港珠澳大桥扛住16级大风考验的秘密

快讯：

北京时间2018年9月16日16时41分，港珠澳大桥气象监测系统显示桥区降雨类型为大暴雨，风速40m/s（13级）。台风登陆后，全线供配电系统高低压运行正常，各泵状态正常。监控信息显示大桥安全、正常，桥上测到瞬时最大风速55m/s（16级），索力、位移、震动监测都在设计范围内。

简介：

港珠澳大桥，原称伶仃洋大桥（英语：Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge；葡萄牙语：Ponte Hong Kong-Zhuhai-Macau），是连接香港、珠海、澳门的超大型跨海通道，全长55公里，建成后成为世界最长的跨海大桥。同时，港珠澳大桥是国家高速公路网中G4-京港澳高速以及 G94-珠三角环线高速的部分路段。大桥地处南亚热带海洋性季风气候区，灾害性天气频繁，抗风问题是桥梁设计及施工需要重点考虑的问题。

大跨度桥梁设计中的有限元：

对于像港珠澳大桥一类的大跨度桥梁结构，仅仅依据建筑经验去设计已经不能保证安全需求，现代通用的方法是引入有限元计算来考虑大桥的方方面面的设计。

桥梁结构的设计过程通常分为3个层次：

s   第1个层次是结构总体设计，考虑的重点是结构总体的力学行为，包括桥梁结构施工过程中及成桥后主梁纵桥向应力的变化过程及主梁标高的变化过程。由于桥梁结构的施工过程效应、非线性效应（包括收缩徐变效应以及几何非线性效应）对主梁纵桥向应力及标高的影响较大，因此计算时必须考虑。但非线性效应的计算量异常巨大，只适合计算较少自由度的有限元模型，所以这个层次的分析一般采用杆单元建立有限元模型。

s   第2个层次仍属结构总体设计范畴，但考虑的重点是桥梁主要构件的力学行为，如主梁、主墩各个方向的应力。这个层次的分析一般采用壳单元或块体单元建立有限元模型。

s   在第3个层次的计算中，有限元计算模型逼近真实结构（即减少模型中的简化处理），考虑的重点是模拟各种作用下（如载荷作用、温度作用等）结构的实际工作状态。这个层次的分析一般采用空间梁单元、板壳单元、块体单元和索单元建立有限元混合单元模型。

以往，受计算机软硬件水平的限制，第2、3层次的设计大多是根据一些简化规程进行分析，准确性不能得到完全保证，如传统的主梁横向设计方法。近20年来，随着计算机软硬件技术的飞速发展，第2、3层次的设计技术也得到较大发展，计算成本大大降低，在设计过程中也得到全面推广。