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港珠澳大桥今天正式通车运营 同济大学研究团队的抗风成果

本报上海10月24日 举世瞩目的港珠澳大桥今天正式通车运营。前不久台风“山竹”正面袭击珠三角时,大桥安然无恙,经受住了飓风的考验。这里凝结着同济大学研究团队的抗风成果。

在港珠澳大桥的设计建造过程中,同济大学多个研究团队深度参与,破解诸多技术难题,为人工岛建设、沉管隧道接合与抗震、通航孔桥抗风等贡献智慧,确保了大桥的顺利建成并通车运营。

港珠澳大桥今天正式通车运营 同济大学研究团队的抗风成果

港珠澳大桥采用隧桥模式,隧桥转换需要在大海中建设人工岛,采用的方式为先打桩、用挤密砂桩圈起围堰,抽干水然后再筑岛。如何解决软弱海底地基的稳定和沉降问题?同济大学土木工程学院马险峰博士开展“外海厚软基桥隧转换人工岛设计与施工关键技术”研究,其成果支撑了挤密砂桩设计中若干难题的解决。

港珠澳大桥隧道沉管每节重达8万吨,在海底万一没接好怎么办?遇到地震会不会扭曲变形?同济大学土木工程学院袁勇教授团队开展多点非一致地震激励下超长沉管隧道地震响应快速分析方法、沉管隧道减震控制技术等一系列研究,拿出了可确保大桥承受8度设防烈度地震的抗震方案。

港珠澳大桥有三个大跨度通航孔桥,在风高浪急的伶仃洋上,桥梁如何抗风是个大问题。同济大学研究团队给出了方案。以青州航道桥为例,研究人员采用主梁小、大比例节段模型测振风洞试验,主梁、桥塔节段模型测力风洞试验,桥塔自立状态气弹模型、全桥气弹模型风洞试验的方法进行抗风研究。桥塔试验表明,即使在风速65米每秒的风中,桥塔也未出现自激和发散性的驰振现象。

在港珠澳大桥拱北隧道建设过程中,面对土层软弱、富含地下水、距离地面仅5米的不利情况,同济大学胡向东教授与各方专家一起探索研究,最终敲定管幕冻结法。管幕是围绕隧道四周、沿隧道全长布置的大型钢管,保护隧道施工安全;冻结是把钢管之间及周围土体冻结成冻土,形成止水帷幕。这样,拱北隧道暗挖段成为一个大“冰桶”,有效避免了施工时漏水和地面塌陷。

当初荷兰一家世界著名隧道沉管公司曾要价1.5亿欧元相当于15亿元人民币,提供巨大沉管的深水安装技术咨询。中方决定找自己的专家解决,同济大学接下了这项任务,承担港珠澳大桥设计文件的复核、审查,圆满完成了相应的关键技术科研任务。

西南交大:助大桥稳稳“扎根”海床

本报成都10月24日讯(记者 倪秀 通讯员 陈姝君)今天上午,港珠澳大桥正式通车。在这个伟大工程建成通车的背后,有着号称西南交通大学“梦之队”倾注的心血,他们攻坚克难,敢啃硬骨头,展现了西南交大土木工程学院的强悍实力。

港珠澳大桥采用正交异型桥面板钢箱梁,这种结构形式轻质高强、施工速度快,但是它的板件构件及受力特性复杂,最大的问题是疲劳。疲劳导致的裂缝成为国内外钢桥行业共同的难题。西南交通大学土木工程学院卜一之、张清华教授参与国家科技支撑计划项目——港珠澳大桥跨海集群工程建设关键技术研究与示范,通过艰苦研究,团队攻克了疲劳的难题,助力港珠澳大桥保证120年的寿命,并为大桥钢梁架设技术提出了有益建议。

西南交大土木学院马建林教授团队主持了港珠澳大桥主体工程桥梁工程施工图设计大直径钢管复合桩试验专题研究,助力港珠澳大桥稳稳“扎根”海床。现场调研、资料收集、室内外试验、理论计算、数值模拟……团队不断探讨复杂受力条件下钢管复合桩的受力机理与协同工作性能,解答了深海条件下钢管复合深长桩基础的相关计算理论和设计方法等关键技术,研究成果对于港珠澳大桥大直径钢管复合桩基础工程建设具有重要的指导意义。

港珠澳大桥共有3个跨度通航孔桥和长距离的钢箱梁非通航孔桥,这些桥体如何能经受住猛烈的台风呢?西南交大土木学院廖海黎、李明水教授团队承担了港珠澳大桥所有通航孔桥和钢箱梁非通航孔桥的抗风性能研究工作。有关大桥模型在西南交大犀浦校区的XNJD-3风洞这一目前世界最大的边界层风洞里进行了反复试验,最终,团队为港珠澳大桥的抗风设计和风致振动抑制措施提供了科学依据。

此外,西南交大地球科学与环境工程学院测绘遥感信息系退休教授许提多曾受聘为港珠澳大桥工程测量特聘专家,他制定了港珠澳大桥测量控制总体方案并具体参与和指导实施;参与制定港珠澳大桥工程测量规程和规范;对桥梁、海底沉管隧道、人工岛等工程测量方案提出合理化建议,并审核最终的具体施工测量方案,等等。

天津大学:技术支撑桥隧连接人工岛

本报天津10月24日讯(记者 陈欣然)举世瞩目的港珠澳大桥今天正式开通运营。记者从天津大学了解到,该校师生校友多人次参与到港珠澳大桥的设计、建设施工中,贡献了“天大智慧”。

港珠澳大桥建设的主体工程包括跨海桥梁、海底隧道和桥隧连接人工岛,其中桥隧连接人工岛是港珠澳大桥建设的关键工程之一。天津大学王元战教授课题组承担了港珠澳大桥建设工程桥隧连接人工岛沉入式钢圆筒结构的稳定性及渗流分析工作,解决了波浪作用下软土强度弱化、沉入式大圆筒结构破坏过程模拟等科学技术问题,对各种荷载工况下桥隧连接人工岛沉入式钢圆筒结构稳定性和渗流进行了计算分析,为完善人工岛设计提供了技术支撑。

港珠澳大桥的海底隧道段由33节沉管组成,每节沉管的重量接近8万吨,相当于一艘中型航母的重量,造价达上亿元。沉管在深水坞预制好后,需通过缆绳与安装船相连,在合适的波流施工窗口由安装船拖带浮运并下沉到施工地点,沉管的安全浮运和沉放是整个工程安全施工的关键。为了协助设计施工单位解决这一问题,天津大学建筑工程学院肖忠副教授首次建立了安装船、沉管、缆绳和水体系统1∶1的三维精细有限元仿真模型,并在计算模型中考虑了水体的黏性和紊流特性及安装船、沉管、缆绳和水体相互间的耦合作用。为了使仿真模型能够更好地服务于实际工程,课题组赴工程现场对沉管最终的浮运系泊方案进行了现场考察,并针对系泊危险工况进行了数值仿真,为保证沉管结构在浮运及沉放过程中的安全施工提供了指导。该项目研究成果可为后续的类似工程提供理论指导,经济效益显著。

港珠澳大桥的桥墩采用陆上分节预制,水上拼接安装的施工工艺。单个预制件最大重量达3510吨,高度超过22米。利用半潜驳船将预制好的桥墩运输至施工海域。桥墩浮拖跨距长,海况复杂恶劣,且桥墩属于高耸结构,驳运系统整体的重心较高,拖运过程中在风浪作用下半潜驳船和桥墩联合体的运动响应明显,支撑桥墩的台车车轮承受巨大荷载。为确保浮拖过程中半潜船及桥墩的安全,天津大学建筑工程学院别社安教授团队对整个驳运系统进行了水动力性能计算、桥墩的拖航稳定性分析,在此基础上提出了桥墩在运输驳船上的加固稳定方案,保证了桥墩的安全运输。

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