7周快速修复钢桁架弦杆断裂 特拉华河公路大桥维护纪要

2017年1月20日-3月28日，宾夕法尼亚收费公路委员会(PTC)面临紧急情况：一名涂料商发现，一个支撑特拉华河收费公路大桥的大型钢桁架的顶部弦杆断裂成两段。共同拥有大桥的PTC和新泽西州收费公路管理局(NJTA)宣布立即关闭该桥，并在断裂处加装了临时接头。

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于是，工程师团队开始了紧张的7周，一边修复大桥，一边解决为什么一根没有明显腐蚀或应变迹象的梁，在服役61年后会出现一条笔直且裂痕齐整的裂缝。

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特拉华河收费公路大桥是一座连续的桁架拱桥，由四跨桁架结构、三跨桁架拱桥和一系列单跨拱桥组成。这座大桥承载着276号州际公路，从宾夕法尼亚州的布里斯托尔到新泽西州伯灵顿镇，每天有大约42000辆汽车行驶通过该桥。此次断裂位置处于宾夕法尼亚河四跨桁架引桥的北侧，在裂缝发生后不久就被发现。

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“断裂发生在横梁末端约5英尺处，靠近角撑板连接处…”PTC的总工程师Brad Heigel解释道，“在第一天傍晚早些时候，当我们一开始看到这些裂缝的照片时，就发现，在那个断裂的位置上有一些明显的，但不明原因的孔洞。”

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经由Lehigh大学的初步金属试验证实，在20世纪50年代中期的桥梁施工期间，这些误钻的孔洞是梁断裂的主要原因。在这座桥的任何文档资料中都没有提到这些洞。但造成断裂的根本原因并不是这些孔洞本身，而是它们被塞住的方式。

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桥梁钢是一种专有产品，具有碳含量高，不利于焊接等特点。但Heigel解释说，这些误钻孔是被焊接堵塞住的。“它们永远不应该被焊接。”他说，“当这些焊缝堵塞了孔洞时，便改变了金属的特性。”

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该团队还对该桥的钢结构进行了超声波测试，试图寻找其他被误钻的孔洞。在测试的近100个钢构件中，只有另外两处表明有这样的孔洞。“其中一个被证明是错误的焊接导致；而另一个被证实是这些洞被铆钉机械的填满，但并没有改变周围钢的特性。”Heigel说。

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从对该桥的钢构件检测试验中发现，其状况良好，也满足1956年为其设定的所有参数。

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随着人们认定此次断裂事故是一次孤立事件而信心增加时，修复计划也开始向前推进。PTC和NJTA与密苏里州堪萨斯城的HNTB、匹兹堡的Michael Baker International、宾夕法尼亚州梅卡尼克斯堡的Modjeski和Masters，以及新泽西州Westville的康奈尔公司(Cornell&Company，Inc.)合作，共同开发了一个最佳解决方案，包括将桁架顶回到位，拆下横梁末端，安装新部件，将两个部分连接起来，然后将该断裂的梁重新拉回绷紧的状态。

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然而，与此同时，该团队还开发了一个替代方案，包括一个完整的桁架替换。Heigel说：“这些替代方案都是同步向前推进的，因为我们不想有问题，浪费时间重新组织。”

该团队在桥梁受损部分下方的微型地基上建造了8个顶升塔，每个高80英尺，每个塔顶部装有一个600千斤顶。在移除临时接头后，团队开始缓慢、小心地将桁架顶回到位，并将其垂直移回，以解决由于断裂引起的2英寸位移。这个过程至关重要，因为当横梁断裂时，横贯该四跨区域的荷载会重新分布到其他地方。

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除此之外，该团队还为桁架安装了一个应变仪和倾斜仪，以监测所有构件在一系列使桁架重新定位过程中发生的微小位移。

Heigel说：“我们计划在1到3天的时间内进行换梁手术。然而，这一过程进行得非常顺利，只用了13个小时。”

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团队在不断检查和监测过程中将所观察到的情况与咨询师所建的模型比对，结果一致。

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随着桁架的修复，工程师们从千斤顶上卸下压力，并在2017年3月7日进行了一系列的负载测试。从两天后返回的测试结果来看，工程师和顾问们对桁架维修的结果感到满意，并决定于当天晚上，在一场大暴风雪来临的前几小时重新开放了大桥。

“桥上的仪器仍在工作。Heigel说，“从长远来看，我们需要对大桥进行监测， PTC和NJTA这两个机构也都同意继续监测这座桥的使用寿命。这是一座1956年的桥，但钢材的形状保持得很好。我们也请Purdue大学做了全桥大部分的钢构件检测研究，反馈的钢材化学结果、抗拉强度及硬度等测试结果均表现良好。”

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本文选自ASCE的《TEAM REPAIRS BRIDGE FRACTURE, SOLVES MYSTERY》

编译 / 裴小吟