首届“欧维姆预应力工程设计奖”优秀奖项目简介一、厦门海沧大桥预应力锚碇体系设计：
厦门海沧大桥是国家“九五”重点工程，该桥连接厦门东渡码头和大陆海沧开发区，是大陆与厦门本岛第二条重要通道。工程包括东航道桥（主桥）、西航道桥、引桥、引道、互通立交等，全长5927.47m。大桥按双向六车道设计，桥梁宽度32m，计算行车速度为80km/h。
东航道桥是世界上首座三跨连续全漂浮体系钢箱梁悬索桥，其锚碇主缆锚固系统采用了国内首次研制生产的悬索桥成套预应力钢绞线锚固系统，这种系统具有构造简单、受力明确、节省钢材、施工方便等特点，是一种值得推广的新型锚固系统。其设计特点如下：
１、该锚固系统具有用钢量省（约省1100吨），可供选择的锚具的规格多，工艺成熟，张拉吨位大，定尺长度大等优点。
２、本桥主缆由4×110个锚固单元组成的预应力锚固系统锚固，锚固长度18.08m。每个锚固单元由二套拉杆组装件，一块联接垫板、一块辅助垫板和二套预应力钢绞线锚具组装件组成。
３、锚固系统的拉杆、螺母、球面螺母的螺纹均采用《军用ＭＪ螺纹标准》，拉杆、螺母、球面螺母的螺纹疲劳强度提高20%~40%；联接垫板处的螺母、垫圈采用球面垫圈，可自动调整螺母与垫圈的承力面，保持其有效接触面积，同时能克服因制作、安装上的误差引起的拉杆角度偏差，避免偏载引起拉杆受弯，减少局部应力集中，提高螺纹的使用寿命。
４、索股锚头处的拉杆设计有加长螺纹，以调节主缆索股的制作、安装误差，最大调节量为±400mm。经静、动载试验证明拉杆组装件强度满足设计要求。
５、预应力钢绞线锚具组装件由预应力钢绞线、锚具和预埋钢管组成。前锚面为张拉端，后锚面为固定端锚头。
厦门海沧大桥锚碇采用了国内首次成功开发研制的悬索桥成套预应力锚固系统、倒坡箱形浅埋扩大基础及空腹三角形框架，缩短锚碇施工工期约７个月，减少基坑挖方约７万方，节省混凝土数量约3.3万方，节省造价约4700万元，取得了明显的经济效益。二、京山线沙河特大桥体外预应力技术加固预应力混凝土梁设计
北京至山海关线沙河特大桥位于马柳至杨各庄站之间，全长1435m。上部结构为11孔23.8m、38孔31.7m预应力混凝土简支T梁及1孔20m钢筋混凝土梁。1982年投入运营，出现预应力梁上拱度过大（实测最大上拱度为159mm）、列车通过时梁体横向振幅偏大等问题，为此采取了限速等临时措施，但对京山线全线提速造成很大影响。
鉴于京山线行车繁忙，全桥换梁费用大、影响铁路运输，操作也十分困难。铁道科学研究院工程设计院承担了“京山线沙河特大桥预应力混凝土梁提速加固设计研究”项目，在广泛收集资料、结合理论计算分析及大量试验、并借鉴以往铁路桥梁加固经验的基础上，在我国铁路实桥上首次大量采用体外预应力技术，实现了在不中断运营条件下对既有铁路预应力混凝土梁的提速加固改造。沙河桥24孔预应力混凝土梁的提速改造工程于2000年8月完成，目前已经安全运营三年。
为确保运营安全、制定合理的加固设计方案进行了以下科研、试验工作：
① 桥上实体梁抗裂性能、有效预应力的试验研究；
② 原有梁增设体外预应力后加固效果试验研究；
③ 带折角的体外预应力束及配套夹片式锚具200万次疲劳试验；
④ 新增钢筋锚固抗拨试验研究；
⑤ 加固前后桥梁动力特性理论计算分析与实桥测试；
⑥ 加固后全桥行车试验。
上述试验研究工作的完成，不仅为沙河桥提速加固改造的设计提供了科学依据，也为我国铁路大量类似桥梁的提速改造的设计、施工积累了经验。三、重庆长江李家沱大桥预应力砼斜拉桥设计
重庆李家沱大桥是一座北接成渝高等级公路，南连川黔公路的特大型城市公路桥梁。整个工程由正桥和南北引道组成，线路总长10241m，其中正桥长1350m，由主桥及引桥组成。
主桥结构形式为双塔双索面预应力砼斜拉桥，主跨为444m，其跨径布置为53+169+444+169+53m。桥塔呈花瓶型，高141.5m，有斜拉索24对共190根，主梁为双主梁板断面。大桥桥面宽24m，为双向四车道。大桥设计荷载汽车－超20级，挂车－120。桥下按一级航道通航标准设计，通航净高大于20m，净宽大于400m。
主要设计特点：
1、大桥总体布置合理，比例协调，桥梁造型美观。综合全面考虑各种条件，满足各方面要求，特别2号墩的正确选择，节省工程造价，争取了一个枯水施工时间。
2、结构分析
本桥在结构计算中应用了斜拉桥新的“空间结构稳定理论”编制的考虑梁塔轴力及变形影响的非线性程序计算。
计算了恒载、活载、混凝土收缩徐变、预加力、各种温度变化、风载、支点位移及施工荷载等项内容。各种受力状况下，斜拉桥应力、变形符合规范要求。
动力特性分析及风洞试验由同济大学桥梁工程系完成。计算和实验表明：成桥和施工状况的风稳定性是可以保证的。
3、国内首次在大跨径砼斜拉桥中成功采用双主梁板断面，它具有节省砼数量、构造、施工简便等优点，特别适合采用前支点斜拉组合挂兰施工。主梁预应力钢束采用OVM锚具的预应力钢绞线。
4、上塔柱斜拉索锚固的预应力体系新技术
本桥斜拉索锚固区的预应力体系，是利用布置在上塔柱的直束和分散抱箍状的预应力束，抵消斜拉索在上塔柱内，产生的水平力，取得了满意的效果。经过足尺模型试验，证明设计安全可靠，国内砼斜拉桥相继采用类似的锚固体系。
5、前支点斜拉组合挂兰的构思和应用
在砼斜拉桥施工中，如何利用现成的斜拉索作为挂兰的承重索，达到既节省挂兰挂料，又达到快速施工目的，成为桥梁工程师寻求的目标，在无任何国外资料的情兄下，提出了前支点挂兰构思，并在工程中实践成功，9m长一个节段最快仅用7天，每天1.2m达到世界先进水平（世界水平每天1m）。
6、斜拉桥边跨梁端技术
由于受多种条件制约，边跨与主跨比值为0.38是正常值0.38～0.45的下限，边跨梁端部设计举足轻重。在梁端做设计成抽屉式箱梁，内填平衡重，刚度大，足以抵抗尾部6根索的上拔力，改善主桥的受力性能和刚度。箱梁与双主梁之间采取渐变刚度的构造处理，箱梁与边墩用4根竖向斜拉索连接，增强了可靠性。
7、主梁临时固结设计新技术
其构思是在主梁和下横梁之间设砼垫块，因预应力钢束连接施工期间的不平衡重量所产生的压力由垫块承受，拉力由预应力的束抵抗，水平力侧由主梁和垫块间的摩擦力平衡，该技术构造简单，施工、拆除方便，安全可靠。
8、中、边跨合龙技术是大桥的关键技术
合龙时间7、8月正是重庆盛夏气温高达39℃、40℃，一要解决温度形变，其变形值达10cm以上和温度产生的内力，二要解决边跨尾部梁段的稳定问题，三要解决砼浇筑后早强形成刚度，使合龙段尽早参加工作。
设计中采取劲性骨架、临时预应力束、临时支撑、超早强砼及降温等措施，合龙段误差仅3mm，线形理想，合龙成功，为大跨径桥梁高温条件下台龙创造了宝贵经验。
9、砼斜拉桥施工控制技术
施工控制设计合理，控制措施得力，妥善解决了挂兰自重大，主梁施工期间未配的预应力束，为钢砼断面，承受弯矩能有限的情况，经设计与施工密切配合，达到了快速施工目的，成桥后线型和顺。
10、通车前经车辆动、静载加载试验，证明本桥动力、静力特性均符合设计要求，梁、塔变形和砼应变完全恢复，结构处于弹性状态。实测索力与计算索力基本一致。
11、主桥设计采用双主梁板断新结构、新技术、新工艺、快速施工，为大跨径砼斜拉桥的科技进步和发展作了重大贡献。
本项目曾获：上海市优秀设计一等奖、第八届全国优秀工程设计金质奖、建设部优秀设计一等奖、上海市科技进步二等奖。四、首都国际机杨新航站楼工程设计
北京首都国际机场新航站区扩建工程是国家“九五”重点工程。其中新航站楼平面尺寸：平面呈南北向工字型，南北长747.5m，东西翼宽342.9m。基底（沿外墙满堂）占地面积为9万平方米。地下一层，地上三层。上部结构分为11个区段。最小区段49.1M 82.1m，最大区段121.1M 283.1m。全部地下室顶板、地下室外墙及基础为不留结构缝的现浇整体。屋顶全部为钢结构和预应力钢结构。
该工程设计具有四项国内外首创的科研成果：
钢结构：
创新一:大悬臂非对称曲线型焊接空间薄壁钢管屋架预应力度的优化。
采用自编的计算程序，借助计算机按照程序进行“漫游”方法寻求上、下弦内多折线预应力张拉控制最佳匹配值，以达到结构安全、消除结构自重变形（为最佳匹配预应力产生的反向变形所抵消）、施工快速和节约钢材的目的，以引导出数学理论为依据，经理论计算与1：1钢屋架破坏试验（北京市科学技术研究项目）结果对比，理论和实际相符。
在预应力张拉端构造成具有提高结构承载力和变形控制能力的、可开合的防护帽，以适应建筑使用功能可持续发展的要求，即:根据新增荷载的位置及大小，可计算出弦管内预应力的控制力，旋钮开端部的防护帽，按新的控制力进行张拉，张拉完毕后锁住预应力，恢复防护帽即可。
上述引导的数学理论 (预应力优化理论)已有论文发表，论文题目:“大悬臂非对称曲线型焊接空间薄壁钢管屋架预应力度的优化”。该论文发表在中国钢结构协会预应力分会第一届全国预应力结构及学术论文会议论文集的理论研究首篇，见《结构工程2000年增刊》，或查询该工程的设计特点和计算分析:及论文选编等。
创新二:室外单层连续多波型焊接钢管结构。
结构总长309m(按现行国家规范，钢结构温度区段最大长度120m，砼结构35m)，无双柱、无柱间支撑、无结构缝的超长超限的设计和构造。
利用温度总变形化整为零的理念:在结构各波谷处全部切断受力的纵向钢管，并在切断处内设拉压弹簧及内套管。各波谷处，预留50mm可供伸缩的变形缝，缝间用硅胶堵塞。经过理论分析和工程实测，均达到了预期效果。
弹簧的理论分析、试验力值、疲劳强度、试验周期、破坏形式、试验系数、最大测试负荷值和单层拱式网架的温度变形的计算和构造详图，查阅该工程的设计特点和计算分析及附图。
经24小时/天连续观测和换季节的现场观测 (冶金建科总院观测)，实测变形（波谷处）最大变形均小于10mm。
砼结构:
创新三:超限 (120m×282m)预应力框架一剪力墙结构的设计、构造和施工。
按现行国家规范，伸缩缝最大间距为55m。
超长结构的理论、设计、计算、构造及施工，应是综合性、系统性、概念性的统一方法。即:以计算温度应力和变形的理论为基础，通过预应力的张拉技术(张拉控制力、张拉顺序和分次张拉技术等)，注意刚度突变处、注意季节性，对建筑物中的结构外露面采用外保温的方法，平面采用按理论计算的结果进行分块、跳仓浇注、蓄水养护、砼中掺适应季节的外加剂等系列性方法，可大量减小水平及竖向构件，节约三材、可快速施工、降低造价，增加使用面积，并可满足建筑对大空间的艺术造型要求。
框架的温度应力和变形的理论根据和计算，查阅该工程的设计特点和计算分析，其构造措施和对施工的要求，在该工程的施工总说明的详图中已表示。
创新四:超限 (含±0层结构，平面尺寸 747m×343m)，带柱墩弹性薄板 (650mm)预应力平板筏基。
采用自编程序(当时只有以微分方程求解的弹性地基上梁的计算程序，而无偏微分方程求解的平板筏基计算程序)计算结构内力，为求解底板与地基间的砼的温度收缩，除了按理论分析设计计算外，还对平面进行分块、跳仓浇注、蓄水养护、按季节掺入外加剂、在结构与地基界面间设置滑动层，以减小摩擦和砼收缩裂缝，此外，施加对结构和具有密合裂缝功能的预应力技术，另外还在内力起控制作用的柱下区域适当增加结构尺寸(柱墩)和预应力，可以起到提高结构抗弯、抗剪、抗冲切承载力，达到减小结构尺寸、节约三材的目的，与弹性地基梁的结构方案相比，节约土方量9000m3，节约砼15%，减小护坡支护、降水的费用并缩短工期。
平板筏型基础的施工分块的理论和该工程的计算、查阅该工程的设计特点和计算分析。
本项目曾获：1997年北京市科技进步一等奖、1997年北京市优秀设计一等奖、1998年优秀预应力工程优秀奖。五、秦山核电二期工程预应力混凝土安全壳结构设计
秦山核电二期工程安全壳是我国自主设计的第一座大型商用压水堆核电站安全壳。安全壳的设计是秦山二期设计自主化的重要组成部分。
安全壳结构由穹顶、安全壳筒体及基础筏板组成，其中穹顶为扁球壳，筒体是圆柱体薄壳结构。安全壳的内直径为37米，筒体内高为54米，底板厚为4米，筒体厚度为0.9米（除了加腋部分），穹顶混凝土厚0.8米，穹顶顶部至安全壳底部净高59.4米。在安全壳筒体和穹顶两部分均布置了预应力钢束，筒体部分为正交两向钢束布置，其中水平预应力束采用3600包角，双锚固扶壁柱的预应力结构形式为国内首次，在国际上也只有法国在与秦山二期同期建造的1400MWe核电站安全壳上使用。穹顶部分为三向1200布置。
秦山二期核电站安全壳是我国按国际标准的要求设计和建造的，整个设计的成功已经让我们站在和其他先进的核电建设国家同一个水平上，为我国安全壳结构设计技术的发展打下了一个坚实的基础。总体上说有以下几个特点：
1、在国内首次以国际标准或以国际标准相等同安全度要求的国内标准自主完成的商用压水堆核电站安全壳预应力设计。
2、采用国际上先进的双扶壁、3600包角的筒体水平预应力系统，减少筒体壳体非连续区，方便了核电站工艺管线布置，大方便预应力施工，减少了施工机具的移动，加快了整个工程的进度，创造了可观的经济效益。
3、首次也是到目前为止唯一的国内建造的核电站安全壳上使用了国产钢绞线，为国家节约了大量外汇。
4、自主开发的“600MWe机组核电站安全壳结构设计技术”具有独立的知识产权，其中安全壳结构预应力设计技术是重要的组成部分，该项技术已于2002年12月通过国防科工委组织的专家鉴定。六、小浪底工程排沙洞后张法双圈无粘结预应力衬砌的设计
小浪底工程设有三条排沙洞，每条长约1100米，是枢纽泄水建筑群中进口高程最低（EL.175.00m）的建筑物，担负着调节水库下泄流量、排沙、排污保护泄洪和发电洞的进水口不被泥沙淤堵的任务，是泄水建筑物中运用机会最多的泄水道。排沙洞的设计采用了无粘结预应力衬砌技术，简述如下：
1、设计特点：
（1）利用无粘结预应力钢绞线摩擦损失小的特点，把钢绞线类似普通钢筋在衬砌结构内成功地进行双圈、均匀、分散布置，从而使结构纵横向受到的预压力皆非常均匀；
（2）每束钢绞线之间的间距较大。比有粘结预应力衬砌方案减少了50%的锚具及锚具槽，且两排交叉布置，减少了衬砌结构薄弱部位的数量，使结构的整体性得到了大大加强；
（3）钢绞线的防腐保护设计为单根新型防腐方案。其保险系数高、锚板受力均匀；
（4）锚具槽回填混凝土采用无收缩微膨胀混凝土，使一二期混凝土结合更加紧密。
2、所采用的新技术及关键技术
（1） 泄洪排沙洞帷幕后压力段衬砌采用了后张法双圈无粘结预应力衬砌技术，为世界首创；
（2） 出口预应力闸室采用了预应力闸墩技术；
（3） 出口明流段采用了预应力岩锚技术；
（4） 新型锚具的使用，解决了锚具槽内无粘结钢绞线的防腐保护这一关键技术问题；
（5） 锚具槽回填混凝土采用了无收缩微膨胀混凝土；
（6） 针对双圈无粘结预应力衬砌方案，设计和应用了新型止水型式；
（7） 出口预应力闸室采用波纹管替代钢管，为一大胆突破。
3、效益
排沙洞双圈无粘结预应力衬砌设计和实施得到了业主、监理以及施工等单位的一致好评。产生了巨大的社会效益、经济效益和工程效益。社会效益:近4年超过20000小时的实践应用证明，该项设计是成功的，防止了高压水外渗，确保了整个左岸山体、其它洞群的稳定和整个水利枢纽的正常运行。无粘结预应力衬砌技术在小浪底泄洪排沙洞中的提出和成功实践皆为国内首创，填补了国内空白。而双圈无粘结预应力技术则为世界首创，并使我国在这方面的技术研究和设计应用水平跻身国际领先行列；经济效益:双圈无粘结预应力衬砌方案较钢板衬砌方案节省投资约1.5亿元人民币，较有粘结方案仅材料费就节省约1280万元人民币；工程效益:提前半年投入运用，为提前发电、导流洞封堵改建为孔板洞赢得了时间。
本项目曾获：1999年黄委会科技进步一等奖、2000年河南省科技进步二等奖。