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揭秘港珠澳大桥抗震隔震设计

它是“新的国际七大奇观之一”

它拥有400多项新专利、7项国际之最

它被英国卫报评为

 

 

 

 

“这么长的桥,全程选用隔减震办法,在国内外都是没有的。”中国工程院院士周福霖如是说。周福霖院士领衔的广州大学工程抗震研讨中心港珠澳大桥技能团队,担纲了港珠澳大桥全部桥梁部分的抗震、隔震与减震规划。

选用了减隔震办法后,大桥的抗震功能从抗震烈度从7度跃升至9度。“相当于相似汶川地震等级的地震都完全不怕。”如此,通过隔震维护的港珠澳大桥,在防震上可称得上是“国际上最安全的跨海大桥”。

这是初次在国际最长的跨海大桥的建造中运用减隔震技能,为我国大型跨海桥梁选用减隔震技能供给范例。

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引入减隔震技能
处理港珠澳大桥抗震规划难题

港珠澳大桥全长55公里,作为最长的有地震断层穿过的跨海大桥,要怎么抗震呢?通常桥梁应对地震的办法是,或把基础加大加固,或装备更多墩身钢筋,或做限位办法,保证支座、结构不损坏。这些抗震办法,俗称硬抗。港珠澳大桥却不能。

一般桥梁的承台在水面,即在桥底打基础,再做渠道,再在渠道上做墩子、做桥梁。但由于港珠澳大桥处于珠江口,阻水太大会影响环境,选用抗震规划在遇到大震时无法避免桥墩底部的损害,在海底的桥墩的加固修正是十分困难的。

 

周福霖院士团队打破了国内的“百年惯例”,引入减隔震技能,有用地处理港珠澳大桥抗震规划难题。所谓隔震,就是在房子和地上之间,加一层橡胶和钢板隔层叠加的隔震支座柔软层,通过延伸结构自振周期,避开地上振荡共震区,然后阻隔地震,能使隔震结构地震反响衰减至非隔震结构的1/4至1/8,成倍进步修建的耐震安全性。

这是一种可以减弱地震损伤的工程技能,运用到房子建造已有二三十年的前史。在四川雅安7.0级强震后,芦山县人民医院门诊综合楼因选用了周院士团队的橡胶隔震垫、阻尼器等先进的隔震技能,成为地震中少有正常运转的救助中心,被誉为“楼刚强”。汶川第二小学也选用了相同的隔震结构,在地震中成为了“安全岛”。桥梁隔震,原理亦然。“以柔克刚。”广州大学工程抗震研讨中心该项目负责人温留汉·留沙教授,对南都记者如是解释隔震技能。

但在跨海大桥上,在国内外都还没有先例,杂乱的海洋地质、地震的不断定性等是问题的要害。

通过详细核算剖析,周福霖院士团队将隔震层设置在桥墩顶部,即大桥桥墩与桥梁连接之间。当地震来暂时,桥墩和桥梁之间是柔软的,发生的地震的惯性力大约只要原来的1/3—1/4。“仿佛柔软的水托着海上行驶的船,地震中,船体与震动的海面之间隔着柔软的水层,船体只会慢慢摇摆,加在船体的地震冲击力被卸去”。周福霖说,“这么长的桥,全程选用隔震,在国内外都没有。”

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实验******************
国际最大尺度隔震设备功能实验

一开始,港珠澳大桥的抗震要求,是能对抗烈度为8的地震。早在2010年,抗震研讨中心已开始为期一年的前期预研讨。团队屡次奔走到施工现场,集全单位力量提交了全桥减隔震的实际工程运用和可行性剖析报告。“中心80%的人员参与了港珠澳大桥抗震规划研讨。”

减隔震技能计划断定后,详细到施工和建造了,隔震层运用什么原料,详细厚度多少,怎么制造,哪家的原料和产品合格,核算成果能被实验验证吗?为了得出这些问题的答案,抗震研讨中心做了数不清的实验与测验。

“一辈子能赶上这个世纪工程很可贵。”中心的马玉宏教授对这个工程的研讨印象十分深刻:2011年的正月十五,自己还在实验室。根据安全地震动的参数,团队对10多个厂家,几百个产品开展实验研讨。从桥梁受温度、频率、压力改变下,对耐久性、疲劳度、徐变等做全方位型式检验。“每个老师轮流做实验,白天黑夜分班导,有的单个实验继续一个多月,整个大半年连轴转。”

2012年4月,中心在重庆交通科研规划院实验室进行港珠澳大桥地震模仿实验。抗震研讨中心黄襄云教授是首要参与者之一。她介绍,1:20的缩尺比大桥模型被放在桥梁模型振荡台上,再用人造大地震进行测验。“这已是实验机上可以做到的最大实验了”。

 

桥梁模型振荡台实验

为了完成动力实验,工程抗震研讨中心团队在重庆住了大半年时刻。期间,团队开展了港珠澳大桥单墩拟静力实验、单墩减隔震与抗震功能对比的全桥振荡台模型实验、多跨模型减隔震与抗震功能双联振荡台共同鼓励和非共同鼓励实验,实验验证了减隔震作用。

实验成果十分成功。“看了这个实验以后,我心里更有底了,实验之前咱们算过大约有(减震)4倍的作用,现在看不止4倍,比4倍还要好。”周福霖院士和港珠澳大桥管理局的相关人员此前在承受媒体采访时介绍。

这意味着,团队初次成功实施了减隔震跨海大桥杂乱大型模型振荡台实验,验证了规划计划和数值模仿成果。初次通过实验揭示了桥墩高差、行波效应、相邻桥跨相互作用等要素对减隔震作用的影响。

同时,这也是国际最大尺度的隔震设备功能实验,形成了一整套针对大尺度隔震设备检测验验的办法,实验填补了国内空白,也为大尺度隔震设备国产化供给了开拓性的技能支撑。

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历时近10年形成了一整套
海上桥梁抗震减震技能系统

在坐落广园中路248号的广州大学工程抗震研讨中心实验室里,港珠澳大桥桥墩模型仍然放置其内。这一模型已耸峙8年。桥墩被模仿地震波冲击发生的细纹,也见证着团队在这座大桥的研讨进程。“能在世纪工程中,贡献一份自己的力量,十分自豪和自豪。”研讨中心的成员都表示。

从断定计划、剖析核算、全桥模型整体实验、单桥模型实验、隔震减震设备实验到整体的技能总结、课题验收,广州大学工程抗震研讨中心港珠澳大桥技能团队历时近10年,承担了港珠澳大桥全部桥梁部分的抗震、隔震与减震规划,形成了一整套海上桥梁抗震减震技能系统。

 

单墩模型振荡台实验

比方,对大桥非通航孔桥,选用根据橡胶隔震支座和摩擦摆隔震支座的隔震技能,有用降低了桥梁的地震呼应;对通航桥选用黏滞液体阻尼器减震优化规划,减少了在地震作用下桥塔底部和桥墩底部的内力呼应。

不仅如此,团队处理了在海洋杂乱地质地震条件和恶劣气候环境下选用减隔震技能的要害技能问题:塑性铰设置在桥墩上部,减少海上桥墩检修难题;处理了减隔震设备在海洋环境下的耐久性问题;断定了减隔震设备防飓风初始刚度,保证大桥按120年规划寿数可以反抗8级地震、16级飓风。

通过抗震功能优化规划,港珠澳大桥的抗震安全性大幅进步,从抗7度跃升至抗9度。同时造价有所降低,大桥桥墩下面的桩基数量减少了约20%。

“8级地震不怕,9级地震也不怕”。周福霖称,通过隔震维护的港珠澳大桥,在防震上可以称得上是“国际上最安全的跨海大桥”。温留汉·黑沙教授说抗9度,意味着在国际上也是具有很高的抗震功能的桥梁,成为国际大型桥梁建造的一个典范。

“前几天咱们去参加中日隔震技能交流会的时分,正好碰上通车,国外的同行一看,都觉得十分了不得,这么大的桥,这么难的施工环境,这么高的质量,确实是一个奇迹。”温留汉·黑沙教授在承受媒体采访时如是说。

工程完成后,团队还编制了《港珠澳大桥主体工程桥梁工程施工图规划阶段桥梁减隔震设备技能要求》和《减隔震产品的型式检验及技能标准》形成了跨海大桥隔震设备技能标准,为减隔震技能的推行供给技能支撑,填补了国内空白。


 

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