全长62公里、双向六车道高速公路标准、主跨为世界首创的2×1080米三塔双跨钢箱梁悬索桥泰州长江大桥近日通车。我校承担了其中多项关键技术研究,其中包括桥梁设计、多塔连跨悬索结构原型设计、桥梁稳定、中间塔安全、抗震性能及结构体系优化、抗风性能的研究等,研究成果都已运用到大桥的建设上。
三项“最”,意味着数不清的难题
泰州长江大桥的设计、技术在国内外创下三项纪录:
泰州长江大桥是世界跨径最大的三塔悬索大桥。泰州大桥之前,世界上最大跨径的三塔悬索桥在日本,跨径为176米。泰州长江大桥建成后,主桥边塔与中塔之间1080米的跨径,将首次在世界上把三塔悬索桥塔跨径由百米一跃迈向千米。建筑设计方案由同济大学桥梁系陈艾荣团队完成。
大桥采用国内最大的水中沉井,基础沉井平面尺寸长约58米、宽44米,整个沉井基础将下沉到标高-70米的深度。
大桥首次采用“人”字形钢塔。由于三塔悬索桥用边、中、边三个主塔,中主塔将主桥划分成两个跨径,“人”字形钢塔解决了中塔刚度问题,为这类桥型提供一个可以操作的规范。
三项之最,包涵的就是数不清的困难和问题。比如大桥跨越的长江江面宽达2.3公里,河床呈浅W形断面,是一跨过江,还是三塔两跨悬索桥?投资、河床特点、河势变化、船舶撞险都要考虑;而采用斜拉桥桥型,引桥过多、过密的桥墩,将会影响两岸港口码头间船舶的航行,不利于两岸岸线的开发利用。“造桥有难题,得去找同济。”业内广为流传的话在泰州长江大桥上再次应验。
中间塔难题,交给同济
泰州长江大桥主缆从锚碇起经过一个边跨和一个主跨后才到达中间塔,主缆对中间塔塔顶的约束相对较弱。马如进副研究员牵头的“中间钢塔多尺度弹塑性稳定分析及安全评价”课题对泰州长江大桥中间钢塔的弹塑性稳定展开详尽的研究,获得了中间钢塔结构在多种荷载作用下的失稳形态及过程;首次利用多尺度方法,解决了大型钢塔结构稳定分析全尺度与局部细节尺度模拟差别悬殊的问题,揭示了构件局部失稳与整体失稳相互作用的关系;首次将随机车流模拟引入稳定分析,提出了实际状态下中塔的稳定安全概率评价方法,为桥梁结构稳定性分析提供了一种新的思路。
泰州长江大桥难建,最难是中塔。泰州长江大桥的中塔鞍座抗滑安全问题这块骨头落到了我校桥梁系陈艾荣教授身上。作为首座大跨三塔两跨悬索桥,中间塔的安全问题、抗滑评价与设计方法是三塔悬索桥结构体系安全的关键问题之一,目前的研究具有首创意义。陈艾荣团队结合工程的具体特点,开展了随机车流模拟、极值外推、性能设计等方面的研究,明确了中间塔鞍座与主缆的相互作用机理,提出了中塔鞍座与主缆间的抗滑安全性评价方法和参数指标,探索建立了多塔悬索桥中间塔鞍座的性能设计方法。
抗风抗震,同济担当
泰州长江大桥的主桥部分有近10公里处于风力强大的长江之中,如何保证三塔两跨悬索桥在狂风面前泰然自若?陈艾荣教授还牵头开展了大桥抗风性能及减振技术研究,提出了基于性能的设计方法并建议了涡激振动的控制措施,为中间钢塔的施工组织提供了依据;还首次系统地研究了三塔两跨悬索桥的成桥与施工阶段的颤振稳定性能,为大桥主梁架设工况组织安排提供了技术支撑。
泰州长江大桥的抗震性能研究,当然也是同济大学挑起大梁。李建中教授牵头的抗震研究首次以寿命期与性能的大型桥梁抗震设计理论,针对泰州长江公路大桥明确提出了4水平地震作用和相应的3级性能目标,对三塔两跨悬索桥的地震反应特性和合理抗震体系、大型沉井基础的抗震计算模型等进行系统研究,并对大桥的抗震合理体系给出了相关建议,已被泰州长江的施工阶段采用。
此外,陈艾荣教授还牵头承担了大桥的风险评估研究等。
“同济大学的研究成果很好地指导了大桥建设,让我们的设计、施工吃了定心丸。” 泰州长江公路大桥现场总指挥钟建驰如是说。
微信公众号
电子期刊
土木视界