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,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步二等獎2項(排名分別為第二、第九)、省部級科技進步獎一等獎4項(排名分別為第一、一、三、七)等。獲新世紀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“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、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,甚至有較大安全風險等技術(shù)難題,在國家和省部課題資助下,李傳習教授帶領(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“漸進模型法”;研發(fā)了基于解析法與有限元法有機結(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”的逐步推進體系轉(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。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,成倍地擴大了跨纜吊機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)科技進步,促進社會經(jīng)濟發(fā)展。
(本文所涉及數(shù)據(jù)由長沙理工大學(xué)提供)