Wacker Drive桥的重建——施工2阶段设计

• 超过设计年限的75年之久的立交桥的破坏情况

• 替换成双向后张的高性能预应力混凝土板结构

• 不规则支撑的桥面板的车辆荷载优化

Wacker Drive 是连接芝加哥市区环线北段和西段的一大型两层立交桥。由于加劲钢的严重腐蚀和混凝土铺装的破碎，芝加哥交通部门决定用两向后张高性能预应力混凝土板结构取代已有75年之久的立交桥。重建工作的**阶段于2002年11月完成。Alfred Beneshch公司将LUSAS Bridge分析软件用于1800英尺（550m）长的第二阶段重建立交桥额设计。

工程概述和重建阶段 Wacker Drive的底层为通往57座超高层建筑的服务车辆提供通道，其顶层于20号大街相交叉，同横跨芝加哥河的Bascule桥相接。每天大约有60000行人、180000辆车及20条公交线路从Wacker Drive桥上过。 重建项目**阶段超过4000英尺长，其典型宽度是114英尺，花费2亿美元的建设费，建设完成时间是2002年11月。第二阶段于2004年初启动，超过2900英尺长，134英尺宽，估计建设费用约2亿美元。

第二阶段的设计

Alfred Beneshch公司负责重建项目第二阶段1800英尺（550m）长路段的设计。横向由3到5个跨度从12英尺到46.5英尺不等的连续跨组成。沿纵向，结构的典型跨度是32英尺，同时也包含一些横跨底部街道交叉口的稍长跨。沿每排立柱布置纵向肋，其典型的高度是2英尺，宽度是4英尺，在一些部位，肋的高度和宽度会依据柱间间距有所增加。肋间桥面板的典型宽度是13”，且在纵向和横向都设有后张的预应力。为了使两个方向的预应力筋位置不发生冲突，该设计方案需要设计师们倾注更多的努力。通过在肋梁中沿纵向布置异形筋、在桥面板上布置直线预应力筋来解决这个问题。桥面板按横向单边受力板作用，它由肋及预应力筋组成的预应力混凝土梁支撑。

建模挑战

该桥桥面系的几何形状及所采纳的设计方案对桥梁建模和分析提出了一定的挑战，桥梁跨度的不一致增加了活载工况的建模分析的复杂性。除了交通荷载外，桥上还有位于分割带上的隔离墩和桥面铺装，对此也要进行模拟，因为芝加哥交通部已要求隔离墩能在公里隔离带和边缘线的任何位置进行布置。隔离墩被模拟成活载，以确定他们对桥梁产生的*不利效果。

建模和分析

1800英尺长的立交桥结构共由9段组成，在每段之间设有扩大节点。为每段建立了独立的有限元模型，用三维壳体单元对桥面系进行离散，该单元允许对不同厚度的桥面板和肋进行定义，且能为板、肋这两构件不同的弯曲平面定义偏心。为了模拟柱顶的支座，沿周边的四个节点用弹簧刚性支撑来定义支撑面积，该处理方法能使墩顶负弯矩平滑，与单点支撑相比能平均降低25％。用考虑预应力损失的等效节点来模拟后张预应力，使用电子表格宏生成这些荷载，它可自动分析异形预应力筋的张拉力。对每节段的恒载和活载进行独立的静力分析。

车辆荷载优化

LUSAS中的车辆荷载优化功能与熟知的Autoloader软件相结合大大提高了根据AASHTO规范来确定设计活载弯矩的速度。使用该项功能，根据所选择位置的影响线，可确定车辆和其它活载的加载模式，能生成活载设计弯矩包络图。将标准的AASHTO HS20车辆作用于三个车道上，经分析得到了立交桥结构的控制荷载。使用LUSAS车辆荷载优化功能已经大大减轻了Alfred Benesch 咨询公司对该项目的分析工作，但仍将持要续几个月。正如项目工程师Ihab Darwish博士所说：使用LUSAS Autoloader功能进行荷载优化大大减轻了活载分析这一重复性强且分析耗时的工作。

“使用LUSAS Autoloader功能进行荷载优化大大减轻了活载分析这一重复性强且分析耗时的工作。”

Dr Ihab Darwish, Project Engineer, Alfred Benesch and Company