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千米级斜拉桥技术标准和关键结构及特性研究

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登记号:G20175159

所属行业:科学研究和技术服务业

学科分类:环境科学技术及资源科学技术;

关键词: 斜拉桥 设计理论 千米级 结构特性

绿色分类:其它;

  • 基本信息
成果名称: 千米级斜拉桥技术标准和关键结构及特性研究
成果登记号: G20175159 学科分类: 环境科学技术及资源科学技术;
绿色分类: 其它; 项目关键词: 斜拉桥  设计理论  千米级  结构特性  
推荐单位:

成果所处阶段:
合作方式: 成果所属行业: 科学研究和技术服务业
国家/地区: 北京 知识产权: 其他
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“千米级斜拉桥技术标准和关键结构及特性研究(2006BAG04B01)”是国家科技支撑计划项目“苏通大桥建设关键技术研究(2006BAG04B00)”之课题一。课题依托苏通大桥工程,针对复杂建设条件和千米级斜拉桥的重大工程技术问题,开展了千米级斜拉桥技术标准和设计指南、千米级斜拉桥结构特性及体系、超长大直径群桩基础承载性能、千米级斜拉桥结构性能测试和试验、钢混组合索塔锚固结构等方面的研究。研究采用理论分析、数值模拟、模型试验、现场测试及反演分析等多种方法,取得多项研究成果。1、课题取得的主要研究成果和创新点:(1)基于寿命周期设计理论和性能设计方法创建了千米级斜拉桥设计理论与方法:首次建立了基于寿命与性能的大桥抗震设计理论;首次建立了斜拉桥基于性能的抗风设计方法;率先定义了极端作用(荷载),并建立了斜拉桥极端地震组合、拉索断裂、火灾、龙卷风等极端作用的设计方法和决策过程。(2)率先建立了车桥耦合振动分析确定汽车荷载动力放大系数的方法、随机车流模拟确定汽车荷载横向折减系数的方法、风—汽车—桥梁系统空间耦合分析确定大跨度桥梁安全行车风速标准的方法,研究了汽车荷载动力放大系数、车辆折减系数、安全行车风速等关键设计参数。(3)基于结构静动力受力性能,在国内外首次提出了具有额定行程的刚性限位和动力阻尼组合装置系统这一创新性的结构体系和参数,解决了千米级斜拉桥设计的技术瓶颈问题。(4)首次发现了千米级斜拉桥气动失稳的竖弯、侧弯和扭转的耦合形态,揭示了考虑非线性静风影响下的千米级斜拉桥静动力失稳过程及其机理。(5)基于几种典型跨径千米级斜拉桥,深入开展了结构非线性特性和计算方法的研究,系统比较分析了各项结构设计关键参数和主要作用对千米级斜拉桥力学行为的影响,提出了斜拉桥弹塑稳定性失效判定方法。明确了基于苏通大桥技术的斜拉桥跨径能力可提升至1500m左右。(6)通过考虑竖向承载力群桩效应的研究,改进了超长大直径群桩基础的设计理论,首次建立了超长大直径钻孔灌注桩群桩的承载力—位移协调的“等效墩”实用设计方法,揭示了考虑钢护筒效应和桩端后注浆的超长大直径钻孔灌注桩的承载机理。(7)在国内首次提出了内置钢锚箱组合索塔锚固结构,发展了其设计计算方法。(8)首次开展了大跨径斜拉桥实桥从施工至成桥多阶段、多状态的静动力性能综合测试,获取了苏通大桥实桥的结构静动力特性和参数,对设计计算进行了全面和详细的验证。(9)自主研发了千米级斜拉桥设计的核心技术分析工具:空间线性及非线性桥梁结构静动力分析软件Binas和基于大涡模拟方法的数值风洞软件LESFluid,填补了国内数值风洞分析软件的空白,提升了我国自主研发桥梁设计分析软件的水平,对于培育和提升我国桥梁专用软件核心研发能力起到了关键的推动作用。(10)综合集成大跨径斜拉桥的建设经验、苏通大桥工程实践和课题研究成果,基于寿命周期设计理论和基于性能的设计方法,编制了《千米级斜拉桥设计指南》,填补了千米级斜拉桥设计指南方面的空白。课题研究发展了桥梁的设计理论和方法,研发了具有自主知识产权的桥梁设计分析软件,编制了千米级斜拉桥设计指南,形成了千米级斜拉桥设计核心技术,体现了当代桥梁的最新设计理念和技术成果,支撑了苏通大桥工程的建设,并在后续多座大跨径桥梁建设和行业标准规范中得到了推广应用,明确了基于苏通大桥技术的斜拉桥跨径能力可提升至1500m左右,对于推动我国新一代桥梁技术发展具有重要的支撑作用,具有显著的社会、经济效益。2、课题实施取得的经济效益直接为依托工程—苏通大桥的建设服务。技术的突破使得斜拉桥成为可被采用的合理桥型,节约工程投资12.4亿元。苏通大桥的建设有助于缓解江苏省过江公路交通的巨大压力,合理平衡江苏省过江流量格局,其建设带来的间接经济效益折算到大桥建成通车后20年将累计达到862亿元。课题研究形成的应用软件能够满足类似大型工程建设要求,可以得到大量推广应用,能够市场化与产业化。3、课题产生的社会效益研究成果为千米级斜拉桥的建设提供了技术支撑,使千米级跨度的斜拉桥在经济性能上也具有同样的竞争力。课题研究发展的桥梁设计理论和方法、研发的具有自主知识产权的桥梁设计分析软件、编制的千米级斜拉桥设计指南,形成了千米级斜拉桥设计核心技术。这将为该类型大桥建设提供技术保障,使我国成为斜拉桥建设技术强国,提高我国大跨径桥梁技术的国际竞争力。课题研究成果对同类千米级斜拉桥的建设具有重要的参考价值和指导作用,将使千米级斜拉桥技术逐步走向标准化,大大减少今后类似工程的重复研究工作。目前,课题研究成果已广泛应用于鄂东长江大桥、上海长江大桥、宁波象山港大桥、舟山连岛工程金塘跨海大桥、印尼Surmardo跨海大桥等多座特大桥梁工程,形成的专有技术具有广阔的产业化前景。依托工程苏通大桥的建设可促进我国沿海经济带的发展,加强以北京为中心的京津塘地区和以上海为中心的长江三角洲地区的联系;有助于消除苏南、苏北的经济发展差别,建设和谐社会,具有重大社会效益。
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