科技日报记者 矫阳
9月15日，世界桥梁领域又一里程碑式工程——福（州）至厦（门）高速铁路泉州湾跨海大桥主塔正式封顶。
据中国铁建第四勘察设计院集团有限公司（简称“铁四院”）福厦高铁指挥长李平卓介绍，福厦高铁泉州湾跨海大桥全长20.3公里、主跨400米，是国内外首座高铁跨海大桥；设计行车时速达350公里，为世界最高；世界第四长跨海铁路大桥；全球首座采用免涂装耐候钢的大型跨海工程。
以时速350公里速度行驶，大桥设计如何在台风下保持稳固？如何解决涡振？大海洋环境下，腐蚀问题怎么处理？大地震来了，桥梁能经受住吗？
“大桥设计面临多项技术挑战。”铁四院福厦高铁泉州湾跨海大桥设计负责人曾甲华说，跨海高铁大桥，设计最关键是抗风以及保持高速行驶，否则桥梁会因风产生严重的横向晃动和上下震幅（涡振）现象。
泉州湾位于沿海高风速带，风速大，风况复杂，全年6级及以上风力天数达91天。铁四院技术团队在大桥设计中采用大量新结构和新技术。
“设计主梁采用流线箱形结构；通航孔主桥采用主跨400米双塔钢-混组合梁斜拉桥，两侧深水区引桥总长约4.3公里、采用3-70米无支座整体式刚构桥，为国内外铁路桥梁首次采用。”中国铁建铁四院桥梁院总工程师严爱国说。
这些结构设计，使风场漩涡流畅绕开桥体，减少了复杂风环境下的风致振动，避免了虎门大桥等国内桥梁今年发生的异常涡振现象。根据系列风洞试验等验证，泉州湾跨海大桥可抵抗12级强台风，涡激振动幅度控制在惊人的5毫米以内。
新结构、新技术的采用，使福厦高铁达到全线时速350公里运营目标，过跨海大桥不再减速，达到在不设风屏障等防风措施下，动车在8级大风下以时速350公里速度行驶不限速、11级暴风下不封闭交通的目标。
除了抗风，在海洋气候高盐高湿腐蚀环境下，如何保证高速铁路跨海大桥长效防腐耐久？这是设计面临的又一个难题。
针对海洋环境下桥梁重要结构的锈蚀问题，铁四院设计团队联合鞍钢集团，在全国首次为大桥索塔钢锚梁和支座选用耐海洋大气腐蚀钢；免涂装（不涂油漆）、不设除湿系统，为全球首座采用免涂装耐候钢的大型跨海工程，适应了高盐高湿的海洋腐蚀大气环境。
“通过反复比选和验证试验，成功研制了镍系耐海洋大气腐蚀钢、配套高强螺栓及焊接材料，基于钢材自身生成致密稳定的钝化锈层，阻止氯离子渗透。”严爱国说，项目课题成果体现“以锈制锈”理念，达到海洋环境下桥梁全寿命期的长效防腐效果。
鞍钢集团钢铁研究院结构钢室主任杨颖教授级高工表示，福厦高铁泉州湾跨海大桥项目，打破了免涂装耐候钢只能应用在普通大气环境和滨海环境（离海岸线1公里以上）的世界技术格局，推动了世界耐候钢桥的发展，实现“免涂装、绿色耐久、锈色之美”的绿色全寿命设计。
泉州湾高铁跨海大桥地处台湾海峡西岸，属地震高烈度区，从概率上具备发生8级强震的可能性。
如何解决长联高墩跨海大桥的抗震设计难题？
“设计团队研制采用了纵向粘滞阻尼器、可剪断的耐候双曲面球型钢支座、金属阻尼器的综合减隔震体系及技术；采用无支座整体刚构桥，实现长联高墩桥梁的柔性高墩、梁部体系协同受力，解决了地震高烈度区长联高墩大跨桥梁的抗震设计难题。”曾甲华说。
福厦高铁泉州湾大桥设计还充分融入海洋元素。桥塔采用了贝壳形曲线桥塔，寓意为“泉州作为福建省经济第一强市、古代海上丝绸之路的起点及当时的东方第一大港”，将在21世纪海上丝绸之路的发展契机下，扬帆起航，重现海上贸易和世界大港的辉煌。
专家认为，福厦高铁泉州湾跨海大桥将推动我国大跨度高速铁路、跨海桥梁的技术发展，成为中国高速铁路2.0版的代表性工程之一、世界桥梁领域的里程碑式工程。
编辑：张爽
审核：王小龙