复杂悬索桥施工控制计算理论与架设技术及其应用

　　主要完成单位：长沙理工大学，湖南省高速公路建设开发总公司，广东省长大公路工程有限公司，湖南理工学院

　　主要完成人：李传习，柯红军，董创文，张玉平，贺君，曹水东，李红利，谭立心，刘建，赵朝阳，李斌，戴桂华

　　2016年2月26日，在2015年度湖南省科学技术奖励大会上，由长沙理工大学土木与建筑学院院长李传习教授主持，湖南省高速公路建设开发总公司，广东省长大公路工程有限公司，湖南理工学院共同实施的“复杂悬索桥施工控制计算理论与架设技术及其应用”荣获湖南省科技进步一等奖，充分展示出长沙理工大学卓越的自主创新能力、强大的科研实力及产学研结合的优秀组织模式。

　　项目第一完成人李传习教授自1987年参加工作以来，一直致力于桥梁工程新技术、新工艺及大跨度桥梁计算理论研究，主持和参与多项国家、省、市桥梁课题研究。发表高水平学术论文近200篇，被SCI、EI收录论文40余篇，出版专著3本，编写规范2部，先后获得国家科技进步二等奖2项（排名分别为第二、第九）、省部级科技进步奖一等奖4项（排名分别为第一、一、三、七）等。获新世纪百千万人才工程人选，交通青年科技英才，享受国家有关部门特殊津贴，湖南省首批新世纪“121人才工程”人选，湖南省高校学科带头人后备人选，长沙理工大学桥梁与隧道工程博士点“桥梁工程新技术、新工艺”研究方向的学术带头人等荣誉及称号。

　　2005年以前，李传习教授的研究方向集中于斜拉桥、拱桥、连续梁桥及连续刚构等桥型，主持了三塔PC主梁斜拉桥—岳阳洞庭湖大桥、下承式钢管混凝土拱桥—南宁永和大桥等多座斜拉桥、钢管拱桥、连续梁桥、连续刚构桥的施工优化、控制技术研究，及世界上系杆不能通过张拉拆除的柔性系杆拱桥—佛山佛陈大桥的系杆更换、长沙黄柏浏阳河大桥异型拱桥的设计等桥梁科研和设计工作，取得了丰富的研究成果，创造性地将斜拉桥的施工控制与神经网络理论结合起来，提出并实施了系杆拱桥系杆更换的“半可视锯断法”施工工艺，提出并应用了收缩、徐变效应计算的“时变止效应”理论，提出了钢箱梁顶推柔性橡胶滑道，开发了能考虑各种几何非线性因素影响高效精细桥梁计算软件和能计入已发生的施工误差、不仅适应于设计，而且适应于施工控制的大跨度桥梁计算软件等，解决了多座特大桥的建设中许多理论和关键技术问题，取得了显著的社会、经济效益。

　　近10年来，由于起点高、造型美、创意新的复杂悬索桥（即缆索系统可采用自锚、空间缆或悬吊—斜拉组合等形式，加劲梁可采用钢、砼或者钢—砼组合等材料的悬索桥）设计在我国多地不断涌现，李传习教授将研究重点转移至悬索桥。为避免复杂悬索桥建造发生施工不顺、不必要资源与时间消耗大、成桥线形和内力分布质量不高等工程问题，针对其施工控制精细计算的现有主缆找形理论与有限元理论存在不收敛、不精细、效率低等理论难题，其索股架设、体系转换（吊索张拉）和加劲梁架设的已有或常规施工技术存在工时长、投入大、适应范围窄，甚至有较大安全风险等技术难题，在国家和省部课题资助下，李传习教授带领课题组和合作单位开展联合攻关，历经八年多，得以有效解决，并形成了以下具有国际领先水平的创新成果。

　　1）构建了复杂悬索桥施工控制精细计算理论，研发了具有自主知识产权的软件。发现了索段状态方程无解情形，提出了带惩罚因子的搜索算法；创立了空间缆索鞍座设计位置确定的分离计算法；导出了各情形索单元杆端力公式，构建了“时变止效应”CR列式梁单元、滚轴式支承单元、考虑剪切变形的波折腹板梁单元等单元模型；提出了合理成桥状态确定的“渐进模型法”；研发了基于解析法与有限元法有机结合的复杂悬索桥非线性分析软件，显著提高了计算效率和精度，极大丰富和发展了悬索桥主缆找形理论和非线性有限元理论。

　　2）发明了复杂悬索桥主缆架设与体系转换系列关键技术。发明了垂度适应性广的主缆（及猫道承重索）架设简便精细调索技术，实现了索股精调的简便高效；发明了自锚式悬索桥的散索套无支撑体系转换技术和中跨斜拉—边跨悬吊三塔组合索桥的“先合梁后架缆”体系转换技术，提出了双塔大横向倾角自锚式悬索桥的少临时索体系转换技术、双塔三跨自锚式悬索桥“边中共进”的逐步推进体系转换技术，显著减少了施工步骤及体系转换投入，大幅降低了施工安全风险。

　　3）研发了钢梁顶推架设的相位变换技术与单模数搜索合成法，发明了钢梁大偏角吊装的跨缆吊机。研发了钢梁顶推架设的无应力构形拼接自适应控制的相位变换技术，创立了变曲率竖曲线梁体顶推滑道标高方案确定的单步模数搜索合成法，以节省时间和资源消耗，保证了顶推梁体无应力构形高精度实现和变曲率竖曲线梁体安全就位；发明了大偏角吊装的跨缆吊机，成倍地扩大了跨缆吊机荡移吊装的水平距离范围，适应性显著增加。

　　“复杂悬索桥施工控制计算理论与架设技术及其应用”研究成果在世界最大主缆横向倾角悬索桥—杭州江东大桥、跨度独塔空间主缆悬索桥—广州猎德大桥、中跨斜拉—边跨悬吊组合索桥—汉中龙岗大桥、跨度自锚式悬索桥—桃花峪黄河大桥、典型山区悬索桥—张花高速澧水大桥、典型超千米跨悬索桥—珠江黄埔大桥等建设中应用，解决了其架设和控制中关键技术问题，确保了这些具有世界影响且各具特色特大跨桥梁高质量、高效、安全建成，且应用前景广阔，有力促进了由桥梁大国向强国转变。项目获软件著作权3项；纳入行业规范（送审稿）1部；发表论文70余篇（SCI11篇，EI18篇），出版专著1部；培养博士、硕士40余名；显著推动行业科技进步，促进社会经济发展。

　　（本文所涉及数据由长沙理工大学提供）