複雜懸索橋施工控制計算理論與架設技術及其應用

　　主要完成單位：長沙理工大學，湖南省高速公路建設開發總公司，廣東省長大公路工程有限公司，湖南理工學院

　　主要完成人：李傳習，柯紅軍，董創文，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年度湖南省科學技術獎勵大會上，由長沙理工大學土木與建築學院院長李傳習教授主持，湖南省高速公路建設開發總公司，廣東省長大公路工程有限公司，湖南理工學院共同實施的“複雜懸索橋施工控制計算理論與架設技術及其應用”榮獲湖南省科技進步一等獎，充分展示出長沙理工大學卓越的自主創新能力、強大的科研實力及産學研結合的優秀組織模式。

　　項目第一完成人李傳習教授自1987年參加工作以來，一直致力於橋梁工程新技術、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。發表高水準學術論文近200篇，被SCI、EI收錄論文40余篇，出版專著3本，編寫規範2部，先後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，湖南省高校學科帶頭人後備人選，長沙理工大學橋梁與隧道工程博士點“橋梁工程新技術、新工藝”研究方向的學術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、連續梁橋及連續剛構等橋型，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、連續梁橋、連續剛構橋的施工優化、控制技術研究，及世界上係桿不能通過張拉拆除的柔性係桿拱橋—佛山佛陳大橋的係桿更換、長沙黃柏瀏陽河大橋異型拱橋的設計等橋梁科研和設計工作，取得了豐富的研究成果，創造性地將斜拉橋的施工控制與神經網路理論結合起來，提出並實施了係桿拱橋係桿更換的“半可視鋸斷法”施工工藝，提出並應用了收縮、徐變效應計算的“時變止效應”理論，提出了鋼箱梁頂推柔性橡膠滑道，開發了能考慮各種幾何非線性因素影響高效精細橋梁計算軟體和能計入已發生的施工誤差、不僅適應于設計，而且適應于施工控制的大跨度橋梁計算軟體等，解決了多座特大橋的建設中許多理論和關鍵技術問題，取得了顯著的社會、經濟效益。

　　近10年來，由於起點高、造型美、創意新的複雜懸索橋（即纜索系統可採用自錨、空間纜或懸吊—斜拉組合等形式，加勁梁可採用鋼、砼或者鋼—砼組合等材料的懸索橋）設計在我國多地不斷涌現，李傳習教授將研究重點轉移至懸索橋。為避免複雜懸索橋建造發生施工不順、不必要資源與時間消耗大、成橋線形和內力分佈品質不高等工程問題，針對其施工控制精細計算的現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、體系轉換（吊索張拉）和加勁梁架設的已有或常規施工技術存在工時長、投入大、適應範圍窄，甚至有較大安全風險等技術難題，在國家和省部課題資助下，李傳習教授帶領課題組和合作單位開展聯合攻關，歷經八年多，得以有效解決，並形成了以下具有國際領先水準的創新成果。

　　1）構建了複雜懸索橋施工控制精細計算理論，研發了具有自主智慧財産權的軟體。發現了索段狀態方程無解情形，提出了帶懲罰因子的搜索演算法；創立了空間纜索鞍座設計位置確定的分離計演算法；導出了各情形索單元桿端力公式，構建了“時變止效應”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確定的“漸進模型法”；研發了基於解析法與有限元法有機結合的複雜懸索橋非線性分析軟體，顯著提高了計算效率和精度，極大豐富和發展了懸索橋主纜找形理論和非線性有限元理論。

　　2）發明瞭複雜懸索橋主纜架設與體系轉換系列關鍵技術。發明瞭垂度適應性廣的主纜（及貓道承重索）架設簡便精細調索技術，實現了索股精調的簡便高效；發明瞭自錨式懸索橋的散索套無支撐體系轉換技術和中跨斜拉—邊跨懸吊三塔組合索橋的“先合梁後架纜”體系轉換技術，提出了雙塔大橫向傾角自錨式懸索橋的少臨時索體系轉換技術、雙塔三跨自錨式懸索橋“邊中共進”的逐步推進體系轉換技術，顯著減少了施工步驟及體系轉換投入，大幅降低了施工安全風險。

　　3）研發了鋼梁頂推架設的相位變換技術與單模數搜索合成法，發明瞭鋼梁大偏角吊裝的跨纜吊機。研發了鋼梁頂推架設的無應力構形拼接自適應控制的相位變換技術，創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搜索合成法，以節省時間和資源消耗，保證了頂推梁體無應力構形高精度實現和變曲率豎曲線梁體安全就位；發明瞭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準距離範圍，適應性顯著增加。

　　“複雜懸索橋施工控制計算理論與架設技術及其應用”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中應用，解決了其架設和控制中關鍵技術問題，確保了這些具有世界影響且各具特色特大跨橋梁高品質、高效、安全建成，且應用前景廣闊，有力促進了由橋梁大國向強國轉變。項目獲軟體著作權3項；納入行業規範（送審稿）1部；發表論文70余篇（SCI11篇，EI18篇），出版專著1部；培養博士、碩士40余名；顯著推動行業科技進步，促進社會經濟發展。

　　（本文所涉及數據由長沙理工大學提供）