杭州湾跨海大桥工程防风、防船撞及防腐蚀设计新理念.pdfVIP

2009伞国桥梁安伞耐久性与防震减灾学术论坛 杭州湾跨海大桥工程防风、防船撞及防腐蚀设计新理念 方明山 [杭州湾大桥工程指挥部，315327] [摘要】当前，我国迎来跨海长桥建设的高峰，设计上如何确保大桥工程的结构安全、营运安全，并满足 设计使用寿命要求，是设计需要考虑解决的核心问题。对此，已建成通车的世界最长跨海大桥率先在降低 大风对行车安全影响对策、非通航孔桥防船撞对策及海洋环境结构防腐蚀设计对策等方面做了积极的探索 和实践。 [关键词]杭州湾、跨海大桥、防风、防船撞桥、防腐蚀、设计对策 杭州湾跨海大桥工程历时四年多的建设于2008年5月1日提前建成通车。目前大桥已投入运营一年 多，大桥实现了建设管理向运营管理的顺利转变。作为举世瞩目的世界最长跨海大桥，如何确保大桥的运 营安全和结构安全，并最终确保大桥使用百年的目标，是大桥运营维护管理中需要重点考虑的核心技术问 题。为此，早在大桥设计之初，大桥指挥部就已着手研究探索和实践。借此机会，下文将重点介绍在解决 这一系列问题过程中所采用的新思路，供同行参考和借鉴。 1大桥防风设计新对策 1．1杭州湾气候环境特点 杭州湾跨海大桥交通量大，行驶的车型复杂，大桥有32Km完全暴露在海洋环境之中，影响营运安全 的气象因素主要有风、雨、雾、冰和雪等。杭州湾地处北亚热带南缘，属东亚季风区，冬夏季风交替显著。 严重，其中大风的影响最为严重。因此，风环境的影响成为大桥运行安全管理中首要应对的难题。针对这 一难题，主要从三方面着手寻求对策，旨在将海洋气候对大桥交通和行车安全的影响降至最低程度：(1) 合理的工程措施(风障、护栏等)；(2)合理的车辆限速标准；(3)合理的交通运管系统。 1．2风对桥面行车安全影响 当汽车在桥面上行驶时。考虑到风力、惯性力、重力等共同作用，汽车可能出现以下状态：弯道中侧 风作用下汽车行驶极限、弯道中侧风作用下汽车侧向倾韶、上坡道迎风作用下汽车行驶极限、下坡道背风 作用下汽车驻坡制动极限、侧风作用下汽车转向稳定性。 其中，车辆侧风效应是需要重点关注解决的问题。它与路面状况(路面与轮胎间的摩擦系数)、道路状 况(弯道、坡道和侧坡)、车型、车速以及风速、风向等因素有关。围绕这些因素的变化，通过分析行驶车 辆的力学性能，即可确定桥面行车安全和舒适性风速标准。 为此，根据气动外形特点选取轿车、客车、卡车和集装箱拖车作为代表车型。运用汽车安全行驶模 型和选取的车型、路面参数，进行各种状态下的行车安全性风速标准分析。按照高速公路在大风大雨天气 大桥行车安全控制车型为微型客车，控制车速为19m／s，仅为8级风。显然，对于风环境极为恶劣的杭州 湾跨海大桥，这一控制风速明显偏低，将严重影响大桥社会经济效益的发挥。因此，必须采取措施以提高 行车安全风速标准，确保大桥与陆路高速公路同等通行能力目标的实现。 16 2009全国桥集安争耐久性与防震减灾学术论坛 1 3防风(减风)设计新措施 为了提高桥面行车风速，需要寻求改善桥面行车的风环境，力求将风对行车的干扰降到最低限度。通 过调研，当前国外桥槊工程采用增设风障是最为有效的技术措施。有鉴于此，借助风洞试验手段和数值风 洞分析技术，研究了不同断面形式和不同透风率的风障对桥面减风效果的影响(图卜1、卜2示意)。 图卜1风洞中的模型照片 图卜2桥面风环境三维仿真分析效果 基于风障型式的调研、风障减风效果研究以及风障设置对杭州湾跨海太桥行车安全的影响分析，结合 大桥工程特点提出了采用风障直接与防撞护栏相结合的型式，并从全桥范围提出了六种风障布设方案。综 合考虑风障对结构空气静力、动力稳定性影响、经济性及景观性、风险水平等因素，经比较．推荐的减风 5m高度的 方案为：在太桥全线将护栏由原设计高I．25m加高至l5m；主桥与高墩区在护栏上再另加设1 OOO至K51+579 弧形风障(总高3m)：同时在里程桩号K50+249 OOO(北航道桥北引桥高墩区起点)的区 域再加设l_5m高度风障；南、北航道桥桥塔两侧