超500米跨径钢管混凝土拱桥关键技术
完成单位:广西大学

支撑项目(平台):500米超大跨径钢管混凝土拱桥设计施工关键技术研究,桂交综合发[2010]109号-17;大跨径钢管混凝土拱桥高性能混凝土设计与施工成套技术研究,桂交综合发[2011]54号-17;桥梁高塔提升式摇臂组装技术研究,桂交综合发[2013]100号-16

参与单位:广西壮族自治区教育厅

所属学科:土木工程

主要贡献者:郑皆连、韩玉、牟廷敏、冯智、王劼耘、庞博新、秦大燕、王建军、龙跃、徐文

成就简介:项目攻克了超大跨径钢管混凝土拱桥关键结构设计、高精度施工技术及装备、钢管混凝土灌注工艺及新材料制备等核心技术,形成了超500m跨径钢管混凝土拱桥关键技术,突破了安全和质量的双重制约,取得显著经济社会效益。

  拱桥在适宜条件下具有显著的技术经济性。传统拱桥受限于材料、工艺,跨径增大十分困难,而大跨钢拱桥因造价高、维护难等问题难以推广。钢管混凝土拱桥具有受力合理、经济、耐久性好等优点,是大跨拱桥最合理的选择。但受结构稳定控制难度大、施工安装风险高、管内混凝土密实度难保证等因素的制约,跨径始终无法突破500m,限制了钢管混凝土拱桥的进一步发展。为此,本项目经过20余年的研究和实践,通过理论分析、试验研究、实桥验证等攻克了超500m跨径钢管混凝土拱桥关键技术,取得了三个方面的创新成果:
  1.首次提出了组合式主拱横撑和内横隔的新型构造,兼顾了施工期无临时构件安装和服役期横向稳定;研发了基于悬拼单元的新型主拱结构,悬拼单元最轻、高空焊接量最少、高效可靠;开发了抗风减振串联索和全隔离、全防腐、整体挤压锚固钢绞线吊杆拉索体系。从而解决了超500m跨径钢管混凝土拱桥主拱稳定性、动力性能、安装和吊索寿命等关键技术难题,并为世界首部钢管混凝土拱桥设计规范的制订提供了技术支撑。
  2.开发了200t级钢管拱桁节段逐级匹配、消除累积误差的卧式耦合制造新技术,实现了高精度整体制造;基于“过程最优,结果可控”思想,提出了拱桥斜拉扣挂悬拼施工控制计算方法,实现了扣索一次张拉和悬拼过程免调索力;研发了新式索鞍横移、摇臂抱杆安装扣塔、吊扣塔架智能纠偏、拱顶位移智能控制技术与装备。工程应用表明,530m主跨拱肋各控制点轴线偏位均<10mm,实现了高精度安装,大幅降低了施工费用和风险。
  3.率先研制了新型自密实、无收缩混凝土新材料,首次研发了大型钢管混凝土结构管内混凝土真空辅助灌注方法,实现了高度120m、距离超500m、单管800 m3的管内混凝土真空辅助三级连续泵送施工,保证了管内混凝土灌注密实。工程应用表明,管内混凝土密实度满足设计要求,优良率达传统方法的2.8倍,解决了制约钢管混凝土结构发展的脱黏、脱空顽疾。
  项目获广西科技进步一等奖、发明专利8项(其中2项获中国专利优秀奖)、国家级工法3项,主编和参编国家、行业标准3部,发表论文28篇。研究成果支撑了世界首座跨径突破500m的钢管混凝土拱桥--主跨530m合江长江一桥的建设,并应用于当时世界最大跨径混凝土拱桥的劲性骨架等多座桥梁。节约工程造价3.13亿元,取得直接经济效益1.19亿元。
  国际著名桥梁专家美国工程院院士邓文中等专家认为:“本项目提高了特大跨径钢管混凝土拱桥的竞争力,对于巩固中国拱桥在国际上的地位起到了重要作用”。成果通过2018年度国家科技进步奖二等奖初审公示。

扫码关注

“高校科技进展”微信公众号