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  大跨、高墩桥梁抗震设计关键技术  
  日期:2010-04-20    来源:  
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——2009年国家科学技术进步奖一等奖

 

  地震发生后什么最关键?答案是桥平路畅。30多年来,同济大学专家开拓研发大跨、高墩桥梁抗震设计关键技术,给大桥扣上抗震安全带。该项目获2009年度国家科技进步奖一等奖。

  一个做了30年的项目

  近几十年,全球发生了多起破坏性特别大的地震(如我国唐山、汶川地震),历次地震灾害的共同特点是:由于道路和桥梁工程遭到严重破坏,切断了震区交通生命线,造成救灾工作的巨大困难,带来巨大的生命和经济损失。历次大地震一再显示了桥梁工程破坏的严重后果,也一再表明了桥梁抗震研究的重要性。

  据该项目负责人之一范立础院士介绍,1976年唐山大地震后,他的老师、当时的同济大学李国豪院士给他布置了一个课题:研究桥梁抗震技术。没想到,这个课题研究花去了30多年的时间。

  从上世纪70年代开始,同济大学桥梁抗震课题组率先在国内开展桥梁震害、桥梁抗震设计理论研究,建立了我国大跨桥梁及梁式桥空间非线性抗地震理论及计算方法、城市复杂立交工程结构抗震理论与方法;20世纪90年代,结合南浦大桥、杨浦大桥等一批国家重大工程的建设,建立了两水平设防、两阶段设计的大跨度桥梁抗震设计方法与技术;进入21世纪后,在交通部西部科技项目基于寿命期与性能的大跨径桥梁抗震设计理论西部地区公路桥梁延性抗震机理与高墩抗震设计方法、减震措施研究等的资助下,结合我国大跨度桥梁和高墩桥梁的大规模建设,项目组在大跨度桥梁(斜拉桥、悬索桥、拱桥)和高墩桥梁抗震和减震技术方面开展创新研究,解决了我国大跨、高墩桥梁抗震和减震关键技术,为我国跨越大江大河、海湾海峡等的特大跨度桥梁和山区高墩桥梁的建设提供了抗震技术支撑。

上海长江大桥塔梁之间安装的阻尼器

开发的双曲面球型减隔震支座

  不同结构 不同防震理念

  项目围绕大跨度桥梁和高墩桥梁,开展抗震设计关键技术研究,形成了具有创新性的成果,对跨越江海和山谷特大桥梁的抗震设计具有重大应用和推广价值。主要创新成果有:

  20世纪90年代,结合南浦大桥、杨浦大桥等一批国家重大工程的建设,建立了两水平设防、两阶段设计的大跨度桥梁抗震设计方法;近八年来,在总结了50多座大跨度桥梁抗震研究成果的基础上,进一步提出了基于寿命期与性能的大跨度桥梁抗震设计方法,完善了大跨度桥梁抗震设计理论与方法。

  大跨度桥梁结构复杂、构件多,而各构件的重要性、可修性、可换性和可检性各不相同。以大跨度斜拉桥为例:桥塔和基础是非常重要构件,一旦在地震中遭受损伤或破坏,不但难以检查修复,更无法更换;边墩、辅助墩等构件,只要控制其地震损伤程度,震后可以修复;支座、伸缩缝和一些连接装置在震后则可以更换。在大跨度桥梁的寿命期内,通常破坏性地震发生的概率非常小,要求结构所有构件都能抵御这种极端的地震而不发生损伤,既不经济又不现实。

  基于寿命期与性能的大跨度桥梁抗震设计方法,是基于工程寿命期内结构各构件的重要性、可修性、可换性、可检性和地震破坏后的修复(抢修)难易程度而对不同构件采取不同抗震设防水平和性能要求的抗震设计方法与技术。

  项目首次对大跨桥梁高桩承台基础的抗震设计进行了系统研究,建立了实用计算模型,揭示了承台质量、冲刷效应等对大跨桩基桥梁地震反应的影响规律,提出了高桩承台基础的抗震验算指标体系,集成了高桩承台基础的抗震设计技术。

  这项研究还结合东海大桥、苏通长江大桥、武汉天兴洲公铁两用大桥等十多座国家重大桥梁工程的抗震研究,提出塔梁间采用非线性粘滞阻尼器连接的结构体系和减震技术,研究成果提升了我国大跨度桥梁的减震技术水平。

  项目还首次研究了高墩在地震下的损伤、破坏过程,提出了高墩抗震设计对策以及合理分配山区典型高、低墩桥梁纵、横向地震力的措施与方法;基于场地土层二维模型,对多联超长连续梁桥进行了多点激振效应分析,揭示了多点激振对超长多跨连续梁桥地震反应的影响规律。

  项目研究团队还开发研制了大吨位全钢双曲面球型减隔震支座,填补了我国大吨位减隔震支座空白。该产品目前已产业化,最大竖向承载能力已达8000吨,为国内最大减隔震支座。 

  花小钱 防大患

  如果不是太花钱,各类桥梁特别是城市路桥,还是应该加强防震设计。范立础说,大跨、高墩桥梁抗震设计关键技术中,有多项创新技术就是花小钱,防大患

  上个世纪90年代,上海南浦大桥和杨浦大桥两座大桥在黄浦江上崛起,当时,这个科研团队就提出在大桥的边墩安装了防震拉索。此前,国家重点工程——四川雅泸高速公路上的30余座桥梁应用了弹性抗震挡块,历经汶川地震完好无损。

  同时,项目开发研制出的大吨位双曲面全钢减隔震支座,最大竖向承载能力达8000吨,突破了我国大型桥梁减隔震技术的应用瓶颈。20086月通车的苏通长江大桥跨径1088米,是世界跨径最大的斜拉桥,其5000米长的引桥共105个桥墩,应用支座400多套,直接节约工程造价约3.9亿元。

  据统计,我国正在建设400米以上大跨度桥梁为23座,本项目研究成果直接应用于16座,占70%。成果已被国家行业标准《公路桥梁抗震设计细则》采用,并分别应用于世界最大跨度拱桥——上海卢浦大桥、国内第一座跨海大桥——东海大桥、世界最大跨度双层斜拉桥——武汉天兴洲公铁两用大桥等30余座国家重大桥梁工程中,解决了我国重大桥梁抗震设计的关键技术难题,取得了重大的社会和经济效益。

 

(转自2010年1月15日《中国交通报》) 

  
 
 
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