不久前举行的上海市2018年度科学技术奖励大会上，我校土木工程防灾国家重点实验室主任葛耀君教授领衔的“双主跨缆索承重桥梁的动力特性优化和风致振动控制”荣获科技进步一等奖。“成果体现了大跨径双主跨缆索承重桥梁的先进设计理念，为国际桥梁技术的进步做出了中国贡献。其中，‘双主跨悬索桥颤振振型转捩机理’和‘风嘴和上/下稳定板组合颤振气动控制技术’属国际首创，项目成果总体达到国际领先水平。”评审专家表示。

葛耀君介绍，双主跨缆索承重桥梁是在单主跨缆索承重桥梁的基础上，为了提升跨越能力增加一个主跨而提出来的一种新的三塔桥梁结构，包括双主跨斜拉桥和双主跨悬索桥。三个桥塔中的两个边塔可以借助背索的墩锚作用具有很大的刚度，但中塔无法像两个边塔一样借助墩锚的直接支撑作用提供刚度，使得双主跨缆索承重桥梁的整体刚度下降、动力特性劣化、风致振动加剧。

在国家高技术研究发展计划（863计划）和国家自然科学基金以及三个国家重大工程等项目支持下，基于我国大跨度双主跨缆索承重桥梁建设的重大需求和关键技术，项目组从动力特性优化和风致振动控制两方面开展理论和试验研究，形成了5项主要创新内容及相关技术，成功解决了武汉二七长江大桥、马鞍山长江大桥等6座双主跨缆索承重桥梁的动力特性和风致振动问题，为我国大跨度桥梁的建设与发展提供了强有力的科技支撑。

“武汉二七长江大桥是全世界最大跨度的双主跨斜拉桥，两个主跨各为 616米。”葛耀君说，按照单主跨斜拉桥的桥塔刚度 K 设置为中塔，计算确定双主跨斜拉桥（双主跨+1K 中塔）的自振频率，发现单主跨斜拉桥一阶振型会衍生出双主跨斜拉桥两阶振型，并且频率大幅下降。在此基础上，项目组进一步发现了双主跨斜拉桥随中塔刚度增大改善动力特性的规律，提出了改善双主跨斜拉桥动力特性的方法，实现了提高双主跨斜拉桥动力特性的效果。“对于双主跨斜拉桥，中塔刚度越大动力特性越好，但是中塔刚度越大、造价也越高，为了兼顾经济性，我们提出了双主跨斜拉桥中塔采用 4 倍边塔的刚度，并在武汉二七长江大桥中得到了成功应用。”

“马鞍山长江大桥是全世界最大跨度的双主跨悬索桥之一，两个主跨各为 1080米。”葛耀君介绍，对于双主跨悬索桥，存在着一个主跨满布活载、另一个主跨没有活载的极端不对称加载所引起的中塔塔顶主缆与鞍座之间的抗滑移安全问题，“当双主跨悬索桥跨度大于 1500米 时，由于活载所占总荷载的比例很小，此时中塔刚度越大越好；当跨度等于 1080米 时，必须依靠中塔弹性变形平衡一部分不平衡力，显然中塔刚度就不是越大越好。”针对这一问题，项目组建立了双主跨悬索桥基于中塔抗滑移安全性的中塔刚度计算模型，提出了基于结构动力特性和抗滑移安全的中塔刚度优化方法，实现了优化双主跨悬索桥动力特性的效果。据悉，该成果成功应用于马鞍山长江大桥、武汉鹦鹉洲长江大桥。

同时，在马鞍山长江大桥全桥气弹模型（缩尺比 1:211）风洞试验中，项目组在国际上首次发现了双主跨悬索桥颤振振型转捩现象，揭示了双主跨悬索桥颤振振型转捩机理；提出了取消梁底工字钢轨道的颤振和涡振气动控制方法，解决了双主跨悬索桥涡振的难题。
“武汉鹦鹉洲长江大桥采用钢与混凝土结合梁π型主梁断面，节段模型和全桥模型风洞试验中，在很低风速下都出现了‘硬颤振’，无法满足颤振安全性要求。”为此，项目组发明了风嘴和上/下稳定板组合颤振气动控制技术，揭示了π型主梁颤振失稳的驱动机理和组合气动控制的抑振原理，显著提高了π型主梁颤振稳定性，解决了双主跨π型主梁悬索桥颤振失稳的难题。

项目组还发现了双主跨斜拉桥中塔两侧主梁双悬臂施工中的抖振安全问题，“传统的单主跨斜拉桥主梁悬臂施工中，可通过边跨辅助墩使最大双悬臂长度减小。双主跨斜拉桥中塔两侧主梁双悬臂施工时，无法利用边跨辅助墩。”葛耀君介绍，针对这一问题，项目组提出了双悬臂施工阶段增设单侧临时墩的风振控制方法，显著减小了中塔主梁双悬臂端部的风振位移和根部的风振内力，解决了双主跨斜拉桥施工阶段风振强度和刚度的问题，并在武汉二七长江大桥施工中付诸实施，确保了中塔双悬臂施工的安全。

上述成果共授权专利6项、计算机软件著作权5项，出版专著3部，发表SCI/EI收录论文40多篇。据悉，成果直接应用于武汉二七长江大桥、马鞍山长江大桥和武汉鹦鹉洲长江大桥，节约建设投资1.42亿元，近三年年均通行费收入10.19亿元；并推广应用于泸州长江六桥、温州瓯江北口大桥和舟山舟岱大桥等，经济效益和社会效益显著，具有广泛的推广应用价值和国际竞争优势。（魏丹）