港珠澳大橋120年壽命如何確定?每組構(gòu)件試驗(yàn)400萬次
2018-10-25 來源：成都商報
10月24日9時，港珠澳大橋正式通車運(yùn)營，這是中國建設(shè)史上里程最長、投資最多、施工難度最大的跨海橋梁，其設(shè)計(jì)使用壽命為120年。
港珠澳大橋（東方IC資料圖）港珠澳大橋（東方IC資料圖）
看到通車運(yùn)營消息，四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院（以下簡稱四川建院）結(jié)構(gòu)技術(shù)中心主任何偉十分激動。“我們有幸能夠參與國家項(xiàng)目，很激動，也倍感驕傲。” 6年前，西南交通大學(xué)（以下簡稱西南交大）與四川建院在德陽就港珠澳大橋正交異性橋面板疲勞性能進(jìn)行試驗(yàn)，大橋鋼橋面板120年設(shè)計(jì)壽命試驗(yàn)是由四川建院結(jié)構(gòu)技術(shù)中心完成的。10月24日，何偉向成都商報記者講述了試驗(yàn)過程。
難題：使用120年
普通橋梁規(guī)范使用年限是100年
試驗(yàn)內(nèi)容是當(dāng)時教科書里沒有的
四川建院結(jié)構(gòu)技術(shù)中心，是6年前進(jìn)行試驗(yàn)的場所，當(dāng)年按照設(shè)計(jì)圖紙縮小一定比例建造的試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭黧w結(jié)構(gòu)，如今仍然保留在此。
“我們的試驗(yàn)就是檢測其設(shè)計(jì)壽命期限內(nèi)是否會出現(xiàn)疲勞開裂。”何偉介紹，經(jīng)過長達(dá)半年的試驗(yàn)后，監(jiān)測到的數(shù)據(jù)均驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性，使用120年沒問題。
據(jù)介紹，該中心和港珠澳大橋結(jié)緣于2012年。當(dāng)年，港珠澳大橋橋面疲勞性能研究項(xiàng)目由中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司委托西南交大和四川建院聯(lián)合完成，試驗(yàn)交由該院結(jié)構(gòu)技術(shù)中心。試驗(yàn)的目的，就是檢測港珠澳大橋120年設(shè)計(jì)壽命期限內(nèi)橋面板是否會出現(xiàn)疲勞開裂。
該中心也是川內(nèi)為數(shù)不多能做該試驗(yàn)的機(jī)構(gòu)，擁有目前先進(jìn)的MTS793試驗(yàn)系統(tǒng)。
何偉描述了當(dāng)時的具體過程，“橋面板疲勞性能，具體講就是研究大橋使用的正交異性鋼面板在使用中是否會出現(xiàn)疲勞開裂。”何偉說，試驗(yàn)用的鋼橋面板就是目前港珠澳大橋正在使用的，它具有自重輕、極限承載力大、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)就是會出現(xiàn)疲勞開裂。橋面板疲勞性能測試就是不斷地經(jīng)過汽車碾壓，看面板是否會開裂。
在何偉看來，試驗(yàn)要解決的疲勞開裂問題是一個世界性難題。普通橋梁規(guī)范使用年限是100年，特大橋梁的規(guī)范使用年限為120年，要多用20年，其正交異性橋面已經(jīng)超出了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，“在當(dāng)時的教科書、行業(yè)規(guī)范中都沒有。”
數(shù)據(jù)：約400萬次
每組構(gòu)件循環(huán)荷載反復(fù)試驗(yàn)
次數(shù)超普通橋梁2倍
試驗(yàn)進(jìn)行了半年之久，最終，試驗(yàn)結(jié)果表明，120年設(shè)計(jì)壽命沒有問題。
“正交異性橋面板的尺寸、厚度、倒角弧度不一樣，都會影響使用壽命。”何偉介紹，變化的荷載也會讓橋梁產(chǎn)生疲勞。他說，打個不恰當(dāng)?shù)谋扔鳎拖褚粋€人能挑100斤，讓他挑100斤沒問題，但讓他挑80斤走上幾十公里，他就會疲勞。
“中心用MTS793試驗(yàn)系統(tǒng)對它進(jìn)行正弦波荷載加載，波峰值大約給幾十噸的力，波谷大約給幾噸的力，這樣循環(huán)往復(fù)地進(jìn)行荷載試驗(yàn)，最終得出結(jié)論。”何偉介紹。半年時間里，每組構(gòu)件循環(huán)加載進(jìn)行了約400萬次，而一般橋梁的一組構(gòu)件，可能就試驗(yàn)200萬次。
這項(xiàng)與西南交通大學(xué)的共同研究成果，進(jìn)入了統(tǒng)編教材和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在行業(yè)中全面推廣，“這也是我們學(xué)校全面創(chuàng)新改革和推進(jìn)職業(yè)教育轉(zhuǎn)型升級的成果。”何偉說。
