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“基建狂魔”上新!一座桥拿下三项世界之最
2020-09-18 07:35:14 来源: 科技日报
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  图为正在进行主塔封顶作业的泉州湾高铁跨海大桥。受访者供图

  福厦高铁泉州湾大桥全长20.3公里,主跨400米,是国内外首座高铁跨海大桥;设计行车时速达350公里,为世界最高;是全球首座采用免涂装耐候钢大型跨海工程。

  9月15日,世界桥梁领域又一里程碑式工程——福(州)至厦(门)高速铁路泉州湾大桥主塔正式封顶。

  “福厦高铁泉州湾大桥全长20.3公里,主跨400米,设计建设面临多项技术挑战。大桥主塔封顶,标志着我国桥梁建设开启了世界高速铁路跨海时代?!敝泄ǖ谒目辈焐杓圃杭庞邢薰荆ㄒ韵录虺铺脑海└O酶咛萃蹇绾4笄派杓聘涸鹑嗽谆?。

  福厦高铁泉州湾跨海大桥是国内外首座高速铁路跨海斜拉桥;设计行车时速超过300公里,为世界最高、世界第四长跨海铁路大桥,也是全球首座主塔采用免涂装耐候钢的大型跨海工程。

  高速抗风行驶,同样做到硬币不倒

  泉州湾大桥是福厦高铁关键控制性工程,大桥跨越泉州湾中部海域,为世界首座高速铁路跨海大桥。

  “跨海高铁大桥,设计最关键是抗风以及保持高速行驶,否则桥梁会因风产生严重的横向晃动和上下震幅(涡震)现象?!痹谆?。

  地理气象信息显示,泉州湾位于沿海高风速带,风速大,风况复杂,全年6级及以上风力天数达91天。

  为保证桥梁在大风中稳固,保持动车高速运行的连续性,铁四院技术团队在设计中采用了大量新结构和新技术,达到在不设风屏障等防风措施下,动车在8级大风下以时速350公里速度行驶不限速,11级暴风下不封闭交通。

  由于泉州湾航运繁忙,跨越主航道必须加大主跨?!巴ê娇字髑派杓撇捎弥骺?00米双塔钢—混组合梁斜拉桥,两侧深水区引桥总长约4.3公里、采用3—70米无支座整体式刚构桥,为国内外铁路斜拉桥首次?!痹谆?。

  为解决强风环境下长大跨海大桥通行高速铁路列车的技术难题,铁四院还对桥梁主塔造型进行了创新设计。

  “主梁采用流线箱形结构,并附加导流板、减振栏杆、拉索电涡流阻尼器等有效气动措施?!痹谆?,这些结构设计,使桥体绕开风向,减少了复杂风环境下的风致振动,避免了虎门大桥、武汉鹦鹉洲长江大桥等国内桥梁曾经发生过的异常涡振现象。

  根据系列风洞试验和风—车—线—桥耦合振动等专题研究成果,福厦高铁泉州湾跨海大桥可抵抗12级强台风,涡激振动幅度控制在惊人的5毫米以内。

  “这个涡振数字,使高速列车即使在8级大风中通过跨海大桥桥面,也能达到与陆地引桥相同的行车条件,同样做到硬币不倒?!痹谆?。

  新结构、新技术的采用,使福厦高铁正线达到时速350公里运营目标,消除了以往沿海高铁跨海时降速的难题。

  以锈制锈,适应高盐高湿腐蚀环境

  除了抗风,在海洋气候高盐高湿腐蚀环境下,如何保证高速铁路跨海大桥长效防腐耐久?这是设计面临的又一个难题。

  “为解决海洋环境桥梁锈蚀问题,以往的防护需要定期除绣涂漆?!痹谆?,针对海洋环境下桥梁重要结构的锈蚀问题,福厦高铁泉州湾跨海大桥索塔钢锚梁和支座创新采用新材料,在国内首次采用耐海洋大气腐蚀钢,免涂装(不涂油漆)、不设除湿系统,为全球首座采用免涂装耐候钢的大型跨海工程,适应了高盐高湿的海洋腐蚀大气环境。

  耐候钢,即耐大气腐蚀钢,由普碳钢添加少量铜、镍等耐腐蚀元素而成,在融入现代冶金新机制、新技术和新工艺后,不断发展创新,属世界超级钢技术前沿水平的系列钢种之一。

  为填补我国耐海洋大气腐蚀钢的钢种空白,铁四院设计团队联合鞍钢集团有限公司(以下简称鞍钢集团)立项攻关。

  “通过反复对钢材化学成分进行设计比选、力学及工艺验证试验、海洋环境现场挂片曝晒试验等,成功研制了镍系耐海洋大气腐蚀钢、配套高强螺栓及焊接材料,基于钢材自身生成致密稳定的钝化锈层,阻止氯离子渗透?!痹谆?,项目课题成果体现“以锈制锈”理念,达到海洋环境下桥梁全寿命期的长效防腐效果。

  鞍钢集团和铁四院技术人员表示,福厦高铁泉州湾跨海大桥项目,打破了免涂装耐候钢只能应用在普通大气环境和滨?;肪常ɡ牒0断?公里以上)的世界技术格局,推动了世界耐候钢桥的发展,实现“免涂装、绿色耐久、锈色之美”的绿色全寿命设计。

  耐候钢成本高,仅能用在最重要的承力结构部件上,大面积的钢梁如何实现耐久防腐?

  为给大桥寻找超长耐久防腐涂料,铁四院联合北京航空材料研究院,研发并应用了钢梁超长耐久防腐涂装体系?!案锰逑挡捎檬┠擅撞牧细男粤燮痛既芪藁恍康灼岷统秃蚍济嫫?,耐盐雾性和耐人工加速老化性为现有技术的2倍以上,可实现钢结构在海洋腐蚀大气环境下30年以上的超长寿命耐久目标?!痹谆?,这个时间高于目前跨海桥最长25年的设计防腐寿命,将实现我国钢梁防腐涂装体系30年超长防腐寿命的技术突破。

  长联大跨,毫米级精度建造抗强震

  福厦高铁泉州湾大桥设计全联长采用钢—混结合梁,为国内外铁路斜拉桥中首次采用。构件全部实现工厂化制造,深水区引桥采用标准化的无支座整体预应力混凝土刚构桥?!巴ü杓撇捎蒙鲜銮帕航峁剐问胶吞逑档难≡?,实现了高速铁路桥梁毫米级建造精度要求?!痹谆?。

  福厦高铁设计位于福建沿海地区和台湾海峡西岸,北起福州市,途径莆田、泉州、厦门,南至漳州,正线全长277公里,设计时速度350公里,是我国第一条真正意义上的海洋环境下服役的高速铁路工程、国内外行车速度最高的沿海/跨海铁路。

  “泉州湾高铁跨海大桥地处台湾海峡西岸,属地震高烈度区,从概率上具备发生8级强震的可能性?!痹谆?。

  如何解决长联高墩跨海大桥的抗震设计难题?“设计团队研制采用了纵向粘滞阻尼器、可剪断的耐候双曲面球型钢支座、金属阻尼器的综合减隔震体系及技术;采用无支座整体刚构桥,实现长联高墩桥梁的柔性高墩、梁部体系协同受力,解决了地震高烈度区长联高墩大跨桥梁的抗震设计难题?!痹谆?。

  除结构设计技术材料不断创新,福厦高铁泉州湾大桥在设计上也充分践行了“精品工程、智能工程和环境友好型工程”现代理念,即一个好的建筑设计必须融入当地自然环境。

  “项目联合美术院??沽司肮圩ㄌ馍杓?,充分融入海洋元素。桥塔采用了贝壳形曲线桥塔,兼顾结构合理和建筑美学?!痹谆馐退?,这个造型设计寓意为“泉州作为福建经济第一强市、古代海上丝绸之路的起点及当时的东方第一大港”,海洋孕育了泉州这座沿海城市,赋予了她无尽的生机活力和发展动力,将在21世纪海上丝绸之路的发展契机下,扬帆起航,重现海上贸易和世界大港的辉煌。

  专家认为,福厦高铁泉州湾跨海大桥将推动我国大跨度高速铁路、跨海桥梁的技术发展,成为中国高速铁路2.0版的代表性工程之一,也将是世界桥梁领域的里程碑式工程。(记者 矫 阳)

【纠错】 责任编辑: 邱丽芳
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