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| (b) |
风洞试验 -正如所有大跨度桥梁的设计一样,空气动力学方面的考虑因素要求设计中进行大量的分析和风洞试验研究如下:
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1:80 标准节段模型试验
该试验用于研究主梁截面的涡激振动响应特性和稳流风作用下的风力系数。导流板的作用和不同的主梁边缘几何形状对主梁结构响应的影响也进行了测试。该试验在丹麦海洋技术学院(Danish Maritime Institute)进行。 |
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1:20 节段模型试验
该试验的目的是检验由上述1:80节段模型试验的结果而采纳的主梁截面的气动力特性。模型尺寸加大后,可以更准确地模拟截面形状和确定导流板的位置。该试验在加拿大国家研究中心(National Research Council of Canada)进行。
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桥塔气弹模型试验
该试验的目的是研究桥塔的涡激振动响应特性和确定必要的措施以降低其振动幅度到可接受的程度,从而尽量减小导致拉索振动的风险。该试验采用了一个1:100的桥塔气弹模型,作为研究桥塔在不同风场状况下的动力响应。试验也是在丹麦进行。 |
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拉索测试
拉索是大桥的重要部份且直接受到风和雨的荷载作用之下。它将在以下两方面对大桥造成影响 :
- 拉索的阻力系数直接反映在大桥的水平承载力中。
- 在风和雨综合作用下产生的大幅度振动可能导致拉索套件的磨蚀和疲劳破坏,并影响桥面交通。
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全桥气弹模型试验
全桥气弹模型试验用于测试湍流风作用下桥梁的抖振响应和颤振及驰振失稳的可能性。桥梁及其周围地形都进行了模拟,桥梁成桥后和部份施工状态下的风载响应都在澳洲墨尔本的蒙纳什大学进行了测试。 |
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| (c) |
湍流强度测量 - 作为昂船洲大桥设计的一部分,需要考虑的关键因素之一就是大桥将要承受的风荷载。为确定风荷载,我们已透过风洞测试和实地测量对大桥所处地点的风况进行彻底研究。
设计昂船洲大桥的结构时必须了解大桥所处地点的具体风荷载。为此,我们在八号货柜码头的一边进行了实地测量,以收集有关风速、风廓线和湍流的资料,同时还进行了地形模型风洞测试,以补充实地测量数据,并将范围延伸至九号货柜码头的一边及八号与九号货柜码头之间的区域。 |
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地形模型测试
大桥附近的地形复杂,包括开放水域、山脉和建筑区域等。为了确立大桥所在地的大气湍流特征,并将不同地点、不同风向的风数据关联起来,我们根据昂船洲大桥四周地形地貌建立了一个 1/1500 比例的模型,然后进行风洞地形模型测试。地形区域覆盖大桥拟建地点方圆约 9 至 10 公里的范围。 |
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实地测量
为了测量大桥所在地的风况,我们实地测量了风湍流强度。实地测量的目的是测量大气风速、风向和湍流,从而取得大桥所在地附近区域的垂直平均风廓线、水平平均风偏差角和单点频谱资料。实地工作包括建造 50 米高的桅杆结构,并在地面以上 30 米和 50 米处安装风力计、气压计、湿度计和温度计,同时需要配备数据记录仪和分析仪。桅杆结构靠近日后在八号货柜码头的桥塔位置。
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| (d) |
海事项目 -
净空高度要求
昂船洲大桥将位于来往葵涌货柜码头的繁忙航道入口,横跨蓝巴勒海峡。为预留足够的通航净空给下一代超级货柜轮船通过,大桥最低拱腹水平定为73.5米(主水平基准)。这也使昂船洲大桥的主梁成为世界上最高的主梁之一。
领航模拟工作坊
其中一个设计上的关键因素是确保船只在大桥施工期间通行无阻,特别须要关键控制的因素是主梁节段从海峡上空进行吊装时的通航要求。主要货柜船进入港口由香港领港会有限公司(HKPA)的领航员引导。在2001年7月举办了一个领航模拟工作坊,并特地邀请了领港会的领航员参与,方便他们熟悉大桥施工期间的种种限制。在工作坊期间,领航员用实时模拟软件,模拟大桥主梁节段吊装时船只进出不同泊位的情况。
船只碰撞试验
由于主塔基础和现有的8号货柜码头及拟建的9号货柜码头海堤仅有小于10米的距离,船只碰撞在设计昂船洲大桥时是一个须要考虑的重要荷载状况。模拟船只碰撞时泥土与结构间的相互作用的研究利用了一个1:200比例的船头及海堤模型放在容器内进行离心机试验。容器放置在一个调校好的离心机内以相当于200倍重力加速度(200g)旋转。
 
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| (e) |
详细设计 - 我们设计大桥时采用了先进电脑软件,以模拟大桥在施工时和全面启用后的各种荷载条件下所表现出的特征。我们模拟了每个施工过程,还模拟了由风环境、潜在地震事件和各种交通荷载模式所引起的复杂效应。此外,我们还利用整座大桥的通用模型来确定所造成的影响。这些数据会在重要阶段更新,以反映随设计演进而出现的最新资料。为了确定大桥不同部位的应力分布及补充通用模型的结果,我们使用了非常详细的局部有限元模型。此外,我们也进行了严格的验证,以确定所有结构件的安全性和性能并符合法定的设计标准。 |
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| (f) |
昂船洲大桥的详细设计过程是在保持大桥外观特色的前提下对"参考方案"进行的优化和发展。
对"参考方案"的主要改进有: |
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取消塔梁固接的结构形式以减小主梁最大悬臂施工时和成桥后在塔上引致的扭矩。 |
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改用横向支座和纵向液压缓冲器联系桥塔和主梁的结构体系,横向支座主要用于控制水平风荷载,液压缓冲器用于控制动力荷载的短期效应比如风和地震荷载效应。 |
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大桥的拉索选用平行钢丝索取代密封钢丝索。 |
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将主梁底部的完全曲线型转为曲线与直线的组合。 |
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将原方案中塔上部118米的一段钢截面改为钢和混凝土之组合截面, 组合截面拥有较大的刚度和阻尼。 |
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