助力曲線斜拉橋的推廣應(yīng)用

文|中國路橋工程有限責任公司 周泳濤 孫耀國

西南交通大學 單德山

曲線斜拉橋作為斜拉橋的一個分支，主要應(yīng)用于對線型要求比較嚴格的場合，例如兩端接線要求橋梁走向位于曲線上，另外對于一些有景觀需求的情景，也比較適合修建曲線斜拉橋，但目前應(yīng)用還不廣泛。該類橋型是由曲線型主梁與斜拉索互相組合的空間橋梁，受力的復雜性，顯著區(qū)別于直線斜拉橋和曲線梁橋。當前的大量研究集中于直線斜拉橋，對于曲線斜拉橋受力性能、設(shè)計及施工參數(shù)方面的研究還不完善，小半徑混凝土彎斜拉橋關(guān)鍵技術(shù)的研究，有助于進一步推廣曲線斜拉橋的應(yīng)用。

三個專題研究

“小半徑混凝土彎斜拉橋關(guān)鍵技術(shù)研究”項目，共設(shè)置了三個專題。

專題一是“布拉柴維爾濱河大道曲線斜拉橋施工全過程分析”。該專題通過實橋索力監(jiān)控數(shù)據(jù)及全橋模型試驗，驗證了適用于曲線斜拉橋整體力學分析的梁板混合分析方法。

梁板混合模擬二期恒載模擬方法

塔梁約束示意圖

剛果布拉柴維爾沿河大道斜拉橋合龍

剛果布拉柴維爾沿河大道斜拉橋全景

專題二是“曲線斜拉橋設(shè)計參數(shù)的數(shù)值分析及系列試驗研究”。該專題確定對曲線斜拉橋動、靜力響應(yīng)特征，具有較大影響的各種設(shè)計參數(shù)，針對主要影響參數(shù)進行參數(shù)敏感性分析。

專題三是“復合受力斜拉橋混凝土梁/塔設(shè)計理論與方法”，該專題研究混凝土構(gòu)件在雙向彎矩、扭矩、雙向剪力和軸力共同作用下的應(yīng)力分布特征，研究該特征隨荷載增大的變化形式，研究混凝土構(gòu)件在復雜受力狀態(tài)下的破壞形式與破壞特征，形成混凝土構(gòu)件在復雜受力狀態(tài)下的開裂性能評估及極限承載能力計算方法。

試驗試件加載裝置設(shè)計

矩形壓剪扭相互作用關(guān)系圖

“小半徑混凝土彎斜拉橋關(guān)鍵技術(shù)研究”論文清單及相關(guān)論文

提出關(guān)鍵參數(shù)、半徑閾值等多項創(chuàng)新

“小半徑混凝土彎斜拉橋關(guān)鍵技術(shù)研究”項目，共有多項技術(shù)創(chuàng)新。

首先，針對曲線斜拉橋設(shè)計和施工參數(shù)眾多，不同參數(shù)對結(jié)構(gòu)力學行為的影響不同且各參數(shù)影響可能存在耦合的特點，采用正交試驗設(shè)計及極差分析技術(shù)，研究各參數(shù)隨機耦合變化對曲線斜拉橋力學行為的影響程度，提出曲線斜拉橋設(shè)計和施工的關(guān)鍵參數(shù)。與傳統(tǒng)單一因素分析法相比，可減少約70%計算分析工作量。建立的曲線斜拉橋設(shè)計和施工關(guān)鍵參數(shù)，可直接為后續(xù)該類橋型設(shè)計和施工控制提供參考。

其次，該項目首次提出混凝土彎斜拉橋設(shè)計半徑的閾值。該項目在研究過程中，考慮了曲線斜拉橋施工的全過程，通過對不同施工階段主梁內(nèi)力、位移、支座反力、斜拉索索力差等指標的無量綱敏感性分析，根據(jù)直線斜拉橋和現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定，確定了評判指標，提出了混凝土彎斜拉橋的設(shè)計半徑閾值。該研究可服務(wù)于后續(xù)類似彎斜拉橋的設(shè)計，為彎斜拉橋的設(shè)計提供重要的技術(shù)支持。

最后，目前國內(nèi)外的研究都集中在三相關(guān)或兩相關(guān)的層面上，對于四相關(guān)的研究結(jié)果還很少，且主要集中在復合受力狀態(tài)下剪力和扭矩的極限承載能力研究。該項目通過在壓彎剪扭作用的極限狀態(tài)下，分析了三種截面形式的鋼筋混凝土構(gòu)件，得到復合受力狀態(tài)下抗壓承載能力下限值的計算方法。

基于對復合受力構(gòu)件相關(guān)性的考慮，該項目能夠為復合受力狀態(tài)下，抗壓極限承載能力的計算公式和方法提供一定的借鑒，在工程實際應(yīng)用中也有著重要的參考意義，為開展復合受力狀態(tài)下抗壓極限承載能力的研究填補了空白。

編著指南 為設(shè)計和施工提供參考

該項目研究了小半徑混凝土彎斜拉橋這一橋型的曲率半徑、弧長、支座位置、橫隔梁間距，以及剛度、塔梁高跨比、溫度影響、斜拉索索力、輔助墩位置等主要設(shè)計參數(shù)，橋面鋪裝、主梁梁重、斜拉索彈模、主梁彈模和曲率閾值分析等關(guān)鍵技術(shù)問題，基于正交試驗方法，優(yōu)化了影響曲線斜拉橋受力行為的主要設(shè)計參數(shù)，獲得各指標的主要因素和次要因素，揭示了結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力與設(shè)計參數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，編著了《大跨預應(yīng)力混凝土曲線斜拉橋設(shè)計指南》，為日后的大跨預應(yīng)力混凝土曲線斜拉橋的設(shè)計和施工提供了有力的參考和借鑒依據(jù)。

贏得國際監(jiān)理公司認可

剛果布拉柴維爾沿河大道曲線斜拉橋（簡稱“剛果斜拉橋”）為世界第一跨度的混凝土彎斜拉橋，橋址緊鄰總統(tǒng)府官邸、總統(tǒng)衛(wèi)隊兵營，是剛果（布）國家的重要地標。該項目研究成果在大橋的設(shè)計、建造中，發(fā)揮了關(guān)鍵的技術(shù)支撐作用。通過研究，2015年9月16日，該橋?qū)崿F(xiàn)精確合龍，提升了國內(nèi)外小半徑混凝土彎斜拉橋建造的技術(shù)水平，取得了顯著的社會經(jīng)濟效益。其中，混凝土彎斜拉橋設(shè)計半徑的閾值，混凝土構(gòu)件壓彎剪扭復合受力狀態(tài)下的極限承載力計算公式，填補了該領(lǐng)域在國內(nèi)和國際上的空白，推廣應(yīng)用前景廣闊。

該項目共發(fā)表論文12篇（2篇SCI，3篇EI），設(shè)計指南1部，獲得發(fā)明專利1項，實用新型專利4項，工法2個。環(huán)形后張預應(yīng)力體系是一種新型后張預應(yīng)力混凝土技術(shù)，其方法簡單實用，加快了施工進度，提高了施工效率，降低了施工風險，減少了預應(yīng)力失效的風險，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性，已成功應(yīng)用于剛果斜拉橋。此外，剛果斜拉橋的施工和設(shè)計方法贏得了國際監(jiān)理公司的認可，展示了中國企業(yè)的形象和競爭優(yōu)勢，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

該項目實用新型專利證書

斜拉橋預應(yīng)力混凝土小半徑π型梁現(xiàn)澆支架工法便于操作，能加快施工進度，提高施工效率，提高預應(yīng)力混凝土梁的施工質(zhì)量。在剛果斜拉橋施工中的成功應(yīng)用，證明了該工法的可行性和先進性。

剛果斜拉橋為世界跨度第一的混凝土彎斜拉橋，大橋的順利建成，對我國“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略及中國企業(yè)走出去戰(zhàn)略，有著重要的示范和推動作用。通過該項目的研究，一方面提升了企業(yè)的國際核心競爭力，另一方面也提升了中國大跨度混凝土彎斜拉橋核心技術(shù)的發(fā)展，受到了社會各界、專家學者的一致好評。

隨著我國國際地位的進一步提升，21世紀前期我國海外工程項目將快速發(fā)展，在復雜地質(zhì)條件下，修建跨越各種天然屏障的特大型橋梁將越來越多。斜拉橋以優(yōu)越的跨越性能及豐富的結(jié)構(gòu)形式，成為首選。通過該項目的實施，可顯著提升中國企業(yè)建造混凝土彎斜拉橋的國際競爭力，可以更好、更快地服務(wù)于“一帶一路”建設(shè)。

中國路橋的“走出去”戰(zhàn)略

中國路橋工程有限責任公司（簡稱“中國路橋”）是我國“走出去”戰(zhàn)略和“一帶一路”戰(zhàn)略的先行者，是國內(nèi)最早進入國際工程承包市場的四家大型國有企業(yè)之一，主要從事國內(nèi)、國際道路、橋梁、港口、鐵路、機場、隧道、水工、市政、疏浚等工程承包，兼具投資、實業(yè)、貿(mào)易、租賃、服務(wù)等業(yè)務(wù)，在亞洲、非洲、歐洲、美洲的50多個國家和地區(qū)設(shè)立了分支機構(gòu)，形成了高效快捷的經(jīng)營開發(fā)管理網(wǎng)絡(luò)，是中國交通建設(shè)股份有限公司海外業(yè)務(wù)的重要載體、窗口和平臺。

中國路橋始終堅持貫徹“自主創(chuàng)新、重點跨越、支撐發(fā)展、引領(lǐng)未來”的科技發(fā)展方針，堅持走創(chuàng)新型企業(yè)發(fā)展道路。經(jīng)過40年的發(fā)展，中國路橋已建立了完善的企業(yè)技術(shù)研究機構(gòu)及管理體系、完善的人才培養(yǎng)體系。擁有國家認定企業(yè)技術(shù)中心、北京市企業(yè)技術(shù)中心，科技人員中享受國家政府津貼3人，教授級高級工程師27人，中高級職稱530人，博士13人，外聘專家37人。在交通土木建設(shè)領(lǐng)域積累了豐碩的科研成果，掌握了幾十項工程核心技術(shù)，累計獲得國家科技進步獎2項，國家技術(shù)發(fā)明獎1項，省部級科技進步獎23項，國家優(yōu)質(zhì)工程銀質(zhì)獎3項，魯班獎2項，國家級工法9項，省部級工法63項，專利199項，軟件著作權(quán)31項，參編國家標準和行業(yè)標準26項。

中國路橋一貫秉承“筑路架橋，奉獻社會；以人為本，追求卓越”的企業(yè)理念，大力推廣“路通五洲，橋跨四?！钡钠髽I(yè)形象；先后承攬了蒙（巴薩港）內(nèi)（羅畢）鐵路、印尼泗水馬都拉大橋、塔（吉克斯坦）烏（茲別克斯坦）公路、巴基斯坦喀喇昆侖公路改建工程、毛里塔尼亞友誼港及改擴建工程、莫桑比克馬普托大橋等著名項目，項目中采用中國標準，實現(xiàn)了國家標準“走出去”戰(zhàn)略，同時，為當?shù)貏?chuàng)造了數(shù)以萬計的就業(yè)崗位。其中，毛里塔尼亞友誼港是20世紀70年代中國路橋承擔的我國在非洲的第二大對外援助項目，至今仍被非洲人民譽為“南南合作的典范”。

印尼泗馬大橋

莫桑比克馬普托大橋

2015年12月，國家主席習近平在中非合作論壇約翰內(nèi)斯堡峰會上提出中非“十大合作計劃”，中方將在未來3年資助1000名肯尼亞留學生進行本科培訓。中國路橋積極響應(yīng)號召，將分三批全額資助100名肯尼亞優(yōu)秀高中畢業(yè)生前往北京交通大學，進行為期4年至5年的鐵路相關(guān)專業(yè)本科教育。同時，中國路橋?qū)⒕栀?000萬美元用于當?shù)氐蔫F路技術(shù)學院建設(shè)，加強當?shù)厝瞬拧霸煅δ堋?，增強肯尼亞自主持續(xù)發(fā)展的能力。早在2006年，中國路橋已先后全額資助了赤道幾內(nèi)亞、安哥拉等國家的四十余名學生到中國攻讀大學。此外，中國路橋以實際行動踐行公司的企業(yè)理念，在多所全國重點高校設(shè)立“中國路橋獎學金”。這既是中國路橋拓展人才發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措，也是切實履行“央企社會責任”所做的表率。

蒙內(nèi)鐵路

在未來的道路上，中國路橋?qū)⒗^續(xù)遵照國家戰(zhàn)略部署，以中國交通建設(shè)股份有限公司“全面建設(shè)具有國際競爭力的世界一流企業(yè)”的總目標為引領(lǐng)，全面貫徹落實中國交通建設(shè)股份有限公司二次黨代會精神和“五商中交”戰(zhàn)略，做我國和駐在國“經(jīng)濟社會發(fā)展急所的責任分擔者、區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的深度參與者、政府購買公共服務(wù)”的優(yōu)質(zhì)提供者，緊緊抓住“轉(zhuǎn)產(chǎn)、轉(zhuǎn)商、轉(zhuǎn)場”三個市場，強化傳統(tǒng)優(yōu)勢，推動轉(zhuǎn)型升級，提升資源配置能力，提高全要素生產(chǎn)力，堅持平臺化、國際化、標準化、差異化、信息化發(fā)展之路，將中國路橋建設(shè)成為“遵從商業(yè)倫理、卓越運營、社會尊重、員工自豪，受資本市場青睞的全球化企業(yè)集團。