师将大桥分为七块,每块之间由指状膨胀节连接。每当温度变化时,块与块之间的指状膨胀节自由伸缩,完美解决了桥体因热胀冷缩遭到损伤的问题。
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至此,金门大桥建成通车。