復(fù)雜懸索橋施工控制計算理論與架設(shè)技術(shù)及其應(yīng)用

　　主要完成單位：長沙理工大學(xué)，湖南省高速公路建設(shè)開發(fā)總公司，廣東省長大公路工程有限公司，湖南理工學(xué)院

　　主要完成人：李傳習(xí)，柯紅軍，董創(chuàng)文，張玉平，賀君，曹水東，李紅利，譚立心，劉建，趙朝陽，李斌，戴桂華

　　2016年2月26日，在2015年度湖南省科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，由長沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院院長李傳習(xí)教授主持，湖南省高速公路建設(shè)開發(fā)總公司，廣東省長大公路工程有限公司，湖南理工學(xué)院共同實施的“復(fù)雜懸索橋施工控制計算理論與架設(shè)技術(shù)及其應(yīng)用”榮獲湖南省科技進(jìn)步一等獎，充分展示出長沙理工大學(xué)卓越的自主創(chuàng)新能力、強大的科研實力及產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的優(yōu)秀組織模式。

　　項目第一完成人李傳習(xí)教授自1987年參加工作以來，一直致力于橋梁工程新技術(shù)、新工藝及大跨度橋梁計算理論研究，主持和參與多項國家、省、市橋梁課題研究。發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文近200篇，被SCI、EI收錄論文40余篇，出版專著3本，編寫規(guī)范2部，先后獲得國家科技進(jìn)步二等獎2項（排名分別為第二、第九）、省部級科技進(jìn)步獎一等獎4項（排名分別為第一、一、三、七）等。獲新世紀(jì)百千萬人才工程人選，交通青年科技英才，享受國家有關(guān)部門特殊津貼，湖南省首批新世紀(jì)“121人才工程”人選，湖南省高校學(xué)科帶頭人后備人選，長沙理工大學(xué)橋梁與隧道工程博士點“橋梁工程新技術(shù)、新工藝”研究方向的學(xué)術(shù)帶頭人等榮譽及稱號。

　　2005年以前，李傳習(xí)教授的研究方向集中于斜拉橋、拱橋、連續(xù)梁橋及連續(xù)剛構(gòu)等橋型，主持了三塔PC主梁斜拉橋—岳陽洞庭湖大橋、下承式鋼管混凝土拱橋—南寧永和大橋等多座斜拉橋、鋼管拱橋、連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋的施工優(yōu)化、控制技術(shù)研究，及世界上系桿不能通過張拉拆除的柔性系桿拱橋—佛山佛陳大橋的系桿更換、長沙黃柏瀏陽河大橋異型拱橋的設(shè)計等橋梁科研和設(shè)計工作，取得了豐富的研究成果，創(chuàng)造性地將斜拉橋的施工控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論結(jié)合起來，提出并實施了系桿拱橋系桿更換的“半可視鋸斷法”施工工藝，提出并應(yīng)用了收縮、徐變效應(yīng)計算的“時變止效應(yīng)”理論，提出了鋼箱梁頂推柔性橡膠滑道，開發(fā)了能考慮各種幾何非線性因素影響高效精細(xì)橋梁計算軟件和能計入已發(fā)生的施工誤差、不僅適應(yīng)于設(shè)計，而且適應(yīng)于施工控制的大跨度橋梁計算軟件等，解決了多座特大橋的建設(shè)中許多理論和關(guān)鍵技術(shù)問題，取得了顯著的社會、經(jīng)濟(jì)效益。

　　近10年來，由于起點高、造型美、創(chuàng)意新的復(fù)雜懸索橋（即纜索系統(tǒng)可采用自錨、空間纜或懸吊—斜拉組合等形式，加勁梁可采用鋼、砼或者鋼—砼組合等材料的懸索橋）設(shè)計在我國多地不斷涌現(xiàn)，李傳習(xí)教授將研究重點轉(zhuǎn)移至懸索橋。為避免復(fù)雜懸索橋建造發(fā)生施工不順、不必要資源與時間消耗大、成橋線形和內(nèi)力分布質(zhì)量不高等工程問題，針對其施工控制精細(xì)計算的現(xiàn)有主纜找形理論與有限元理論存在不收斂、不精細(xì)、效率低等理論難題，其索股架設(shè)、體系轉(zhuǎn)換（吊索張拉）和加勁梁架設(shè)的已有或常規(guī)施工技術(shù)存在工時長、投入大、適應(yīng)范圍窄，甚至有較大安全風(fēng)險等技術(shù)難題，在國家和省部課題資助下，李傳習(xí)教授帶領(lǐng)課題組和合作單位開展聯(lián)合攻關(guān)，歷經(jīng)八年多，得以有效解決，并形成了以下具有國際領(lǐng)先水平的創(chuàng)新成果。

　　1）構(gòu)建了復(fù)雜懸索橋施工控制精細(xì)計算理論，研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件。發(fā)現(xiàn)了索段狀態(tài)方程無解情形，提出了帶懲罰因子的搜索算法；創(chuàng)立了空間纜索鞍座設(shè)計位置確定的分離計算法；導(dǎo)出了各情形索單元桿端力公式，構(gòu)建了“時變止效應(yīng)”CR列式梁單元、滾軸式支承單元、考慮剪切變形的波折腹板梁單元等單元模型；提出了合理成橋狀態(tài)確定的“漸進(jìn)模型法”；研發(fā)了基于解析法與有限元法有機(jī)結(jié)合的復(fù)雜懸索橋非線性分析軟件，顯著提高了計算效率和精度，極大豐富和發(fā)展了懸索橋主纜找形理論和非線性有限元理論。

　　2）發(fā)明了復(fù)雜懸索橋主纜架設(shè)與體系轉(zhuǎn)換系列關(guān)鍵技術(shù)。發(fā)明了垂度適應(yīng)性廣的主纜（及貓道承重索）架設(shè)簡便精細(xì)調(diào)索技術(shù)，實現(xiàn)了索股精調(diào)的簡便高效；發(fā)明了自錨式懸索橋的散索套無支撐體系轉(zhuǎn)換技術(shù)和中跨斜拉—邊跨懸吊三塔組合索橋的“先合梁后架纜”體系轉(zhuǎn)換技術(shù)，提出了雙塔大橫向傾角自錨式懸索橋的少臨時索體系轉(zhuǎn)換技術(shù)、雙塔三跨自錨式懸索橋“邊中共進(jìn)”的逐步推進(jìn)體系轉(zhuǎn)換技術(shù)，顯著減少了施工步驟及體系轉(zhuǎn)換投入，大幅降低了施工安全風(fēng)險。

　　3）研發(fā)了鋼梁頂推架設(shè)的相位變換技術(shù)與單模數(shù)搜索合成法，發(fā)明了鋼梁大偏角吊裝的跨纜吊機(jī)。研發(fā)了鋼梁頂推架設(shè)的無應(yīng)力構(gòu)形拼接自適應(yīng)控制的相位變換技術(shù)，創(chuàng)立了變曲率豎曲線梁體頂推滑道標(biāo)高方案確定的單步模數(shù)搜索合成法，以節(jié)省時間和資源消耗，保證了頂推梁體無應(yīng)力構(gòu)形高精度實現(xiàn)和變曲率豎曲線梁體安全就位；發(fā)明了大偏角吊裝的跨纜吊機(jī)，成倍地擴(kuò)大了跨纜吊機(jī)蕩移吊裝的水平距離范圍，適應(yīng)性顯著增加。

　　“復(fù)雜懸索橋施工控制計算理論與架設(shè)技術(shù)及其應(yīng)用”研究成果在世界最大主纜橫向傾角懸索橋—杭州江東大橋、跨度獨塔空間主纜懸索橋—廣州獵德大橋、中跨斜拉—邊跨懸吊組合索橋—漢中龍崗大橋、跨度自錨式懸索橋—桃花峪黃河大橋、典型山區(qū)懸索橋—張花高速澧水大橋、典型超千米跨懸索橋—珠江黃埔大橋等建設(shè)中應(yīng)用，解決了其架設(shè)和控制中關(guān)鍵技術(shù)問題，確保了這些具有世界影響且各具特色特大跨橋梁高質(zhì)量、高效、安全建成，且應(yīng)用前景廣闊，有力促進(jìn)了由橋梁大國向強國轉(zhuǎn)變。項目獲軟件著作權(quán)3項；納入行業(yè)規(guī)范（送審稿）1部；發(fā)表論文70余篇（SCI11篇，EI18篇），出版專著1部；培養(yǎng)博士、碩士40余名；顯著推動行業(yè)科技進(jìn)步，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

　　（本文所涉及數(shù)據(jù)由長沙理工大學(xué)提供）