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WTC2024论坛报告分享(二)| 第六届桥梁发展论坛—王昌将:多塔悬索桥如何突破“三塔变N塔”?
作者:文/《中国公路》杂志社记者 杨心壤 来源:中国公路网 时间:2024-07-02

跨越宽阔水域开展桥梁建设,是全球桥梁工程人共同面临的挑战。在众多桥型中,悬索桥因其跨越能力最强,可有效减少水中桥墩数量,在宽阔水域具有显著优势,但受材料性能、抗风稳定性、施工风险、造价等多种因素制约,悬索桥单一跨径增长存在极限。

能否像架设高压线缆一样,架设连续多跨的悬索桥?

事实上,国内外早已提出多个多塔悬索桥方案,并被公认为实现超长距离跨越的最佳方式,如希腊里昂大桥、法国米约大桥,以及我国的湖南赤石大桥、贵州平塘大桥等。相比于单主跨悬索桥,多塔悬索桥通过分跨减小跨径,缩小主缆规模,减小锚碇规模,经济优势显著;相比于多塔斜拉桥,多塔悬索桥的抗震性能更优,可通过分联解决温度应力问题,实现无限联长。但截至目前,大跨径多塔连跨悬索桥建设却依然是以三塔为主。

原因何在?

在6月27日举办的第八届(2024)世界交通运输大会主题论坛——第六届桥梁发展论坛上,浙江数智交院科技股份有限公司党委委员、副总经理王昌将在报告中指出,制约多塔悬索桥突破跨数限制的最主要的问题在于“中塔效应”。中塔刚度小,则整体刚度不足,抗风稳定性差;中塔刚度大,则索鞍两侧缆力差大,缆鞍滑移风险高。

如何使多塔悬索桥从三塔突破到N塔?王昌将认为,无论采取共用锚碇方案,还是柔性中塔方案,一是可能面临施工困难、造价高昂,对航运、水利产生不利影响;二是可能受到海洋环境下风力的制约。所以,要从根本上解决“中塔效应”,就必须提高中塔刚度与缆鞍抗滑能力,就此,王昌将提出“刚性中塔+高摩擦型索鞍”的N塔悬索桥方案。

方案在缆鞍抗滑试验中,基于组拼式索鞍试验装置,对3种不同的索鞍构造共开展了142组缆鞍抗滑试验;在主缆侧向力试验中,研发出组拼式索鞍装置,并开展索鞍内主缆侧向力测试试验;在缆鞍抗滑试验中,发现索股级滑移规律,进而提出主缆分层滑移分析模型,建立钢丝级缆-鞍抗滑承载力计算理论。

该方案的一大发明是设置竖向摩擦板的高摩擦型索鞍。针对全竖向摩擦板索鞍的制造难点,浙江数智交院科技股份有限公司研发了具有智能定位、自动识别、全自动焊接功能的窄间隙焊接机器人,可将整体焊接变形量控制在设计要求的±1毫米精度范围;为解决焊缝探伤难题,研发了适用于索鞍整体摩擦板窄深空间熔透焊缝的超声相控阵探伤检测技术;面对深槽索股入鞍难题,研发了世界首台深槽索股入鞍专用机器人及质量测控系统,将施工效率提升了30%,将现场工人数量及劳动强度降低了50%。

刚性中塔可提高桥梁整体刚度及抗风稳定性,助力多塔悬索桥从三塔有效扩展到N塔,提高桥梁结构耐久性和行车舒适性。那么,中塔刚度是不是越大越好?如何设计合理的中塔刚度?王昌将基于算法分析与规律总结认为,刚性中塔是实现活载锚碇的唯一途径,并提出活载锚碇设计方法,为多塔悬索桥刚度设计提供了极为简便的方法。目前,相关成果已在瓯江北口大桥成功应用,为今后实现无限连跨多塔悬索桥奠定了坚实的理论和实践基础。

【编辑: 任 燕】

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