九江長(zhǎng)江公路大橋科技創(chuàng)新與應(yīng)用

九江長(zhǎng)江公路大橋?yàn)榱缑芩黧w系斜拉橋，主跨818米，是世界上最大跨徑高低塔單側(cè)混合梁斜拉橋。由于其跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大。同時(shí)，經(jīng)多方團(tuán)隊(duì)科技攻關(guān)，受到不利環(huán)境、重載車(chē)輛通行等多因素的影響，耐久性問(wèn)題突出，成為工程界關(guān)注的難題。大橋成功解決了大跨混合梁斜拉橋橋梁狀態(tài)評(píng)估、耐久性提升、斜拉索端部與錨具連接部分密封防水、特大跨度混合梁斜拉橋架設(shè)新技術(shù)等難題，綜合形成了四項(xiàng)重大自主創(chuàng)新成果：研發(fā)了長(zhǎng)大跨橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)，揭示了鋼混凝土混合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的破壞機(jī)理，建立了結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)有限元模型及橋梁運(yùn)營(yíng)期的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，為鋼混凝土混合梁斜拉橋在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全提供保證；創(chuàng)建了一套包括耐久性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和易損構(gòu)件的力學(xué)性能分析完整的提高大跨度混合梁斜拉橋耐久性的理論體系，提出貫穿設(shè)計(jì)、施工、管養(yǎng)三個(gè)階段提高大跨度混合梁斜拉橋耐久性的對(duì)策；開(kāi)發(fā)了新型拉索密封系統(tǒng)，解決了斜拉索索導(dǎo)管上口處與斜拉索之間的密封問(wèn)題；研發(fā)了多項(xiàng)特大跨度混合梁斜拉橋架設(shè)新技術(shù)，包括國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的超大整體鋼吊箱工廠化制作、氣囊法整體下水、長(zhǎng)距離浮運(yùn)及高精度安裝工藝，三船抬吊同步吊裝施工工藝，鋼箱梁雙吊機(jī)吊裝及合龍關(guān)鍵施工技術(shù)和新型的摩擦杠桿質(zhì)量減振器（FLMD）等。該橋?qū)崿F(xiàn)了大跨度混合梁斜拉橋技術(shù)的跨越式發(fā)展，促進(jìn)了行業(yè)科技進(jìn)步，對(duì)國(guó)內(nèi)外大跨徑橋梁的建設(shè)產(chǎn)生了重要的推動(dòng)作用和深遠(yuǎn)影響。

九江長(zhǎng)江公路大橋項(xiàng)目獲國(guó)家級(jí)工法3項(xiàng)，省級(jí)工法28項(xiàng)，專(zhuān)利20項(xiàng)。大橋已運(yùn)營(yíng)2年，具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。大橋已獲得公路交通優(yōu)秀勘察設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)，江西省優(yōu)質(zhì)工程“杜鵑花”獎(jiǎng)，中國(guó)建設(shè)工程魯班獎(jiǎng)，國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，江西省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，江西省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，中國(guó)公路協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。

九江長(zhǎng)江公路大橋是江西省籌資建設(shè)的第一座具有世界領(lǐng)先水平的跨長(zhǎng)江高速公路橋梁，2009年10月開(kāi)工建設(shè)；2013年10月建成通車(chē)，工期4年。全面實(shí)現(xiàn)了投資、質(zhì)量、工期、安全四大目標(biāo)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

九江長(zhǎng)江公路大橋在理論、技術(shù)和方法等方面有多項(xiàng)重大創(chuàng)新和突破，具有國(guó)際先進(jìn)水平：

創(chuàng)新點(diǎn)1：研發(fā)了長(zhǎng)大跨橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)，揭示了鋼混凝土混合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的破壞機(jī)理，建立了結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)有限元模型及橋梁運(yùn)營(yíng)期的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，為鋼混凝土混合梁斜拉橋在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全提供保證。研究成果“長(zhǎng)大跨橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)”獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

本項(xiàng)目根據(jù)鋼混凝土混合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)靈敏度、模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法、損傷識(shí)別方法及模型修正方法，最終建立結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)有限元模型及橋梁運(yùn)營(yíng)期參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)作為橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分析技術(shù)和結(jié)構(gòu)適用性評(píng)估的基礎(chǔ)，并利用九江長(zhǎng)江公路大橋受地震動(dòng)影響的突發(fā)事件，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估。從而解決了長(zhǎng)大跨鋼混凝土混合梁斜拉橋橋梁狀態(tài)評(píng)估的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，為鋼混凝土混合梁斜拉橋在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全提供保證。具體的成果包括以下六個(gè)方面：

1）研究了九江長(zhǎng)江公路大橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)性能對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)參數(shù)敏感性，確定對(duì)結(jié)構(gòu)行為影響顯著的關(guān)鍵物理參數(shù)。

2）基于有效獨(dú)立法及遺傳算法對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的多類(lèi)傳感器進(jìn)行了合理的優(yōu)化布置，提供橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)系統(tǒng)的傳感器布置測(cè)點(diǎn)方案。

3）采用時(shí)域識(shí)別方法對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)期非平穩(wěn)結(jié)構(gòu)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)參數(shù)的識(shí)別，并通過(guò)參數(shù)統(tǒng)計(jì)得到可靠的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。

4）根據(jù)九江長(zhǎng)江公路大橋施工過(guò)程進(jìn)行施工控制的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析及階段模型修正建立結(jié)構(gòu)有限元模型，利用成橋荷載試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)識(shí)別出的特征參數(shù)對(duì)敏感的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行修正，建立面向結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)有限元模型；采用D-S證據(jù)理論的信息融合方法對(duì)所損傷的定位進(jìn)行研究，為健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供可靠的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法。

5）根據(jù)橋梁通車(chē)后結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)環(huán)境因子、荷載和結(jié)構(gòu)相應(yīng)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)及荷載-響應(yīng)相關(guān)性分析，了解結(jié)構(gòu)成橋后在運(yùn)營(yíng)期常規(guī)荷載作用下的結(jié)構(gòu)相應(yīng)范圍，建立橋梁在投入運(yùn)營(yíng)后環(huán)境因子、荷載及結(jié)構(gòu)相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于評(píng)估橋梁運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)狀態(tài)及安全，利用九江長(zhǎng)江公路大橋受地震動(dòng)影響的突發(fā)事件，采用橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在線獲得地震振動(dòng)及結(jié)構(gòu)相應(yīng)信號(hào)實(shí)時(shí)評(píng)估結(jié)構(gòu)安全，并一步通過(guò)數(shù)據(jù)分析評(píng)估結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

6）根據(jù)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行了集成，并采基于C/S架構(gòu)建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)平臺(tái)，并采用三維虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、安全預(yù)警等系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和分析功能。

圖1 基于SHM信息進(jìn)行橋梁疲勞壽命評(píng)估的實(shí)施流程

創(chuàng)新點(diǎn)2：提出了提高大跨度混合梁斜拉橋耐久性的理論與方法，為大跨度混合梁斜拉橋耐久性的提高提供技術(shù)支撐。該項(xiàng)成果獲得江西省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

九江長(zhǎng)江公路大橋?yàn)榛旌狭盒崩瓨?，這種橋梁的主梁沿長(zhǎng)度方向由兩種不同材料組成，主跨為鋼梁，邊跨（或伸入主跨一部分）為混凝土梁。由于主跨采用鋼梁，該橋型具有跨越能力大的優(yōu)點(diǎn)；邊跨采用混凝土梁，起到了很好的錨固作用，能夠有效降低建橋成本。由于其跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工工序多、難度大，同時(shí)受到不利環(huán)境、重載車(chē)輛通行及管理疏漏等多因素的影響，其耐久性問(wèn)題突出。尤其是混合梁斜拉橋的混凝土主梁部分、鋼主梁部分以及連接部位的耐久性問(wèn)題既具有各種斜拉橋遇到的耐久型的共性問(wèn)題，也有其特殊性，更成為理論和工程上關(guān)注的難題。創(chuàng)新性地提出貫穿三個(gè)階段提高大跨度混合梁斜拉橋耐久性的對(duì)策。針對(duì)大跨度混合梁斜拉橋這一結(jié)構(gòu)類(lèi)型，建立一套包括耐久性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和易損構(gòu)件的力學(xué)性能分析的完整的提高大跨度混合梁斜拉橋耐久性的理論體系；并通過(guò)對(duì)理論研究中確認(rèn)的大跨度混合梁斜拉橋的四大耐久性易損區(qū)域（索塔錨固區(qū)、超寬混凝土箱梁、鋼-混凝土結(jié)合段、鋼橋面鋪裝）開(kāi)展針對(duì)性研究，通過(guò)模型試驗(yàn)驗(yàn)證了研究所得的新方法、新理念。

經(jīng)測(cè)算，橋梁全壽命周期內(nèi)的成本可降低10%～15%。項(xiàng)目成果可推廣應(yīng)用到包含涵蓋混凝土斜拉橋、鋼斜拉橋在內(nèi)的所有斜拉橋結(jié)構(gòu)中，獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1）首次提出了大跨度混合梁斜拉橋耐久性失效風(fēng)險(xiǎn)理論和方法。

為建立大跨度混合梁斜拉橋的耐久性失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，本研究在分析耐久性和風(fēng)險(xiǎn)已有定義的基礎(chǔ)上，從評(píng)估角度界定了耐久性失效風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)概念；基于耐久性時(shí)間跨度大的特點(diǎn)識(shí)別長(zhǎng)期作用類(lèi)型的風(fēng)險(xiǎn)因素，采用WBS-RBS技術(shù)建立了大跨度混合梁斜拉橋耐久性失效風(fēng)險(xiǎn)層次模型；并提出了基于專(zhuān)家調(diào)查的模糊層次分析法用以評(píng)估耐久性失效風(fēng)險(xiǎn)；引入風(fēng)險(xiǎn)概率重要度的計(jì)算方法用以評(píng)價(jià)各風(fēng)險(xiǎn)因素的相對(duì)排序。研究成果填補(bǔ)了結(jié)構(gòu)耐久性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的空白。

圖2 大跨度混合梁斜拉橋耐久性失效風(fēng)險(xiǎn)層次分析模型

圖3 結(jié)構(gòu)耐久性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和流程

2）首次建立了大跨度混合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)性能退化分析方法和理論體系。

研究了導(dǎo)致混凝土構(gòu)件性能發(fā)生退化的耐久性問(wèn)題的機(jī)理，建立了基于銹蝕的大跨度混合梁斜拉橋構(gòu)件可靠性退化分析理論；建立了大型鋼箱梁的腐蝕分析模型和基于傳統(tǒng)S-N方法的斜拉索串并聯(lián)分析模型；形成了以可靠度指標(biāo)與狀況指標(biāo)互補(bǔ)的橋梁狀況綜合評(píng)價(jià)體系；對(duì)耐久性問(wèn)題調(diào)研報(bào)告中的現(xiàn)象進(jìn)行了深入的肌理分析和理論建模。

3）提出了提高大跨度混合梁斜拉橋耐久性的設(shè)計(jì)、施工和管養(yǎng)對(duì)策。

針對(duì)設(shè)計(jì)，建立了基于給定結(jié)構(gòu)壽命的大跨度橋梁設(shè)計(jì)流程，并結(jié)合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，給出了適用于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的環(huán)境類(lèi)別與作用等級(jí)；提出了各個(gè)構(gòu)件的設(shè)計(jì)原則，總結(jié)了可選材料的優(yōu)缺點(diǎn)，建立防腐蝕、抗疲勞設(shè)計(jì)的基本原則和方法。本研究基于全壽命成本理念，首先提出了檢測(cè)規(guī)劃的基本目標(biāo)：即提高構(gòu)件失效前的缺陷可檢概率和降低檢測(cè)成本，建立了相應(yīng)的單目標(biāo)和雙目標(biāo)檢測(cè)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用遺傳算法對(duì)這一優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了求解。其次，本研究建立了可更換構(gòu)件的兩種替換策略，及年齡更換策略和故障維修策略，并運(yùn)用壽命函數(shù)方法，推導(dǎo)了不同策略下的年造價(jià)計(jì)算公式，以年造價(jià)最低為目標(biāo)建立了更換策略的最優(yōu)化方法；以全壽命造價(jià)成本為基礎(chǔ)，建立了不同的維護(hù)維修措施效用模型，對(duì)不可更換構(gòu)件在多種維護(hù)維修措施組合下的優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了建模，并運(yùn)用遺傳算法對(duì)上述優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了求解。該部分內(nèi)容可以在制定提高大跨度混合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)耐久性時(shí)提供決策依據(jù)，并涵蓋了橋梁的全壽命周期，特別是為科學(xué)制定重大工程維修決策提供了可靠的理論工具，改變了目前工程管養(yǎng)中單純的被動(dòng)維修局面。

圖4 易損構(gòu)件兩種不同的更換策略

4）開(kāi)發(fā)了一種新型的斜拉索密封體系。

斜拉索在預(yù)埋鋼管出口處的密封問(wèn)題是困擾業(yè)界國(guó)內(nèi)外多年的難題，嚴(yán)重地影響了斜拉索的防腐壽命。本研究開(kāi)發(fā)了新型拉索密封體系，在三個(gè)方面改進(jìn)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)：將斜拉索索體與預(yù)埋鋼管結(jié)合處的密封方式由接觸式改為壓力密封，即密封方式由靜態(tài)轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)，從原理上改變此處的密封結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)系列化的過(guò)渡橡膠裝置，解決斜拉索在預(yù)埋鋼管與索體間間隙過(guò)大的問(wèn)題，同時(shí)解決斜拉索在預(yù)埋鋼管內(nèi)偏心的問(wèn)題，使新型密封裝置的通用性、適用性更強(qiáng)；引入全新的密封裝置實(shí)現(xiàn)在拉索防護(hù)體系中應(yīng)用，在梁端預(yù)埋鋼管，出口部位和索體結(jié)合處加裝高強(qiáng)度鋁合金氣囊密封裝置，解決拉索與預(yù)埋鋼管連接處的密封問(wèn)題，提高拉索防腐防護(hù)壽命。實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度鋁合金氣囊密封裝置在拉索防護(hù)體系中的成功應(yīng)用是體系的創(chuàng)新點(diǎn)。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的耐久性試驗(yàn)，證明了斜拉索密封體系的有效性和耐久性。

5）解決了大跨徑混合主梁斜拉橋疲勞分析與設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

車(chē)輛荷載反復(fù)作用下的疲勞損傷是影響鋼橋運(yùn)營(yíng)安全和耐久性能的重要控制因素，新橋疲勞實(shí)際和既有橋梁評(píng)估都需采用疲勞荷載，而目前我國(guó)的橋梁規(guī)范還沒(méi)有疲勞車(chē)輛荷載取值的規(guī)定。本項(xiàng)目首先對(duì)大跨徑混合梁斜拉橋疲勞荷載展開(kāi)研究，對(duì)跨長(zhǎng)江公路大橋進(jìn)行全面的車(chē)輛狀況檢查，得到了適合于該類(lèi)大橋疲勞強(qiáng)度評(píng)估的典型車(chē)輛荷載譜。同時(shí)為充分考慮各類(lèi)超重車(chē)輛對(duì)大橋的疲勞風(fēng)險(xiǎn)，首次根據(jù)實(shí)際調(diào)查的車(chē)流數(shù)據(jù)，整理得到完整的能反映實(shí)際車(chē)重狀態(tài)分布的車(chē)輛車(chē)重分布頻率譜，由該頻率譜得到細(xì)部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力譜，為大橋疲勞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃制訂提供了可靠數(shù)據(jù)，并用該應(yīng)力譜對(duì)大橋進(jìn)行疲勞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；基于可靠度理論，采用有限元模擬、疲勞試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法對(duì)大跨徑斜拉橋的關(guān)鍵構(gòu)件的疲勞性能進(jìn)行研究，根據(jù)大跨徑正交異形鋼橋面板疲勞破壞特性，通過(guò)實(shí)體有限元模型技術(shù)分析設(shè)計(jì)了能夠反映實(shí)橋細(xì)部結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)的三種典型疲勞試樣，通過(guò)疲勞試驗(yàn)得到了對(duì)應(yīng)焊接細(xì)部構(gòu)造的Δσ-N曲線方程，其中，橫隔板與U肋圍焊處的曲線在國(guó)內(nèi)外規(guī)范中還未發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，提出了適合于該類(lèi)大橋的變幅車(chē)輛載荷作用下的特定細(xì)節(jié)處的疲勞壽命計(jì)算公式，形成對(duì)大跨徑混合主梁斜拉橋典型疲勞細(xì)節(jié)的疲勞分析技術(shù)，為大橋主梁的制作和關(guān)鍵部位的施工提供重要參考。

創(chuàng)新點(diǎn)3：全面解決了大跨徑斜拉橋斜拉索制造關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，包括斜拉索錨具50年使用壽命的防腐、抗風(fēng)雨振、抗疲勞、抗扭轉(zhuǎn)、拉索密封等問(wèn)題?？蒲谐晒按罂鐝叫崩瓨蛐崩髦圃礻P(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”獲江西省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

本項(xiàng)目對(duì)九江公路長(zhǎng)江大橋斜拉索制造關(guān)鍵技術(shù)—抗索體扭轉(zhuǎn)、拉索密封系統(tǒng)、高壽命錨具、斜拉索抗風(fēng)雨振技術(shù)、斜拉索疲勞性能進(jìn)行了深入研究。

針對(duì)索導(dǎo)管與拉索索體的出口處難以防腐，HDPE護(hù)層與其他密封材料容易分離的情況，本課題設(shè)計(jì)新型密封結(jié)構(gòu)-高強(qiáng)度鋁合金氣囊密封裝置來(lái)優(yōu)化完善對(duì)這個(gè)部位的防腐。即通過(guò)充氣囊內(nèi)部的氣壓來(lái)不斷的保持對(duì)HDPE護(hù)層的壓力，以此保證與索體之間的密封，并根據(jù)充氣囊能按照空間大小進(jìn)行自我調(diào)節(jié)的特性，設(shè)計(jì)系列化的過(guò)渡橡膠裝置，解決預(yù)埋鋼管與斜拉索索體間間隙過(guò)大的問(wèn)題，同時(shí)能適應(yīng)斜拉索在預(yù)埋鋼管內(nèi)偏心的問(wèn)題，使新型密封裝置的通用性、適用性更強(qiáng)。

圖5 偏心矯正原理圖

新型密封系統(tǒng)擬設(shè)置在梁端預(yù)埋鋼管出口索體結(jié)合處加裝高強(qiáng)度鋁合金氣囊密封裝置，利用高強(qiáng)度鋁合金氣囊的特性起到完全密封的作用，結(jié)構(gòu)如圖6、圖7和圖8所示。

圖6 梁端新型密封系統(tǒng)示意圖

圖7 新型密封系統(tǒng)安裝圖

圖8 新型密封系統(tǒng)示意圖

高強(qiáng)度鋁合金氣囊對(duì)于拉索充氣密封系統(tǒng)的作用是其可以對(duì)拉索與密封橡膠圈的空隙處制造一個(gè)對(duì)不規(guī)格空間的填充，并且為橡膠圈提供了一定的壓力使得整個(gè)的密封系統(tǒng)能夠緊貼索導(dǎo)管和索體，最終達(dá)到完全阻止水、潮濕空氣以及各種會(huì)造成拉索腐蝕的化學(xué)性物質(zhì)的侵入，包括抵抗嚴(yán)苛環(huán)境中鹽、菌類(lèi)等對(duì)錨具的侵蝕，提高防腐性能，如圖9所示。并通過(guò)設(shè)計(jì)系列化的過(guò)渡橡膠裝置，使新型密封裝置在不同規(guī)格拉索上的應(yīng)用具有通用性，使新型密封裝置的通用性、適用性更強(qiáng)。高強(qiáng)度鋁合金氣囊經(jīng)過(guò)嚴(yán)密實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)考驗(yàn)，符合超過(guò)了IEEE-404負(fù)載循環(huán)實(shí)驗(yàn)。

創(chuàng)新點(diǎn)4：研發(fā)了多項(xiàng)特大跨度混合梁斜拉橋架設(shè)新技術(shù)，科學(xué)支撐了九江長(zhǎng)江大橋的安全、優(yōu)質(zhì)、高效施工。

1）研發(fā)了1761噸雙壁整體式鋼吊箱設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)，成果獲得江西省公路學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)特等獎(jiǎng)、中國(guó)公路學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)、江西省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

跨江、跨河、跨海灣的特大型橋梁的深水基礎(chǔ)建設(shè)方案，大多采用鋼吊箱圍堰施工，一般是在工廠分片制造、拖運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)、分片吊裝、整體下沉。針對(duì)九江長(zhǎng)江大橋施工周期緊張、現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地小不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)拼裝要求等制約因素，提出了工廠整體制造、整體下水運(yùn)輸、整體吊裝下沉的方案。但目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)總重量1761t鋼吊箱進(jìn)行整體制造、整體運(yùn)輸與整體吊裝的先例與成功的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。本項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的超大整體鋼吊箱工廠化制作、氣囊法整體下水、長(zhǎng)距離浮運(yùn)及高精度安裝的施工工藝，并首次在國(guó)內(nèi)外特大型橋梁承臺(tái)鋼吊箱施工中采用三船抬吊同步吊裝施工工藝。

2）研發(fā)了大跨徑斜拉橋平行鋼絲斜拉索關(guān)鍵施工技術(shù)，研究成果獲1項(xiàng)國(guó)家級(jí)工法，2項(xiàng)省級(jí)工法和2項(xiàng)實(shí)用新型專(zhuān)利。

九江長(zhǎng)江大橋全橋共有54對(duì)斜拉索，斜拉索最大索重36.125t，最大索長(zhǎng)442.3m，最大吊裝高度180m。通過(guò)吊索桁車(chē)、塔頂掛索門(mén)架及梁端操縱平臺(tái)的使用，成功地解決了平行鋼絲斜拉索轉(zhuǎn)運(yùn)、掛設(shè)過(guò)程中對(duì)起重設(shè)備與操作空間的需求。斜拉索密封系統(tǒng)系采用高強(qiáng)度鋁合金氣囊密封裝置來(lái)加強(qiáng)對(duì)拉索錨具的防腐，解決斜拉索在預(yù)埋鋼管內(nèi)間隙過(guò)大及偏心的難題。

3）研發(fā)了鋼箱梁雙吊機(jī)吊裝及合龍關(guān)鍵施工技術(shù)，研究成果獲1項(xiàng)國(guó)家級(jí)工法和2項(xiàng)實(shí)用新型專(zhuān)利。

主橋上部結(jié)構(gòu)采用流線型扁平鋼箱梁。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際特點(diǎn)，邊跨采用2臺(tái)250t變幅橋面吊機(jī)，以滿(mǎn)足多種梁段類(lèi)型的吊裝要求；中跨采用2臺(tái)225t鋼絞線橋面吊裝。中跨采用頂推輔助合攏施工技術(shù)。有利于消除鋼箱梁拼裝應(yīng)力，提高了安裝精度。研究成果雙吊機(jī)吊裝鋼箱梁技術(shù)獲國(guó)家級(jí)工法，鋼箱梁縱向滑移裝置取得獲實(shí)用新型專(zhuān)利，中跨頂推合龍施工技術(shù)獲省級(jí)工法及實(shí)用新型專(zhuān)利。

4）研發(fā)了箱梁內(nèi)模施工工藝，研究成果獲國(guó)家級(jí)及省級(jí)工法。

傳統(tǒng)箱梁內(nèi)模施工工藝是在現(xiàn)場(chǎng)采用支架和組合鋼模板進(jìn)行散拼，即待箱梁底、腹板鋼筋綁扎完成后，再進(jìn)行內(nèi)模拼裝，內(nèi)模拼裝完成后，進(jìn)行箱梁頂板及翼板鋼筋綁扎，耗時(shí)費(fèi)工；內(nèi)模施工新工工藝是先在場(chǎng)外胎架上進(jìn)行內(nèi)模節(jié)段整體拼裝，然后進(jìn)行節(jié)段整體吊裝，內(nèi)模拼裝時(shí)間不占用箱梁主線施工工期。通過(guò)這些措施，保障了箱梁內(nèi)腔結(jié)構(gòu)尺寸，改善了混凝土外觀質(zhì)量。內(nèi)模安裝時(shí)間由原來(lái)的5天縮至3.5天。

圖9 支撐系統(tǒng)安裝

5）研發(fā)了鋼筋籠自動(dòng)化、工廠化加工工藝，研究成果獲得省級(jí)工法。

該工工藝在鋼筋籠主筋下料完成后，自動(dòng)滾焊機(jī)自行完成主筋和螺旋筋的上料、定位、安裝以及相鄰主筋的定位工作。采用該工藝進(jìn)行鋼筋加工，鋼筋間距均勻、焊接質(zhì)量高，有利于減少了孔底沉渣厚度。

6）研發(fā)了大跨度斜拉橋施工及成橋階段減振抑振綜合技術(shù)，研究成果獲得4項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利（包括1項(xiàng)美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利、1項(xiàng)澳大利亞發(fā)明專(zhuān)利）。

在對(duì)九江長(zhǎng)江公路大橋斜拉索承受塔端、梁端部位位移激勵(lì)下振動(dòng)特性的研究的基礎(chǔ)上，廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外斜拉索減振措施，分析各種減振器不足之處，在杠桿質(zhì)量減振器（LMD）基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，研制一種新型的摩擦杠桿質(zhì)量減振器（FLMD），更適用于九江長(zhǎng)江大橋斜拉索減振，在克服以往減振器不足的同時(shí)解決大跨斜拉橋施工期和運(yùn)營(yíng)期共同減振的問(wèn)題。依托九江長(zhǎng)江公路大橋斜拉索施工及成橋階段振動(dòng)控制，通過(guò)理論參數(shù)分析、室內(nèi)模型試驗(yàn)和實(shí)橋應(yīng)用驗(yàn)證，研發(fā)了超長(zhǎng)斜拉索摩擦杠桿質(zhì)量減振器（FLMD）阻尼減振技術(shù)。創(chuàng)建了大跨度斜拉橋斜拉索附加FLMD阻尼減振理論，闡述了確定斜拉索的抑振阻尼參數(shù)的方法和的FLMD減振機(jī)理，填補(bǔ)了在施工階段正式安裝減振器的空白。通過(guò)“斜拉索-FLMD”理論分析驗(yàn)證FLMD減振技術(shù)的理論可行性，通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)驗(yàn)證減振器的減振效果和耐久性，通過(guò)實(shí)橋試驗(yàn)驗(yàn)證減振器在復(fù)雜環(huán)境中的減振效果，保證該橋在施工和成橋階段的安全和耐久性。

圖12 FLMD減振器實(shí)橋安裝圖