近日，我院桥隧与地下工程系张文明副教授承担的“常泰长江大桥风与温度组合效应研究”项目顺利通过专家评审验收。该项目是常泰长江大桥设计阶段支撑性科研专题之一。项目成果助力大桥设计，并为大桥节省投资约5000万元。常泰长江大桥是一座主跨1176m的斜拉桥（图1），建成之后将是世界上最大跨度的斜拉桥。
图1 常泰长江大桥效果图
大跨度斜拉桥高耸的桥塔和密集的拉索使其对风荷载敏感，而三/多跨连续的超长主梁使其对温度作用敏感。随着斜拉桥跨径的不断增长，风和温度荷载效应在总效应中的占比愈发增大。设计时大风和极端温度荷载直接叠加的组合方式忽略了风-温相关性，造成巨大的材料浪费，且限制了斜拉桥跨度的进一步发展，因此有必要对风和温度荷载进行适当折减。本项目基于风-温相关性开发了确定大跨度斜拉桥风与温度作用组合系数的成套方法（图2），突破了含风向（圆型变量）高维数据联合概率分布精确建模的难题。在此基础上，基于风-温两变量重现期等于其单变量设计重现期的思想，发展了风与温度作用联合值的确定方法。进一步增加风向维度后，提出了条件Kendall重现期的概念，开发了不同风向条件下风与温度作用条件联合值的计算方法。
图2 “常泰长江大桥风与温度组合效应研究”项目的部分成果
在研究成果得到应用后，经委托单位----中铁大桥勘测设计院有限公司测算，大桥上塔柱纵向弯矩降低10%，下塔柱轴力降低2%，纵向弯矩降低6%～10%，基础纵向弯矩降低8%，结构内力改善明显；梁端纵向位移幅度由1904mm降至1590mm，降幅16.5%，降低了对伸缩缝、支座的伸缩能力需求。大桥设计总负责人秦顺全院士在向业主单位汇报时指出本项目成果的应用为大桥节省造价约5000万元。本项目成果大幅节约了桥梁建设成本，成功解决了常泰长江大桥设计阶段风与温度作用组合系数取值的困扰，为大跨度斜拉桥设计中的可靠性与经济性权衡问题提供了新举措。
常泰长江大桥由中铁大桥勘测设计院有限公司设计，位于泰州长江大桥与江阴长江大桥之间，南北连接常州市与泰兴市。距离泰州大桥约28.5km，距离江阴大桥约30.2km。常泰长江大桥主航道桥采用主跨1176m的公铁两用钢桁梁斜拉桥，半漂浮体系，跨径布置为142+490+1176+490+142＝2440m。建成后将超越俄罗斯的Russky大桥（主跨1104m）成为世界上最大跨度的斜拉桥。目前，大桥主塔墩钢沉井已经下沉到位，主塔基础第一层承台混凝土浇筑完成，标志着沉井基础水下施工全部完成，全面转入水上承台及塔柱施工。
（图文：桥隧与地下工程系）
