新技術(shù)研究課題總負責人：課題承擔單位：項目簡介

由江澤民總書記題寫橋名的xx大橋主橋是一座特大跨徑的三塔斜拉橋，屬國內(nèi)首創(chuàng)；主橋跨徑組合為130m+2×310m+130m，其結(jié)構(gòu)型式新穎，技術(shù)復雜，規(guī)模宏大。課題組經(jīng)過大量的理論分析、試驗研究及相關(guān)測試，形成了多塔斜拉橋設(shè)計施工成套技術(shù)。課題成果通過在xx大橋的實際應(yīng)用，創(chuàng)造性地解決了xx大橋多塔斜拉橋一系列的技術(shù)難題，使用先進的設(shè)計施工手段降低了成本，提高了工作效率，確保了大橋施工過程的安全和整體質(zhì)量。多塔斜拉橋基本性能研究；施工工藝及C60高性能砼技術(shù)研究；強迫振動法測顫振導數(shù)；斜拉索風雨振動控制研究；預(yù)應(yīng)力砼空心索塔試驗研究。主要研究內(nèi)容

1．合理橋型布置方案研究

采用三塔斜拉橋這種結(jié)構(gòu)形式，首要問題是必須找到提高結(jié)構(gòu)整體剛度的技術(shù)措施和方法。為滿足橋梁美觀及通航泄洪的特殊要求，該橋摒棄了采取空間剛性塔、塔頂對拉索、斜索交叉布置或邊跨加輔助墩等傳統(tǒng)的措施來提高結(jié)構(gòu)整體剛度，而是研究采用了一套經(jīng)濟有效的提高結(jié)構(gòu)整體剛度的技術(shù)措施。（一）多塔斜拉橋基本性能研究

a.減小背索索距；

b.加大背索截面面積；

c.在中跨跨中及邊跨梁端加壓重；

d.適當增加中塔和主梁的剛度。

1．合理橋型布置方案研究

（一）多塔斜拉橋基本性能研究

由于采取了以上措施，雖然斜索用鋼量及混凝土數(shù)量略有增加，但總的造價增加最少，而結(jié)構(gòu)的整體剛度提高了30%左右，取得了滿意的效果。

xx大橋三塔斜拉橋計算網(wǎng)格圖

（尺寸單位：m）課題組通過深入細致的研究，提出了三塔PC斜拉橋合理成橋狀態(tài)確定的最優(yōu)化方法以及合理施工狀態(tài)確定的正裝迭代法，取得了如下創(chuàng)新性成果：（一）多塔斜拉橋基本性能研究

2．合理設(shè)計狀態(tài)確定研究

課題組提出用“應(yīng)力平衡法”來確定主梁的成橋恒載彎矩這一設(shè)計關(guān)鍵，并據(jù)此可確定主梁的合理預(yù)加力。提出了主梁恒載彎矩合理域和可行域的概念。該可行域即可作為斜拉橋合理成橋狀態(tài)確定時的主梁恒載彎矩的控制范圍a.確定合理成橋狀態(tài)的最優(yōu)化方法初擬結(jié)構(gòu)尺寸→用最小彎曲能量法初定成橋狀態(tài)→索力調(diào)勻→計算主梁活載應(yīng)力包絡(luò)圖→預(yù)應(yīng)力設(shè)計→主梁成橋恒載彎矩可行域→主梁彎矩調(diào)整→成橋狀態(tài)檢驗。

如果一個設(shè)計已完成，可用該方法對預(yù)應(yīng)力的合理性以及主梁成橋恒載彎矩的可行性進行檢驗。基本計算步驟：a.確定合理成橋狀態(tài)的最優(yōu)化方法合理施工狀態(tài)的確定通常有倒拆法、正裝-倒拆迭代法和無應(yīng)力狀態(tài)控制法，這些方法都不同程度上存在不閉合問題，即根據(jù)所得到的施工狀態(tài)控制參數(shù)進行正裝計算時，與合理成橋狀態(tài)不一致。課題組提出的正裝迭代法克服了以上方法的致命弱點，具有以下特點：b.確定合理施工狀態(tài)的正裝迭代法1)只需作正裝計算，大大簡化了計算過程；

2)基本克服了不閉合問題；

3)可考慮非線性影響；

4)第一次正裝計算的張拉索力選取靈活性

很大，易于應(yīng)用；

5)正裝迭代后得到的成橋狀態(tài)具有可調(diào)性。b.確定合理施工狀態(tài)的正裝迭代法為了研究多塔斜拉橋的基本性能，同時驗證靜、動力理論分析結(jié)果正確性，課題組進行了三塔斜拉橋全橋模型試驗。模型橋全長29.333m。主梁和橋塔均采用分段整體鑄造后拼裝而成。本試驗標志著我國橋梁結(jié)構(gòu)試驗進入超大規(guī)模時代。

（一）多塔斜拉橋基本性能研究

3．全橋模型試驗?zāi)Ｐ腿皥D為克服惡劣自然條件的影響，實現(xiàn)設(shè)計提出的高標準要求，優(yōu)質(zhì)安全高效地建成這一宏偉工程，課題組在總結(jié)傳統(tǒng)的施工工藝的基礎(chǔ)上，提出并采用了深水高樁鉆孔施工平臺、大型水下鋼套箱承臺施工、帶空間轉(zhuǎn)動錨座及鋼結(jié)構(gòu)水平止推裝置的前支點掛籃等一系列的新工藝。（二）施工工藝及C60高性能砼技術(shù)研究1．施工工藝創(chuàng)新研究

解決了平臺在高洪水位，高流速的沖擊和覆蓋層完全被沖刷情況下自身的穩(wěn)定性問題，對洪水作用機理進行了空間分析。a.深水高樁鉆孔施工平臺的設(shè)計與應(yīng)用

由于考慮周密，三個工作平臺順利地度過了97及98年兩個超歷史洪水位的考驗，使樁基施工在整個洪水期間正常進行，確保了大橋的控制工期。創(chuàng)造了特大洪水期間基礎(chǔ)工程照常施工的奇跡。深水高樁鉆孔施工平臺b.首創(chuàng)大型水下套箱施工主墩承臺xx大橋主墩承臺采用的大型鋼套箱施工，在國內(nèi)尚屬首次。施工設(shè)計工藝先進，降低成本約400萬元。承臺施工期間由于xx水位高，施工需在水位線下進行，如按常規(guī)套箱著床施工，需耗費大量鋼材以及大量的封底材料，成本很高又不利于航道泄洪要求，課題組研究采取了大型水下鋼套箱施工承臺的方案。c.前支點掛籃的工藝革新課題組對傳統(tǒng)掛籃進行了創(chuàng)造性的工藝改進，以適用施工的特殊要求。開發(fā)了空間索轉(zhuǎn)動錨座和預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)水平止推裝置，使懸澆掛藍能嚴格控制空間索的三維坐標，并抵抗斜拉索產(chǎn)生的強大水平分力。空間索轉(zhuǎn)動錨座（二）施工工藝及C60高性能砼技術(shù)研究2．C60高性能砼技術(shù)研究目前國內(nèi)將高強砼應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)上還很少見，將C60高強砼應(yīng)用于本橋這樣一座規(guī)模宏大的斜拉橋上，在國內(nèi)尚屬首次。經(jīng)過100多次反復試配和多次正交試驗，并通過多次現(xiàn)場模擬試驗，終于在較短的時間內(nèi)將C60砼配比如期提供施工，并較好的解決了C60砼早期收縮開裂等關(guān)鍵技術(shù)問題。C60漆砼配比探及性能患表水泥(kg/m3)水(kg/m3)硅灰(kg/m3)外摻劑(kg/m3)砂(kg/m3)碎石(kg/m3)坍落度(kg/m3)擴展度(kg/m3)R3MPaR7MPaR28MPa460165406.0777107321048052.566.178.52．C6彩0高性能斯砼技術(shù)研烘究由于有督了科學拖的配比瓶和先進跨的生產(chǎn)熟工藝，駛主梁C60砼咬施工進槽展相當幣順利，匪創(chuàng)造了甲中國橋世梁建設(shè)光史上采帳用C60高番強高性鐮能砼的塌施工先劇例，同坐時，也復為今后汽推廣采得用高強游高性能營砼積累濕了許多放經(jīng)驗。2．C丟60高噸性能砼豈技術(shù)研凈究顫振導單數(shù)是評厭定橋梁偽抗風穩(wěn)遠定性的擺重要參持數(shù)，我粉國以前扮只能用咸自由振好動法測跨定顫振艦導數(shù)。逃為確保遍xx大足橋在施滲工和運坊營階段階的抗風菜安全，笑課題組進在國內(nèi)再最先實禍現(xiàn)了采飛用強迫怪振動法鍛測量顫轉(zhuǎn)振導數(shù)鎮(zhèn)，進行捉了大量鼻的節(jié)段唇模型風吧洞試驗衰。試驗表明吼：強迫振動扛法具有試猶驗數(shù)據(jù)重泛復性好、朱測定折減傍風速范圍每寬、無需礙復雜的系驢統(tǒng)識別過換程即可得卻到交叉導堤數(shù)項等一拐系列優(yōu)點慢。（三）帝強迫振站動法測熄顫振導碑數(shù)同濟大怎學xx誰院士專洗程來長屬沙考察動強迫振徹動法強迫振動吸法風洞試局驗試驗證明哭：xx大額橋的臨界侵顫振風速衣大大高于炒橋址處檢質(zhì)驗風速，臉表明xx估大橋具有俯足夠的抗鈴風穩(wěn)定性購。xx大由橋由于伙其特殊顆的地理龍、氣候崖條件，炕自20鹽00年崗10月叔建成通勻車后，萄于20首01年菜4月9嚇日、5囑月26陡日，接丈連發(fā)生績了多次成風雨振此。課題規(guī)組與香公港理工極大學合害作對x伯x大橋哨風雨振蝦現(xiàn)象進勇行了現(xiàn)屑場觀測溝，得到炮了風雨零振的振災(zāi)動形態(tài)懷。并對忘采用磁立流變智蔽能阻尼匆器控制恰拉索風捧雨振問臉題進行企了深入茫研究。喪研究表澇明，磁筒流變阻娛尼器對蜂風雨振請具有很交好的減另振效果掛。xx吧大橋目湯前已全下橋安裝岡該阻尼膜器，這位是世界等上首座訊應(yīng)用磁賺流變智義能阻尼恭器控制幻玉拉索振音動的橋番梁。（四）脾斜拉索苗風雨振參動控制鋤研究為了評估斥磁流變阻北尼器對拉靈索振動控求制的效果墨，在xx東大橋選擇很三根拉索送進行了振漸動控制試岡驗。試驗奪布置如下滑圖。試驗院采用了具徑有國際先喇進水平的職穩(wěn)態(tài)激振鎖法，并開眉發(fā)了專用校模態(tài)參數(shù)患識別方法穿。磁流變捕(MR餐)阻尼窩器振動置控制試傍驗研究不同電壓綁下的A11索前三階敢等效模態(tài)見阻尼比拉索系統(tǒng)擔的各階模票態(tài)阻尼比矛均存在一缸個優(yōu)化電徒壓值，安苦裝阻尼器癢后拉索系緊統(tǒng)模態(tài)阻加尼比增大群了3～6巖倍。試驗結(jié)孝果為了測量獻風雨振時取拉索的振赴動形態(tài)和卸阻尼器的礎(chǔ)實際減振懶效果，選唯擇A10漂、A1敢1、A凱12三根拉索倘建立風雨瓶振觀測系弓統(tǒng)，其中A11索安裝粥了磁流硬變阻尼韻器。觀測系摸統(tǒng)磁流變征阻尼器繞減振效煉果對照衫錄像資執(zhí)料安裝了磁私流變阻尼殖器的拉索未安裝磁流變阻尼器的拉索(a)面內(nèi)響應(yīng)赴(b)面外響增應(yīng)風雨振嶼時測到廢的A1筆0索（疤無阻尼泄器）與曬A11糖索（有松阻尼器擔）加速襪度響應(yīng)忘對比，逆結(jié)果顯盞示有阻迎尼器的醒拉索加礦速度響維應(yīng)減小倍了20曉-30賞倍全橋安言裝的磁剩流變阻松尼器減偵振系統(tǒng)對典型索法塔結(jié)構(gòu)進芝行空間有限元分拾析，根據(jù)命計算結(jié)果肅，提出4種可能的千預(yù)應(yīng)力配乎束方案。在摩確保安促全的前奪提下，以塔內(nèi)異受力均診勻、節(jié)吃約預(yù)應(yīng)細力筋及錨具津的數(shù)量、款方便施工森為目標，蔽對預(yù)應(yīng)漠力的優(yōu)呼化布束購方式進行努理論分帆析，提竟出最終嗽的預(yù)應(yīng)力襖布束方張式，并奴通過典香型索塔足率尺節(jié)段膜模型加角載試驗久進行驗證應(yīng)。（五）旋索塔優(yōu)械化布束鍬及模型幟試驗研挽究索塔節(jié)段把模型試驗蜓實景照片1.對拴三塔PC鑄斜拉橋的啞基本性能辰進行了系致統(tǒng)研究，勉探索出了固一整套提榮高結(jié)構(gòu)整熟體剛度、己降低尾索俗應(yīng)力幅的棗有效方法礎(chǔ)，在國內(nèi)塘率先實現(xiàn)抱了不設(shè)穩(wěn)狗定索和輔寺助墩的全強漂浮體系惜三塔PC絹斜拉橋結(jié)稈構(gòu)；敗2框.提出殲了三塔P察C斜拉橋麻合理施工棵狀態(tài)確定挖的正裝迭蘇代法，提淚高了計算鉆速度與施威工控制精呢度，合攏吩高程誤差庭僅3毫米傅。谷3.慰在國內(nèi)頌最先實現(xiàn)窮了顫振導虛數(shù)測度的睛強迫振動較法，能一琴次測出全憤部8個顫頌振導數(shù)，跑且精度高釘、重復性工好。發(fā)現(xiàn)發(fā)明及創(chuàng)新點社會經(jīng)濟皆效益課題研榮究創(chuàng)造微性地解州決了多粥塔斜拉麻橋設(shè)計歪施工過鴨程中的袖諸多技趴術(shù)難題債，為今撞后修訂所斜拉橋繳規(guī)范提糧供了依擔據(jù)。課即題研究嘗確保了權(quán)大橋施守工安全收、合攏梅順利，游成橋內(nèi)側(cè)力分布拘合理，