鋼殼-混凝土新型組合結(jié)構(gòu)索塔的首創(chuàng)與應(yīng)用

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從南眺望建設(shè)中的南京長(zhǎng)江五橋

2017年5月開工建設(shè)的南京長(zhǎng)江第五大橋是國(guó)道205線和國(guó)道312線的過江通道，工程位于南京長(zhǎng)江大橋上游約13公里處，是連接主城和江北新區(qū)的重要紐帶。全線按一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，工程南岸順接已通車的青奧軸線地下工程，下穿夾江后經(jīng)梅子洲跨越長(zhǎng)江主航道，北止于寧合高速五里橋互通，路線全長(zhǎng)10.33公里?？缰鹘髽蜷L(zhǎng)4134米，為縱向鉆石型索塔中央雙索面三塔組合梁斜拉橋，橋跨布置為80+218+600+600+218+80=1796米，夾江隧道長(zhǎng)約1755米，穿越夾江段采用盾構(gòu)法施工。

采用多項(xiàng)世界或國(guó)內(nèi)首創(chuàng)技術(shù)

南京長(zhǎng)江第五大橋修建時(shí)恰逢國(guó)家倡導(dǎo)高質(zhì)量發(fā)展和“大國(guó)工匠”精神，建設(shè)單位南京市公共工程建設(shè)中心積極響應(yīng)國(guó)家“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略”和交通運(yùn)輸部“積極推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁和組合結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的意見”，秉承重視科技創(chuàng)新的傳統(tǒng)，充分考慮建設(shè)期到運(yùn)營(yíng)期的使用情況，采用了多項(xiàng)世界或國(guó)內(nèi)首創(chuàng)技術(shù)。

跨江主橋中索塔承臺(tái)以上高177.4米，邊索塔承臺(tái)以上高169.7米，在世界上首次創(chuàng)新性地采用了鋼殼-混凝土新型組合索塔結(jié)構(gòu)，有效解決了多跨斜拉橋中塔剛度要求高等問題；跨江主橋主梁為流線型扁平整體箱型組合梁，組合梁全寬35.6米，是世界上首次采用粗骨料活性粉末混凝土橋面板結(jié)構(gòu)的大跨徑斜拉橋；夾江隧道盾構(gòu)開挖直徑15.46米，管片外徑15米，為國(guó)內(nèi)直徑最大的公路盾構(gòu)隧道。

成立聯(lián)合項(xiàng)目組破發(fā)展瓶頸

索塔是纜索承重橋梁的關(guān)鍵承載結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)剛度大、承載力要求高，我國(guó)95%以上的索塔為現(xiàn)澆施工的混凝土結(jié)構(gòu)，工廠化程度低、施工工期長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量大、人工投入高、設(shè)備占用周期長(zhǎng)、施工組織復(fù)雜、施工質(zhì)量影響因素多，是纜索承重橋梁由建造型向制造型發(fā)展的瓶頸。

南京五橋索塔

為了響應(yīng)國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策、提升橋梁建造的工業(yè)化水平，實(shí)現(xiàn)橋梁建設(shè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，建設(shè)單位南京市公共工程建設(shè)中心與中交公規(guī)院、清華大學(xué)、中鐵寶橋、中交二航局、中交二公局、西南交大等單位于2014年成立了聯(lián)合項(xiàng)目組，依托江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目開展專題科學(xué)研究，將鋼結(jié)構(gòu)索塔的工廠化制造及架設(shè)工藝與混凝土索塔所具有的優(yōu)良抗彎、壓剛度相結(jié)合，提出了一種工業(yè)化建造程度高、結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異、施工快速、環(huán)境友好的新型組合結(jié)構(gòu)索塔——鋼殼-混凝土組合索塔。

鋼殼-混凝土組合索塔斷面

項(xiàng)目組通過理論研究、模型試驗(yàn)、數(shù)值分析等手段，在鋼殼-混凝土組合索塔的鋼殼-混凝土協(xié)同受力機(jī)理、設(shè)計(jì)理論及方法、附筋鋼殼制造、橋位施工等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，首創(chuàng)了以縱橫雙向鋼筋混凝土榫群為剪力連接件、鋼殼與混凝土協(xié)同受力的鋼殼-混凝土組合索塔結(jié)構(gòu)，揭示了鋼殼-混凝土組合索塔主要受力構(gòu)件的力學(xué)性能和工作機(jī)理，建立了鋼殼-混凝土組合索塔整體協(xié)同受力的設(shè)計(jì)理論和方法。工程實(shí)踐表明，鋼殼-混凝土組合索塔結(jié)構(gòu)具有承載力高、抗震性能優(yōu)越、外觀質(zhì)量好、耐久性出色等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)新型組合索塔將混凝土索塔的受力鋼筋轉(zhuǎn)變?yōu)殇摎じ浇?，在工廠內(nèi)安裝，并隨鋼殼整體吊裝裝配，現(xiàn)場(chǎng)僅需連接節(jié)段間鋼筋、環(huán)縫焊接和澆筑混凝土，節(jié)段間鋼筋通過工廠預(yù)拼裝確保對(duì)接精度，有效減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)強(qiáng)度及難度，實(shí)現(xiàn)了索塔施工的工廠化、裝配化。

在鋼殼-混凝土組合索塔的制造安裝技術(shù)方面，項(xiàng)目組首次研發(fā)并運(yùn)用了鋼殼鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋共制作的“附筋鋼殼先進(jìn)控制技術(shù)”“鋼殼預(yù)拼裝鋼筋定位技術(shù)”“鋼殼節(jié)段現(xiàn)場(chǎng)鋼筋連接及鋼殼安裝定位技術(shù)”，保證了鋼殼的制造質(zhì)量與精度；發(fā)明了輕型液壓整體自爬升施工平臺(tái)和可調(diào)節(jié)壓桿式吊具，開展了索塔補(bǔ)償收縮混凝土施工技術(shù)研究，提高了鋼殼安裝效率和施工安全性，保證了索塔鋼殼安裝精度和鋼筋混凝土組合質(zhì)量。

創(chuàng)新研究成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平

項(xiàng)目申請(qǐng)發(fā)明專利6項(xiàng)，授權(quán)實(shí)用新型專利2項(xiàng)，在國(guó)內(nèi)權(quán)威刊物發(fā)表論文6篇，培養(yǎng)交通行業(yè)博士、碩士和其他人才37人，研究成果得到了行業(yè)內(nèi)專家的高度評(píng)價(jià)，中國(guó)公路學(xué)會(huì)的科技成果評(píng)價(jià)意見認(rèn)為“達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”。

2019年3月1日，南京長(zhǎng)江第五大橋跨江主橋索塔封頂，項(xiàng)目研究成果成功應(yīng)用于大橋的設(shè)計(jì)、施工中，有效提高了索塔工廠化制造率，縮短了索塔建造周期。目前，南京長(zhǎng)江第五大橋建設(shè)已進(jìn)入攻堅(jiān)時(shí)期，而在96公里的南京長(zhǎng)江江面上，又有仙新路、建寧西路等新一批過江通道開工建設(shè)，建設(shè)者們秉承“精致、平安、智慧、綠色”的建設(shè)理念，以如履薄冰的責(zé)任感，以不斷自主創(chuàng)新的魄力，破浪揚(yáng)帆，砥礪奮進(jìn)。

附筋鋼殼節(jié)段“1+1”立式匹配

重心可調(diào)壓桿式吊具