公示材料-大跨度单肋系杆拱桥关键技术与工程应用公示(张哲)

大连理工大学 

        我单位认真审阅了该项目提名书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关栏目均符合国家科学技术奖励的填写要求。

  按照要求，我单位和完成人所在单位都已对该项目进行了公示，目前无异议。

        该项目提出了小边跨系杆拱桥的新型体系，解决了传统系杆拱桥在向大跨径发展过程中由于刚度减小引起的行车平顺性和强烈振感问题,改善了结构的使用性能，提高了结构的跨越能力。该项目建立了带边跨单肋系杆拱桥侧倾稳定分析的实用计算方法,采取了钢拱肋和预应力混凝土主梁相结合的混合结构单肋系杆拱桥形式，提高了结构的侧倾稳定性，实现了单肋系杆拱桥跨度的突破。该项目提出了混合结构PBL剪力键群的设计计算方法并应用于大跨单肋系杆拱桥中，解决了工程设计中由于缺乏理论依据，盲目设计导致的安全性或经济性问题。改项目研究成果应用于庄河干沟大桥、营口临港工业区滨湖路沙河拱桥的设计与施工过程中，缩短了施工工期，降低了工程造价，取得了良好的经济和社会效益。对照省科学技术进步奖授奖条件，提名该项目为2018年度辽宁省科学技术进步奖二等奖。

项目简介

该项目属于土木建筑技术领域。单肋系杆拱桥具有大方简约、视野通透、受力合理、适应性强等优点，被广泛应用。但是，一方面，系杆拱桥属于外部静定结构，没有限制梁端转动变形的约束，随着跨度 的增大，容易产生梁端较大转角和跨中较大挠度，影响行车平顺性；另一方面，单肋的构造特点使其缺少面外支承，容易发生结构的侧倾失稳。以上两方面原因是制约此类桥梁向大跨径发展的重要因素。为了增加大跨度系杆拱行车平顺性和整体稳定性，该项目通过设计创新、理论分析及试验研究，对大跨度单肋系杆拱桥的关键技术进行了研究。取得了如下创新成果：

1. 提出了小边跨系杆拱桥的新型体系。对传统系杆拱桥进行了改进，在桥梁两端分别增加小边跨，解决了传统系杆拱桥在向大跨径发展过程中由于刚度减小引起的行车平顺性和强烈振感问题，在最大程度减小边跨跨度、降低建设成本的基础上，有效地增加了拱脚的转动约束，控制了主梁的挠度，改善了结构的使用性能，提高了结构的跨越能力。

2. 建立了带边跨单肋系杆拱桥侧倾稳定分析的实用计算方法。利用建立的实用计算方法，分析了影响此类桥梁侧倾稳定性的主要因素，针对其中的最关键敏感参数，采取了钢拱肋和预应力混凝土主梁相结合的混合结构单肋系杆拱桥形式，提高了结构的侧倾稳定性，实现了单肋系杆拱桥跨度的突破。

3. 提出了混合结构PBL剪力键群的设计计算方法并应用于大跨单肋系杆拱桥中。基于模型试验与数值分析，揭示了三维空间布置PBL剪力键群的传力特征，引入了PBL剪力键群设计承载力折减系数和等效传递层数的概念，提出了PBL剪力键群钢混结合段的设计计算方法，解决了工程设计中由于缺乏理论依据，盲目设计导致的安全性或经济性问题。

项目研究解决了单肋系杆拱桥向大跨径发展的技术难题，支撑建设了主跨250m的庄河干沟大桥，并能向更大跨径进一步推广应用。

研究成果发表论文8篇，应用于2座单肋系杆拱桥的建设，节约基金1080万元，经济社会效益显著，推动了我国拱桥技术的进步，推广应用前景广阔。

客观评价

该项目在传统系杆拱桥的基础上，提出了小边跨系杆拱桥的新型体系，改进了传统系杆拱桥的受力性能，提高了统系杆拱桥的跨度。建立了带边跨单肋系杆拱桥侧倾稳定分析的实用计算方法，提出了混合结构PBL剪力键群的设计计算方法并应用于大跨单肋系杆拱桥中。在国际桥梁结构学会（IABSE）会刊(Structural Engineering International)发表论文3篇。    

教育部科技查新工作站(L05)检索国内数据库12个，国外数据库13个，查出与该项目所研究成果密切相关文献或专利篇次26篇(课题组8篇次)，其中英文文献13篇次。经对所查密切相关文献的分析与对比，已见系杆拱桥体系的公开文献报道；除该课题组成员公开发表的文献外，未见小边跨系杆拱桥的新型体系方面研究的公开文献报道，未见基于能量变分原理的系杆拱桥侧倾稳定的实用计算方法的公开文献报道，未见混合结构PBL剪力键群的设计计算方法并应用于大跨单肋系杆拱桥中公开文献报道。

推广应用情况

该项目所研究的成果成功应用于大连市庄河干沟大桥和营口临港工业区滨湖路沙河拱桥工程中，共节约资金1080万元。两座桥梁均顺利通过验收，目前运行状态良好。

                                            主要知识产权证明目录（不超过10件）

知识产权类别

知识产权具体名称

国家

(地区)

授权号

授权日期

证书编号

权利人

发明人

发明专利有效状态

完成人情况

1.姓名：张哲,排序：1/9，职称：教授，工作单位：大连理工大学，完成单位：大连理工大学

对本项目技术创造性贡献：主要负责主持完成本项目，确立了项目研究中所采用的新思路、新理论与新方法，创造性地提出小边跨系杆拱桥体系，对传统系杆拱桥进行了改进，在桥梁两端分别增加小边跨，解决了传统系杆拱桥在向大跨径发展过程中由于刚度减小引起的行车平顺性和强烈振感问题。

2.姓名：檀永刚,排序：2/9，职称：副教授，工作单位：大连理工大学，完成单位：大连理工大学

对本项目技术创造性贡献：提出了混合结构PBL剪力键群的设计计算方法，引入了PBL剪力键群设计承载力折减系数和等效传递层数的概念，提出了PBL剪力键群钢混结合段的设计计算方法，解决了工程设计中由于缺乏理论依据。

3.姓名：王会利,排序：3/9，职称：副研究员，工作单位：大连理工大学，完成单位：大连理工大学

对本项目技术创造性贡献：基于能量变分原理，建立了单肋连续系杆拱桥侧倾稳定的实用计算方法，利用该方法研究了影响此类结构侧倾稳定性的主要因素，针对其中的最关键敏感参数，采用了钢拱肋与预应力混凝土拱肋相结合的混合结构单肋系杆拱桥形式，提高了结构侧倾稳定性。

4.姓名：石磊,排序：4/9，职称：高级工程师，工作单位：大连理工大学，完成单位：大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司

对本项目技术创造性贡献：参与完善混合结构PBL剪力键群的设计计算方法，优化PBL剪力键群的构造形式，建立了多层PBL建立键群的数值模型，利用非线性有限元数值模拟试验研究了三维空间布置PBL剪力键群的传力特征。

5.姓名：余报楚,排序：5/9，职称：教授，工作单位：大连海洋大学，完成单位：大连海洋大学

对本项目技术创造性贡献：参与PBL剪力键群的计算分析，利用非线性有限元数值模拟研究了三维空间布置PBL剪力键群的传力特征。

6.姓名：潘盛山,排序：6/9，职称：副教授，工作单位：大连理工大学，完成单位：大连理工大学

对本项目技术创造性贡献：参与小边跨系杆拱桥体系的优化，基于吊杆膜化的假定，利用力法求解出最不利工况下边跨端支点的支反力，以端支点不出现负反力作为条件，推导得到连续系杆拱桥边中跨比的计算公式，研究了主梁、拱肋及吊杆三者相对刚度对连续系杆拱桥边中跨比的影响。

7.姓名：王骞,排序：7/9，职称：副教授，工作单位：大连理工大学，完成单位：大连理工大学

对本项目技术创造性贡献：从材料强度极限和结构侧倾稳定两方面考虑，推导了单肋系杆拱桥的理论极限跨径计算公式，分析讨论了常见材料等级情况下结构的极限跨径。

8.姓名：谭岩斌,排序：8/9，职称：工程师，工作单位：大连理工大学，完成单位：大连理工大学

对本项目技术创造性贡献：参与小边跨系杆拱桥体系的模型试验。

9.姓名：耿铁锁,排序：9/9，职称：工程师，工作单位：大连理工大学，完成单位：大连理工大学

对本项目技术创造性贡献：参与PBL剪力键群的模型试验。

完成单位

及创新推广贡献

1.大连理工大学

在本项目研究过程中，大连理工大学为本项目的负责单位，主要贡献体现在：

（1）提出了改进的小边跨系杆拱桥的结构新形式。

（2）建立了单肋连续系杆拱桥侧倾稳定的实用计算方法。

（3）对项目进行全程管理、监督和指导，合理部署工作方案。

（4）组织专家对项目的实施设计、项目成果报告进行论证、审查，对项目的实施过程和完成质量进行检查和监督。

（5）负责研究成果的推广应用。

2.大连海洋大学

在本项目研究过程中，大连海洋大学主要贡献体现在：

（1）引入了PBL剪力键群设计承载力折减系数和等效传递层数的概念，建立了多层PBL建立键群的数值模型，利用非线性有限元数值模拟试验研究了三维空间布置PBL剪力键群的传力特征。

（2）提供部分软件为项目大量的模拟计算与数据的计算与整理提供大量切实的帮助。

3.大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司

在本项目研究过程中，大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司主要贡献体现在：

（1）优化PBL剪力键群的构造形式，提出了混合结构PBL剪力键群的设计计算方法。

（2）研究成果的推广应用。

完成人合作关系说明

大连理工大学与大连海洋大学、大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司联合申报2018年辽宁省科学技术进步奖，完成人合作关系说明如下：

1. 大连理工大学张哲课题组（张哲、檀永刚、王会利、潘盛山、王骞、谭岩斌、耿铁锁）完成了庄河干沟大桥和营口彩虹桥的设计和科研任务。张哲课题组总体负责本项目，负责总体研究方案与思路的设计，负责对项目进行全程管理、监督和指导，合理部署工作方案和技术成果的推广应用。

2.大连海洋大学余报楚与张哲课题组合作项目为“连续梁拱桥拱肋钢-混凝土结合段应力计算分析”，合作时间为2015年7月30日至2015年10月30日。负责多层PBL建立键群的数值模型，利用非线性有限元数值模拟试验研究了三维空间布置PBL剪力键群的传力特征。

3.大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司石磊与张哲课题组共同完成了庄河干沟大桥和营口彩虹桥的设计和科研任务，负责研究成果的推广应用。

4.提交总报告成果及验收事宜，由大连理工大学总体负责，大连海洋大学、大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司协助完成；所得数据各方共享；申报奖项时，各方协商联合申请。