什么可以更好？像素 自 1937 年 5 月 27 日金门大桥通车以来，它一直是美国景观的标志性象征。
到 1870 年，人们已经意识到建造一座跨越金门海峡的桥梁来连接旧金山市和马林县的必要性。然而，又过了半个世纪，结构工程师约瑟夫施特劳斯才提交了他的桥梁提案。计划不断发展，最终项目被批准为悬索桥，最终 四年多来建设 .
当金门大桥建成时，它是世界上最长的悬索桥——电缆支撑着两座塔之间的道路，没有中间支撑。并且设置有许多固有的挑战。它花费大约 3700万美元 当时;今天建造同样的结构将花费大约 10 亿美元。那么这个设计在过去 80 年里是如何保持的——如果我们今天从头开始，我们会做不同的事情吗？ 
悬索桥示意图。红色支撑索将力从黑色悬索传递到蓝色塔和锚。对话
世界上最长的悬索桥
金门大桥是一座悬索桥，这意味着它依靠受拉的缆索和吊杆以及受压的塔架在没有任何中间支撑的情况下跨越很长的距离。车道甲板悬挂在垂直吊杆上，这些吊杆连接到在塔和末端锚之间运行的两条主缆。吊杆将车辆力和自重传递给锚固在塔架和坚固地面上的支撑缆索。 
一个简单的编织吊桥。鲁塔萨冒险
这 这种类型的第一座桥梁 可能是用灵活的绳索将两座悬崖连接起来，穿过山谷或河流。数百年前，这些绳索是由植物纤维制成的；铁链后来出现了。纽约市布鲁克林大桥于 1883 年通车，是第一座使用钢缆的桥梁，后来成为标准。
这些塔很可能是从山谷两边的一块简单的岩石开始的。最终工程师们使用了巨大的石头或钢墩。例如，金门大桥的两端由一个桥台和两座塔支撑，这些塔位于嵌入海底的地基上。
金门大桥的两条支撑索是自1937年大桥通车以来唯一没有改变的东西。每根主索由27,572根粗细如铅笔的钢丝组成。施工人员几乎挂了 80,000 英里的电缆 从桥的一侧到另一侧。
要完成这项工作，几乎不可能将一根又长又粗的电缆一体成型而没有缺陷。至关重要的是，如果一根大电缆支撑着这座桥，并且发生了什么事，就会发生灾难性的故障。依靠较小的电线意味着任何故障都会更慢，从而有时间转移灾难。
自从人们第一次开始考虑旧金山湾的一座桥梁以来，人们对这座结构抵御该地区强风、湍流水域和可能的地震力的能力产生了巨大的担忧。旧金山位于两地交汇处 活动板块 – 显然没有人希望看到地震摧毁目前正在传播的桥梁 每天 112,000 辆汽车 .
为了避免这个问题，建造者还在桥梁的每一端安装了减震器，以吸收来自风或地震力的能量。这些专门设计的减振器是由橡胶覆盖的铅芯制成的米直径圆柱体。放置在战略位置，它们吸收可能导致桥梁倒塌的能量。
保持良好状态
传统观点认为，基础设施项目在落成后不久就完成了。但保持金门大桥处于最佳状态需要持续严格的维护。 80年来， 专门的维修人员 维修桥梁，重新粉刷并在必要时更换腐蚀或损坏的部件。
这项工作必须按照严格的标准进行。例如，当连接桥梁各个部件的数千个螺栓中的任何一个需要更换时，同时取出的螺栓不超过两个，以确保桥梁免受强风或地震的影响。
还有结构维护问题。由于时间的推移和持续的温度变化，电缆和吊索会伸长或收缩，需要定期检查和重新张紧。这种类型的调整称为调音，类似于音乐家如何使弦乐器保持最佳音质。
如果我们今天建造它会发生什么变化？
由于巨大 维护费用 ，有些人建议以限制正在进行的维护和运营费用的方式重建金门大桥。撇开政治上的可行性不谈，如果工程师们今天要从头开始建造这座桥，他们将如何设计这座桥？
随着时间的推移，研究人员已经开发出更轻的材料。使用纤维增强聚合物 (FRP) 而不是钢或混凝土是减轻这种规模结构重量的一种方法。这种自重通常会消耗其 70% 到 80% 的阻力——这是它在失效之前可以承受的最大负载。通过减少它，桥梁的结构将需要更少的强度，允许更便宜和更容易的选择。
例如，设计师已经开始在桥梁中使用纤维增强复合材料 (FRP) 材料，例如西弗吉尼亚州的市场街大桥。 FRP 使用塑料树脂将玻璃或碳纤维粘合在一起，从而赋予材料强度。 FRP 比混凝土轻四倍，强度是其五到六倍。
设计师对替代金门大桥进行更改的第一个目标可能是电缆的组成。目前使用的钢材具有腐蚀性，比新材料重四倍，并且可能在恶劣的潮湿和温度环境中失效——就像它在这个地方遇到的那样。碳缆更加惰性，并且已经在世界各地使用。 
在斜拉桥中，缆索直接从桥面连接到塔架。对话
这些轻于钢的材料也可用于桥梁的其他元素，例如交通道路。使用塑料复合甲板可以将金门大桥的甲板自重降低五倍。这将使工程师能够设计和建造斜拉桥而不是悬索桥。优点是可以取消吊带；在斜拉桥中，力通过缆索直接从桥面传递到塔架。第一座采用 CFRP 电缆的公路斜拉桥是瑞士的鹳桥，于 1996 年开通。
斜拉桥的跨度可以比悬索桥更长，因此它在支架和岸边之间的结构可以更简单。此外，在靠近岸边的地方建造塔楼，那里的水床更浅，这将有助于缓解金门大桥第一次建造时的一个主要问题：在深水中在塔楼基础上工作非常困难且成本高昂有强大的水流。
阻尼系统也可以通过新的设计来解决。金门建筑中使用的基于铅芯的阻尼器可以被更新的技术所取代，这些技术能够更好地抵抗风、交通和地震力。这一改进将确保防止塔科马海峡大桥上的故障——当风将桥梁吹向侧面时，它会扭曲和倒塌——将被防止。
尽管如此，金门大桥仍然做得很好。即使有其他可行且更便宜的选择，也没有人真正致力于取代装饰艺术图标及其世界著名的国际橙色油漆工作。金门大桥受到严密监控，以确保其不会因交通、风和地震载荷而超过其应力极限。我们至少可以期待这个工程杰作的再过 80 年。
和打恒河 是土木与环境工程教授 西弗吉尼亚大学 和 Maria Martinez de Lahidalga de Lorenzo 是研究生研究助理 西弗吉尼亚大学 .这篇文章最初发表于 谈话 .阅读 来源文章 .
