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项目年度编号
1100390006
成果公布年份
2010
成果简介
发现、发明及创新点：天津永乐桥110m直径全柔性轮辐索式轮盘摩天轮的设计与建造：天津永乐桥110m直径的全柔性轮辐索式轮盘摩天轮，是中国最大的全索结构摩天轮。将摩天轮建于水上，并与桥梁结合在一起的结构设计，则为世界首创，其“建筑造型不变、桥轮结构分离”的设计方案，使该工程得以顺利继续实施。其集交通、商业、游乐和观光功能为一体的新颖独特的建筑造型，也使天津永乐桥摩天轮成为世界上独一无二的城市地标。摩天轮轮轴与轴承的设计研发：通过对摩天轮整体结构进行分析，选择了桥轮结构分离的整体方案后，从而减小了横梁断面，给出了合理可行的轮轴和轴承的结构形式。轴承结构由最初设计的方轴回转支承→方轴天平支承→圆轴三排圆柱滚子回转支承，使轴承外径由最初的φ7.4m→现在的φ3.4m，实现了可行、可靠、经济、耐用的目的，是一技术创新。天津永乐桥摩天轮承台承载性能的研究：摩天轮人字塔架的几千吨竖向荷重和水平荷载均通过内倾的钢结构人字架的四个塔脚传入混凝土承台基础内的设计，对于大型钢结构到混凝土结构的结构设计及力的疏导和传递，有十分重要的指导意义。水上67m高、3200t重摩天轮钢人字塔架及轮轴的组对安装施工方法的研究与实施：为满足摩天轮轮轴毫米级水平度和同轴度的精度要求，摩天轮钢结构人字塔架的制作与安装精度要求很高。对此，项目部编制了《钢结构人字塔架安装方案》，并组织相关施工、设计、科研单位进行论证和专家评审通过后予以实施。利用自制大型河中提升门架进行水上67m高、3200t重大型钢结构人字形塔架及14m长、135t重主轮轴梁的同步组对吊装的施工工艺方法与实施，是国内外罕见的。大型河中提升门架的制造与应用：由于钢人字塔架横跨在90m宽的海河上，连接两个塔架的摩天轮轮轴梁长14m，外径约4m，重135多吨，位于67m高的海河中心的上空，在岸上使用大型吊车进行吊装几乎是不可能的，而受海河通航的限制，大型浮吊也无法进驻现场，因此，决定摈弃传统的满堂红支架法，自行设计并在河中搭设一个大型提升门架，高度达到72m，通过使用该门架成功地完成了组对、吊装高67m，断面为4m×3.5m、总重3200t的重型钢箱柱体摩天轮人字塔架，以及吊装组对直径2.8m、长度14m、重约135t的摩天轮轮轴梁于64m的高空，从而减少钢结构在空中组对、焊接的工程量，达到保证质量、降低费用与缩短工期的目的。这在施工方法上是一个技术创新。“大型轮辐式摩天轮轮盘牵引旋转立式逐段拼装安装法”：永乐桥摩天轮采用纯轮辐索式结构轮盘，在国内超过100m直径的大型摩天轮中尚属首次。天津永乐桥摩天轮骑跨于河中待建桥的上方，由于受场地和支架结构形式条件限制，既不能像“伦敦眼”摩天轮那样采用整体水平拼装法，也不能像全桁架式摩天轮那样采用从中心向外逐圈旋转的立式安装法，更不可能像在地面那样使用大型吊车或水中使用浮吊来进行安装。对此，课题组利用摩天轮自身支撑结构和设计专用的临时支撑梁，在其结构高点处设立悬挂吊点，通过卷扬机起吊的办法将所有轮盘结构的24节轮箍、64根钢索、12根临时支撑梁以及销轴等向60余米的高空输送；将轮盘等分为24节段，用卷扬机牵引单向旋转逐段组对轮箍及张拉轮索，从而形成了“大型轮辐式摩天轮轮盘牵引旋转立式逐段拼装安装施工法”。解决了轮盘索柔性结构安装过程中结构刚度较小的问题，增强摩天轮安装过程中轮盘的稳定性，保证了摩天轮的安装精度。这为摩天轮轮盘的安装方法开辟了新的思路，具有特别的意义。该安装方法已经总结提高，现已形成《大型轮辐式摩天轮轮盘牵引旋转立式逐段拼装安装施工工法》，是该工程的又一大施工方法的技术创新。摩天轮轮盘安装的过程监控监测：施工监控是一个“预告-施工-测量-识别-修正-预告”的循环过程。施工监控采用预测控制法，即在全面考虑影响结构状态的各种因素和施工所要达到的目标任务后，对结构的每一个施工阶段形成前后状态进行预测，使施工沿着预定状态进行。由于预测状态与实际状态之间总有误差存在，某种误差对施工目标的影响则在后续施工状态的预测中予以考虑，以此循环直到施工完成和获得与设计相符的结构状态。通过建立分析计算模型，使用有限元程序完成先期空间仿真分析结构的方法，也是首次成功地运用于直径110m的大型全柔性轮辐索式摩天轮的建造工程，建模理论和空间仿真分析关键技术上也取得了丰富的创新性成果。桥梁与摩天轮整体动力响应研究与试验：永乐桥是世界上首座将桥梁和摩天轮建造在一起的建筑物，除了交通功能以外，其商业功能和观光功能同样重要。永乐桥工程结构形式新颖，受力状态极其复杂，且大量游览观光的人群会较长时间驻留在桥下商业空间和步行街道上，桥梁结构的安全性和观光人群的舒适性非常重要，因此迫切需要对桥梁结构进行全面的静力、动力性能分析。该项目是对永乐桥进行桥轮整体动力响应研究，与设计应遵循的相关规范以及国内外相关标准的有关规定进行比较和分析，及时地对设计和施工提出合理的建议，从而为评价永乐桥桥梁结构的振动安全性和桥梁下层商业空间内游览观光人群的舒适性提供可靠的理论依据，同时在完善该类桥梁结构的设计理论和施工技术上是一个创新。主动平衡式摩天轮轿厢的设计研发与形式试验：已成批制造应用在永乐桥摩天轮上的带阻尼伺服动力平衡系统式轿厢，很好地实现了主动式平衡，在高空运行起来平稳、舒适，使乘客有“如履平地”的感觉。
完成人
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