埃尔南多-德索托大桥

埃尔南多-德索托大桥

孟菲斯，田纳西州/西孟菲斯，阿肯色州

桥梁数据：

跨越：密西西比河

跨度：900ft., 900ft. （274.32m，274.32m，主跨）

总结构长度：1,800ft. （548.64m，主跨）

平均结构宽度：88ft., 10in.（27.08m）

总用钢量：115t

大约修复加固总造价：900万美元

40号州际公路密西西比河大桥最初建于20世纪60年代末至70年代初，又称埃尔南多-德索托大桥（Hernando de Soto大桥），是一座钢结构拱桥，在阿肯色州的西孟菲斯和田纳西州的孟菲斯之间跨越密西西比河。40号州际公路是贯穿美国中心的一条大动脉，是美国卡车交通比例最高的公路之一。40号州际公路穿过孟菲斯，横跨密西西比河，使孟菲斯成为主要的交通和经济中心。赫尔南多-德索托大桥是重要的交通、商业和国防纽带，是孟菲斯地区仅有的两座跨越密西西比河的通道之一。每天约有60,000辆汽车从桥上经过。另一座大桥是建于1940年代中期的55号州际公路密西西比河大桥。40号州际公路提供了全国大部分东西向的州际卡车交通，55号州际公路则容纳了南北向的交通。田纳西州交通部（TDOT）和阿肯色州交通部（ARDOT）共同负责埃尔南多-德索托大桥的管理。阿肯色州交通部负责常规和特殊检查，田纳西州交通部负责维护和修理。

赫尔南多-德索托大桥位于新马德里地震带的东南边缘，19世纪初美国中部发生过三次最大的地震就在该处。考虑到再次发生大地震的可能性，田纳西州交通部在20世纪90年代初与阿肯色州交通部合作，开始对大桥进行抗震改造。施工于2000年开始，一直持续到2015年，费用为2.684亿美元（约合人民币18.73亿元）。作为九期工程的一部分，劣化的西引桥被完全替换为新的钢板梁结构。所有的施工工作都是在保证交通的情况下进行的。这个抗震改造项目通过加强地基和其他构件来加固易受地震事件影响的区域。该工程将使大桥能够承受7.7级地震并为紧急车辆和公众提供一个“震后”的生命连接线。

2021年5月11日星期二例行检查中，阿肯色州交通部雇佣的承包商Michael Baker国际公司发现拱跨的一根钢系梁出现部分断裂，这对桥梁的结构安全至关重要，于是与执法机构合作，立即关闭了桥上和桥下的所有交通以确保州际公路沿线的驾驶者以及密西西比河沿岸的船只安全。此次关闭期间将对大桥断裂的原因、程度和修复进行广泛的调查并确定最佳解决方案。在这次例行检查中，发现断裂的地方没有进行加固施工。阿肯色州交通部已确认检查过程中存在故障，导致40号州际公路密西西比河大桥损坏的证据未被注意到，“根据我们的调查，我们确定在2019和2020年进行检查的同一名员工未能正确履行职责，”主管Lorie Tudor说。“这是不可接受的，这名员工已被解雇，”她继续说道。2019年5月显示这个断裂证据的无人机视频是Michael Baker国际公司在检查吊索和桥梁上部时拍摄的，而不是下面的钢系梁。该部门将开始通过增加冗余来改变检查过程，未来可能会进一步改变。“一个多机构团队，包括两家承包公司和两个运输部，整个周末都在工作，”副主任兼总工程师Rex Vines解释说，“制定一个稳固结构的计划，开始计划进行永久性修复并且已经开始审查承包商的工作。”该团队还将继续检查和调查桥梁以确保解决因断裂或其他原因造成的任何长期损坏。

埃尔南多-德索托大桥总长3.3英里（5.31km），包括主桥、引桥和匝道。共有164跨、160个桥墩和10个桥台。主航道桥包括5根钢箱梁（2 @ 330'和3 @ 400'）和两个钢拱（2 @ 900'）。西侧引桥主要是预制预应力混凝土工字梁和钢板梁，而东侧引桥和连接匝道则完全是焊接的钢板梁。拱桁架位于道路上方，系梁采用钢箱梁。钢箱梁由两块侧板，尺寸为32in.×1.375in.（818.2mm×34.925mm，内侧和外侧），以及两块盖板，尺寸为25in.×0.5in.（635mm×12.7mm，顶部和底部）组成。2021年5月11日，在钢箱梁构件内发现了裂缝。断裂影响到100%的外侧板、100%的顶板和约20%的底板。项目团队对该桥进行了紧张而彻底的计算分析，包括桥梁建模，以确定损坏的程度。5月14日，田纳西州交通部和阿肯色州交通部发表了联合声明，认为没有迹象表明该桥在继续恶化。在对结构稳定性做出最终决定之前，将使用更多的建模和分析工具来确保质量控制。该桥于5月14日重新对桥下航道开放。而桥上部分将继续关闭，在该桥关闭期间，孟菲斯地区的所有州际交通都被转移到55号州际公路，直到赫尔南多-德索托大桥能够安全地重新开放。设计团队也正在研究短期和长期的解决方案，以使桥上的交通安全恢复。

田纳西州交通部目前还不清楚是什么原因造成了断裂。一般来说，机械断裂的根本原因可能是过载、冲击、疲劳或压力；但确切的原因可能很难，甚至不可能确定。在大桥维修完成后，美国联邦公路管理局（FHWA）已要求保留受损钢材的部分，以便事后对钢板进行详细的司法调查。

2021年5月18日下午田纳西州交通部举行了新闻发布会，阿肯色州公路专员亚历克·法默（Alec Farmer）和阿肯色州州长阿萨·哈钦森（Asa Hutchinson）均出席了会议。该桥的维修将根据给予Kiewit基础设施（南方）集团的紧急维修合同进行。工程分两个阶段，概述如下：第一阶段：安装钢板。钢板将被安装在断裂的桥梁构件的每一侧。这将加强受损的钢板，为人员提供结构稳定性，以便于安装更换受损部件的设备，并继续进行桥梁检查。第二阶段：更换损坏的钢板。一旦设计方案确定，施工人员将开始拆除和更换损坏的部件，然后重新开放桥梁交通。第一阶段将围绕裂缝两侧两个30ft.（9.14m）厚的钢板展开并保障工作人员能够安全地进行第二阶段的维修。这一阶段预计将在一周内完成。第二阶段维修将包括拆除和更换钢构件。此阶段预计需要几个月的时间，并且在完成之前无法恢复交通。5月22日，Kiewit基础设施南方公司完成了100ft.（30.48m）长、悬挂在桥梁下方的临时平台的安装以开始桥梁维修的第一阶段工作。5月25日，Kiewit基础设施南方公司完成了第一阶段的维修。这项工作是在24h轮班期间完成的，工作人员在断裂构件的每一侧安装了预制钢板来固定桥梁以便进行第二阶段的维修。接下来开始第二阶段的维修工作，首先是清理工地和扩建平台，最终确定维修计划。第二阶段维修最终选取的方案是在损坏区域附近添加额外钢板，绕过断裂构件，移除一小块断裂钢板并将大部分现有箱形截面留在原位。

该座桥梁面临的挑战是要使桥梁保持稳固，这样施工人员才能安全地进行桥梁修复从而尽快恢复交通。项目团队采用了一个三阶段方法对所有的钢系梁焊缝都进行了无损检测，从而在前两个阶段还在进行的时候就能确定其他需要修复的位置。桥梁修复的三个阶段分别是：稳固、构件修复以及整体钢系梁修复。每个阶段的设计和施工都是相互交叠的。这就需要两方的业主、两方的结构工程师、一个承包商以及多家加工商之间相互协作。所有各方调整方案来满足日常所需和适应不断改变的条件。各项活动每天24h展开，连续数周如此，桥梁在83天之后重新对外开放。

设计、加工、建造都是全天候进行。稳固修复设计在检测阶段就完成了，加工和建造工序也立即跟上。该项目一共有三个钢结构加工商，都和承包商的计划进度保持同步，设计是根据工厂可用的材料量身定做的，提高了效率。

为了缩短宝贵的关闭时间，修复计划的设计都是围绕现有可用材料进行的。Michael Baker国际公司和美国国家钢桥联盟（NSBA）以及承包商协作，在第一阶段和第二阶段的修复中选择HPS70钢材来替换强度为100ksi（14.5MPa）的钢材。简化了螺栓拼接的连接构造以及采用高性能钢材，使得钢结构的加工和安装更加高效，缩短了桥梁的关闭时间，相同的细部构造也在第三阶段桥梁其他位置的修复中重复使用了。