《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第二部分桥梁《山区不对称混合式钢混组合梁斜拉桥建设关键技术》​

本期项目简介

完成单位: 贵州高速公路集团有限公司、贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司、中南大学、 广西路桥工程集团有限公司

主要完成人: 杨健、 黄方林、 何配天、 蒋玮、 刘建军、 周德、 梁茂然、 杨鸿波、 赵廷新、叶洪平

项目简介

　　红水河特大桥为世界上首座、也是跨径最大的非对称混合式组合梁斜拉桥,结构新颖,结构受力复杂、施工难度大、科技含量高,是贵州惠罗线上极为关键的控制性工程之一。针对红水河特大桥所面对的场地狭窄、构件无法水路运输、便道运输困难等建设条件,系统开展了桥梁结构体系、结构构造、施工方法、施工装备等方面应用研究,形成了山区不对称混合式钢混组合梁斜拉桥建设关键技术。主要内容包括条件受限下不对称混合式组合梁斜拉桥适应性分析、桥梁整体有限元分析、钢-混结合段受力性能(理论分析结合模型试验)、标准化装配式重型支撑结构体系、斜拉桥中跨钢-砼组合梁缆索吊装技术等研究。该桥首次提出了将缆索吊装施工于斜拉桥上,集几大施工工艺于一个桥上,建成时为世界上首座大跨径不对称混合式组合梁斜拉桥。

　　本项目2020年获中国交通运输协会科学技术奖二等奖。

项目创新点

　　针对红水河桥所面对的场地狭窄、构件无法水路运输、便道运输困难等建设条件,系统开展桥梁结构体系、结构构造、施工方法、施工装备等方面的设计理论、科学试验与工程应用研究,形成了山区不对称混合式钢混组合梁斜拉桥建设过程中涵盖理论分析、设计、施工等多方面内容的关键技术,取得创新性成果如下:

　　(1)首次在大跨径斜拉桥中采用不对称混合式组合梁结构,解决了山区地形受限情况下的斜拉桥结构布置难题。设计提出的结构和施工方案对环境破坏小,且大幅度节约了工程造价。

　　(2)基于拓扑优化理论,提出临时墩构造形式的优化方法,研发了标准化装配式重型钢管支撑装置。提出了由整体分析到精细化局部分析无缝对接的数值计算方法。结合模型试验,明确了钢-混凝土结合段的多层次传力路径及比例,揭示了结合段的传力机理,验证了钢-混凝土结合段设计合理、传力流畅。

　　(3)针对实地施工环境和桥型结构特点,研发了多功能集成式自平衡吊具,首次提出将缆索吊装系统应用于斜拉桥上构安装施工,结合高精度智能信息化控制钢主梁顶推、宽幅长距离混凝土主梁现浇,解决了斜拉桥单边供梁通道、主桥中跨整节段钢梁和桥面板安装的技术难题,形成了山区大跨混合梁斜拉桥施工成套技术。

同类项目比较

应用案例

　　红水河特大桥提出的不对称混合式组合梁设计思路,目前将被应用到同样受地形和水文条件限制的习水县美酒河大桥上,设计了地形和水文受限下的桥梁方案。

　　红水河特大桥提出的采用缆索吊装施工斜拉桥中跨的思路已经成功地应用在贵黔高速鸭池河大桥上,为本桥大大地节约了工期和工程造价。红水河大桥首次在组合梁斜拉桥中采用顶推施工格构式钢主梁的方法,被成功应用在息黔线六广河大桥上,解决了和红水河大桥类似的地形和施工条件受限的难题。

　　此外,课题组首次提出的不对称混合式组合梁设计思路和缆索吊装、格构式钢主梁顶推方法还被应用广西柳南高速马滩红水河特大桥、广西梧州环城高速扶典口大桥,未来将用于更多的桥梁工程中(见图1和图2)。

社会效益与经济效益

　　红水河桥结构和跨径均不对称,很好地结合了桥位处地形、地质、运输和施工条件,非对称混合式组合梁斜拉桥设计因地制宜,提出的施工方案对环境破坏小、环保。采用的不对称方案较传统的对称式方案节约了近5000万元。

　　开发的自旋转自平衡吊具缆索吊装技术不仅可以完成斜拉桥主梁节段安装,还可以完成拱桥上部结构、悬索桥主梁安装,适用面广阔。研发的标准化装配式重型钢管支撑,相对传统支架节约钢材40%以上。

　　通过本项目的研究,提炼山区桥梁建设中设计理念、施工技术,为山区桥梁的建设提供设计、施工和理论分析等关键技术。

　　大桥把桂黔新建高速公路连接起来,形成更快捷的西南出海大通道,对加快中国-东盟自由贸易区建设具有重要意义。