2022 年 Modern Steel Construction 杂志最酷钢结构项目盘点

每年，《现代钢结构》（MSC）杂志都会选择一些有趣的钢结构项目，通常是小型建筑或小件/或雕塑，以展示钢铁最酷的应用以及与钢结构相关的其他创新和进步。 2022 年最酷的应用包括俄勒冈州波特兰市高速公路上的步行和自行车道、科罗拉多州标志性钢教堂上方的钢“泡泡”、圣路易斯穿过动物栖息地的弯曲钢结构小径、北卡罗来纳州历史悠久的钢铁厂的修复和扩建，以及曾经是西海岸最高建筑的顶部翻新项目。

俄勒冈州波特兰市的绿色链条上又多了一个环节。这座城市最新的无车桥——国会议员厄尔·布卢门瑙尔自行车和人行桥（简称布卢门瑙尔桥）于今年夏天隆重开通。这座造价 1900 万美元、跨度 435 英尺的大桥横跨 84 号公路和联合太平洋铁路，位于波特兰市中心的东入口处，净跨度为 380 英尺。

这座优雅的新桥以俄勒冈州众议员、自行车爱好者和国会自行车党团创始人厄尔·布卢默瑙尔 (Earl Blumenauer) 的名字命名，是波特兰“绿色环线”的重要组成部分。“绿色环线”是一个规划中的六英里（9.66 公里）线性公园，环绕着波特兰郁郁葱葱、绿树成荫的步行道和自行车道中心，并将威拉米特河的河岸与城市的主要目的地连接起来。该项目还消除了波特兰著名的自行车网络的一个重大障碍。

国会议员厄尔·布鲁门瑙尔是波特兰东北部的居民，他过去一直提倡公共交通和自行车，包括在波特兰和全国各地建设公共基础设施。“我们今天所做的就是为我们的子孙后代开创未来，”他在新桥的通车仪式上说道。

除了提供重要的自行车和行人连接之外，新桥的抗震能力还使其成为在发生大地震时（如果其他横跨 84 号高速公路的桥梁倒塌）的备用路线，因为其他桥梁是在现代抗震设计规范实施之前建造的。

大桥业主为波特兰交通局（PBOT），设计方为KPFF咨询工程公司，该公司为新桥提供了结构、土木工程、测量服务和总体设计团队管理。Architectural Applications PC HP Civil担任施工经理/总承包商，负责建筑设计。Smith Munroe和Gray提供工程施工服务。该项目的钢结构制造商为AISC成员Thompson Metal Fabrication，AISC成员DBM Vircon负责项目的详细钢结构设计，AISC成员Paramount Rolling Company负责部分钢结构弯曲和轧制工作。该项目总用钢量为375t。

设计出一种可以在有限的市区内安全高效地预制和安装，并且对相邻的企业、84 号高速公路和铁路系统的影响最小的设计并非易事。设计团队研究了各种桥梁类型和跨度配置，以实现跨州际公路和铁路所需的 380 英尺（115.82 米）的净跨度，最终根据成本和广泛的公众反馈确定了目前的设计。非对称系杆拱桥利用了这种大跨度系杆拱结构固有的效率，利用了波特兰交通部的通行权，并将轴承放置在靠近铁路路堤的地方。使用非对称系杆拱的另一个好处是，跨州际公路大桥主跨的预组装可以在桥梁施工现场南侧的波特兰交通部城市道路上进行。然而，这座 60 英尺长的大桥的通行权需要经过审批。 由于城市街道宽 45 英尺（18.29 米），主跨的预组装场地非常有限，主跨的拱形结构顶部宽 45 英尺（13.72 米）。

主跨的“传统系杆拱”几何形状意味着该跨度是自支撑的，只需要在州际公路和铁路用地之间建立一个临时支撑塔，这样整个跨度可以在 84 号高速公路周末封闭期间提升到位，最大限度地减少对城市交通的影响（进出市中心的主要州际公路将被关闭）。对于项目的设计团队和 CMGC 承包商来说，在陡峭的铁路路堤上放置中间支撑提出了许多技术和后勤挑战。该场地的软土特性要求三个桥梁支撑都需要深厚的基础。传统的打入桩或钻孔桩解决方案成本非常高，因此项目团队选择了刚性钻孔灌注微型桩，可以使用小型越野履带钻机进行安装。 然而，尽管这些桩分别提供了 510 千磅（2,268.48 千牛）和 365 千磅（1,623.52 千牛）的抗压和抗拉能力，但它们的 9.625 英寸（0.24 米）直径的钢截面提供的横向刚度很小。因此，为了进行纵向加固，在南墩以南 40 英尺（12.19 米）处设置了一个宽 32 英尺（9.75 米）、深 6 英尺（1.83 米）的混凝土锚，并通过混凝土基础梁与墩台连接。

大桥的建筑设计要求拱形结构向外展开，以形成更加开放的姿态。这种对传统拱形结构的优雅改造实际上给结构设计和细节带来了许多几何挑战。为了传达几何复杂性，合同图纸中包括了轴测图，以更好地说明所需的角度和曲率。

系杆拱结构的最小截面需要仔细考虑允许的公差和现场调整的机会。由于桥梁独特的几何形状和安装连接顺序，该桥采用单跨+悬臂结构的组合连续桥形式，这需要利用二阶分析对桥梁进行非线性和线性屈曲分析，并模拟钢管拱的几何缺陷，以定量分析整个施工过程中拱结构的力学性能和应力。项目团队在每个施工阶段都对拱的钢管构件进行了勘察，以确认其竣工状态是否在假设的几何缺陷限度内。

项目团队对桥梁的各个方面都进行了详细的建筑设计考虑，其中一项重要特征是其轻型护栏系统，该系统必须满足铁路和公路当局的要求，同时保持开放、舒适的环境，并提供防攀爬/坠落护栏。设计师考虑了各种护栏布局，并在项目开放日通过实物模型征求公众意见。最终满足所有要求的设计是 10 英尺（3.05 米）x 8 英尺（2.44 米）预制钢护栏板，固定在位于桥面边缘的倾斜弯曲钢板柱上。

整座大桥使用了约425吨钢材，在波特兰市中心的“正门”上方打造出一座优雅的门户结构，是该市可持续交通的最佳体现。

来源 | 《建筑钢结构进展》微信公众号