本文最初發表在對話。該出版物將文章貢獻給了現場科學的專家聲音：專家和見解。
自從1937年5月27日的金門大橋向交通開放以來，它一直是美國景觀上的標誌性象徵。
到1870年，人們意識到有必要建造一座橫跨金門海峽的橋樑，將舊金山市與馬林縣聯繫起來。但是，又是半個世紀結構工程師約瑟夫·斯特勞斯（Joseph Strauss）提交了他的橋樑提案。計劃進化了，最終項目被批准為懸掛橋，最終佔據了四年來建造。
當金門大橋上升時，它是世界上懸架最長的橋樑 - 電纜在兩座塔之間保持道路，沒有中間支撐。設置有許多固有的挑戰。它花費了3700萬美元當時;今天建造相同的結構將花費約十億美元。那麼，在過去的80年中，設計如何持續到？如果我們今天從頭開始，我們會做不同的事情嗎？
世界上最長的懸架橋
金門橋是一座懸架橋，這意味著它依賴於緊張的電纜和懸架以及壓縮的塔，以橫穿長距離，而無需任何中間支撐。道路甲板懸掛在垂直懸浮液中，這些垂直懸浮液連接到塔和錨點之間的兩條主要電纜。懸浮物將車輛力量和自權重轉移到固定在塔上並固定在堅實地面的支撐電纜上。
這這種類型的第一座橋可能將兩個懸崖連接起來，繩索越來越靈活地越過山谷或河流。幾百年前，這些繩索是由植物纖維製成的。鐵鍊後來來了。 1883年開業的紐約市布魯克林大橋是第一個使用鋼電纜的橋樑，然後使用鋼電纜。
這些塔可能從山谷的每一側都是簡單的岩石開始。最終，工程師使用了巨大的石頭或鋼墩。例如，金門橋的兩端由一個基台和兩座塔樓支撐，這兩個塔被放置在嵌入海底的地基上。
自1937年橋開放到交通以來，金門橋的兩條支撐電纜是唯一沒有更改的東西。每根電纜由27,572條鋼絲形成，鋼絲的厚度大約是鉛筆的厚度。施工人員幾乎掛了80,000英里的電纜從橋的一側到另一側。
幾乎不可能在沒有缺陷的一件工作中製造一根長長的厚電纜來完成這項工作。至關重要的是，如果一根大型電纜將橋樑抬起並發生了一些事情，那將會發生災難性的故障。依靠較小的電線意味著任何故障都會變慢，留出了轉移災難的時間。
自從人們第一次開始思考舊金山灣的一座橋樑以來，人們對該結構承受該地點強風，動蕩的水和可能的地震力的能力引起了人們的關注。舊金山位於兩個交叉口主動構造板- 顯然沒有人想看到地震降低了目前隨身攜帶的橋樑每天112,000輛。
為了避免這個問題，建築商還將減震器放在橋的兩端，以吸收來自風或地震力的能量。這些專門設計的振動阻尼器是由橡膠覆蓋的鉛芯製成的儀表直徑圓柱體。它們放置在戰略地點，吸收了可能導致橋樑倒塌的能量。
保持良好狀態
傳統的觀點將表明基礎設施項目在就職典禮後不久就完成了。但是，保持金門橋的尖端形式需要持續的嚴格維護。 80年，專用的維護人員在必要時，已經為橋服務，重新粉刷並替換腐蝕或破裂的組件。
這項工作必須按照嚴格的標準完成。例如，當連接所有各個橋樑的數千個螺栓中的任何一個需要更換時，同時將不超過兩個螺栓，以確保橋樑安全地抵抗強風或地震力。
也有結構性維護問題。由於時間和持續的溫度可變性，電纜和懸浮物會伸長或合同，並且需要定期檢查和續簽。這種類型的調整稱為“調整”，類似於音樂家如何保持弦樂器的聲音最佳。
如果我們今天建造它會發生什麼變化？
由於巨大保養費用，有些人建議以限制正在進行的維護和運營賬單的方式重建金門橋。擱置政治可行性，如果工程師今天要從頭開始建造它，工程師將如何設計橋樑？
隨著時間的流逝，研究人員開發了較輕的材料。使用纖維增強聚合物（FRP）而不是鋼或混凝土是減少這種大小結構重量的一種方法。這種自重通常負責使用其抵抗力的70％至80％ - 這是在失敗之前可以承受的最大載荷。通過減少它，橋的結構將需要更少的強度，從而使選擇更便宜，更輕鬆。
例如，設計師已經開始在西弗吉尼亞州的Market Street Bridge等橋樑中使用纖維增強複合材料（FRP）材料。 FRP使用塑料樹脂將玻璃或碳纖維結合在一起，從而賦予材料強度。 FRP的強度比混凝土輕四倍。
設計師可能是替代金門橋變化的第一個目標是電纜的組成。當前正在使用的鋼是腐蝕性，重量是新材料的重量四倍，並且在苛刻的水分和溫度環境中可能會失敗 - 就像它在此位置遇到的那樣。碳電纜更加惰性，並且已經在世界各地使用。
這些較輕的材料也可以用於橋樑的其他元素，例如交通道路。使用塑料複合甲板可以使金門橋的甲板自權重降低5倍。這將使工程師能夠設計和構建一個電纜固定的橋，而不是懸掛橋。優勢將有能力消除吊帶案。在電纜上方的橋樑中，電纜直接從甲板傳輸到塔。 CFRP電纜的第一座高速公路纜車橋是瑞士的鸛橋，於1996年開業。
電纜固定的橋的跨度可以比懸架橋更長，因此其支撐和岸之間的結構可能更簡單。同時，在第一次建造金門大橋時，還將建造靠近岸邊的塔樓，它將有助於減輕主要問題之一：在塔樓的塔樓基礎上工作非常困難且昂貴。
阻尼系統也可以通過新設計來解決。用於建造金門的鉛基於核心的阻尼器可以用更新的技術取代，這些技術能夠更好地抵抗風，交通和地震力。這種改進將確保諸如塔科馬（Tacoma）在塔科馬（Tacoma）上的故障（當橫向橫向炸毀橋時，扭曲和倒塌）將被阻止。
話雖如此，金門大橋仍然做得很好。即使採用其他可行和便宜的選擇，也沒有人真正努力取代裝飾藝術偶像及其世界著名的“國際橙色”油漆工作。密切監視金門橋，以確保由於交通，風和地震載荷而不會超過其應力限制。我們可以期待這項工程傑作至少80年。
霍塔·甘加拉，民用與環境工程教授，西弗吉尼亞大學和Maria Martinez de Lahidalga de Lorenzo，研究生研究助理，西弗吉尼亞大學
