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火力全开!“基建狂魔”又双叒叕上新了

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

  据中国铁建第四勘察设计院集团有限公司(简称“铁四院”)福厦高铁指挥长李平卓介绍,福厦高铁泉州湾跨海大桥全长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;世界第四长跨海铁路大桥;全球首座采用免涂装耐候钢的大型跨海工程。

  以时速350公里速度行驶,大桥设计如何在台风下保持稳固?如何解决涡振?大海洋环境下,腐蚀问题怎么处理?大地震来了,桥梁能经受住吗?

 

  “大桥设计面临多项技术挑战。”铁四院福厦高铁泉州湾跨海大桥设计负责人曾甲华说,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(涡振)现象。

  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。铁四院技术团队在大桥设计中采用大量新结构和新技术。

  “设计主梁采用流线箱形结构;通航孔主桥采用主跨400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,为国内外铁路桥梁首次采用。”中国铁建铁四院桥梁院总工程师严爱国说。

  这些结构设计,使风场漩涡流畅绕开桥体,减少了复杂风环境下的风致振动,避免了虎门大桥等国内桥梁今年发生的异常涡振现象。根据系列风洞试验等验证,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。

 

  新结构、新技术的采用,使福厦高铁达到全线时速350公里运营目标,过跨海大桥不再减速,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的目标。

  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。

  针对海洋环境下桥梁重要结构的锈蚀问题,铁四院设计团队联合鞍钢集团,在全国首次为大桥索塔钢锚梁和支座选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。

  “通过反复比选和验证试验,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。”严爱国说,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。

  鞍钢集团钢铁研究院结构钢室主任杨颖教授级高工表示,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海环境(离海岸线1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。

  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。

  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。”曾甲华说。

  福厦高铁泉州湾大桥设计还充分融入海洋元素。桥塔采用了贝壳形曲线桥塔,寓意为“泉州作为福建省经济第一强市、古代海上丝绸之路的起点及当时的东方第一大港”,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、世界桥梁领域的里程碑式工程。

来源:科技日报微信公众号 ◎ 科技日报记者 矫阳

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