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  编者的线日,贵黄高速公路全线建成通车,打通了贵阳东出长三角经济区最便捷的高速通道。通车后,贵阳到黄平的行车时间从原来的3个半小时缩短到现在的1小时20分钟。这让贵定、仙桥、陆坪等世居大山深处的少数民族同胞从此迎来了出行便捷的高速时代,成为通村入寨的“幸福路”。

  冯云成,中交第一公路勘察设计研究院有限公司副总工程师,阳宝山特大桥设计总负责人。曾荣获“2017—2018年度十大桥梁人物”称号,主要从事大跨度桥梁设计、研究和咨询工作。主持设计完成南京长江第二大桥北汊桥、宿淮高速公路五河口特大桥、珠江黄埔大桥北汊桥、厦漳跨海大桥南汊桥、川藏公路(西藏境)通麦至105道班段整治改建工程通麦大桥和迫龙沟大桥、安徽池州长江公路大桥(联合体)、湖北武穴长江公路大桥(联合体)、贵阳至黄平高速阳宝山特大桥和云南南盘江普者黑大桥等多座有影响力的特大型桥梁。

  贵黄高速公路是贵阳东出长三角经济区最便利的高速通道,项目的建成进一步发挥贵阳作为西南交通陆路交通枢纽的作用,对提升贵州经济,具有重要意义。阳宝山特大桥为贵黄高速公路控制性工程之一,在国内首次采用空中纺线法(AS)架设主缆。项目的顺利实施,能够使我国掌握全套的AS法架设主缆关键技术,AS法的研究及应用可使我国主缆架设工艺更加多元化,从而提升我国大跨径悬索桥建设的核心竞争力,为我国在国际市场中确立和提升国家桥梁的地位奠定基础。

  一是AS法对运输、架设牵引设备的能力要求低,可满足山区运输条件差、超大跨径悬索桥、多跨悬索桥(通长主缆达2500m以上)的建设需要。

  问:贵州桥很多地处险峻,建设难度很大,为什么说阳宝山特大桥是又一座代表性桥梁?

  难题在于如何将成品缆索运送到现场。开辟临时便道费用高、运输风险也大,施工单位、设计单位经研究,召开专家论证、咨询会,制定了“空中纺线法”架设主缆方案。这是率先在国内采用了“空中纺线法”架设主缆的悬索桥,部分结构构件,如股靴、钢丝的等强连接装置、宽槽路索鞍等,在大桥上也是首次采用。

  AS法架设主缆时,每根索股一般由240~560根钢丝组成。阳宝山特大桥的索股由336(320)根钢丝组成,比“预制平行钢丝索股法”(PPWS)的索股钢丝数多出2倍以上,使得索鞍的槽路宽出许多。为了验证缆索在宽槽路索鞍的抗滑移性能,我们进行了理论分析和缩尺模型试验,根据试验研究结果,槽路间的钢隔板厚度不小于12mm时,抗滑移性能可满足规范要求。该工艺可以有效解决运输条件差的山区悬索桥和超大跨径(2000m以上)、连续大跨径悬索桥主缆架设难题,且具有费用低、适用性强、智能化、自动化程度高等特点。该项技术突破性地完成了20多项技术专利。

  为防止前锚室及锚碇表面渗水,对锚碇进行防水层施工。在锚块施工缝中设置一条水平腻子型遇水膨胀止水条。遇水膨胀止水条7天的净膨胀率不宜大于最终膨胀率的60%,终膨胀率大于220%。在前锚室采用满足《地下工程防水技术规范》技术要求的钢板止水带。锚碇混凝土外表面采用长效型防腐涂层系统,锚碇前锚室混凝土内表面采用硅烷浸渍剂防水涂层体系。

  在可达、可操作性方面:桥面设置了位于防撞护栏外侧的检修道;主桁下弦两侧各设置一条下检修道,并设置3条横向连接通道;钢桁架梁设置移动式检查车;主塔内部设置检修楼梯和爬梯,贵阳岸和黄平岸索塔上塔柱设置1部电梯;锚碇内设置检修步梯、平台、检查门和通道,共同构成进出锚体各空间的通道系统;沿主缆全长设置检查走道,同时配备检查小车。

  郭瑞,中交第二公路工程局第二工程有限公司、阳宝山特大桥项目总工程师,高级工程师。主要从事大跨径索结构桥梁施工技术管理及技术研究工作。作为项目技术负责人主持修建了贵黄高速公路阳宝山特大桥、甬台温高速公路复线温州瑞安至苍南段鳌江特大桥、贵州毕都高速公路抵母河特大桥。作为技术骨干参与修建了南京至高淳新通道及宁高城际轨道二期工程、厦漳跨海大桥工程等特大型桥梁工程施工。

  为保证桥梁建设和运营过程中抗风安全,大桥在设计前进行了模型风洞试验,并根据试验得出的参数对大桥抗风稳定设计,主梁横断面每隔一定间距设置了抗风稳定板。同时在作为施工大桥上构缆索系统、主梁安装的重要临时结构——猫道系统中,设置了抗风稳定减震装置,保证大桥顺利施工。

  按照相关规定,大桥交工验收前必须进行静力和动力荷载试验,通过荷载试验可以直观地检验大桥的各项指标是否满足设计要求,达到使用性能。行业管理部门、建设单位和设计单位对荷载试验过程及结果十分关注,在试验之前就荷载试验方案进行反复研讨,具体实施荷载试验的单位编制专门的荷载试验方案,并通过了建设单位组织的专家评审。

  阳宝山特大桥荷载试验包括静力荷载试验和动力荷载试验,静力荷载试验主要有包括中载对称加载和偏心加载两类加载方式,每类加载方式因测试关注点不同又分很多工况。

  静力荷载试验采用48辆大货车进行加载,总载重1680t。加载过程中,现场48辆大货车分成8排,每排6辆,按照指令有序行驶到固定的位置进行加载,加载后测试组立刻进行相应的数据采集。通过荷载试验数据分析,可以有效了解桥梁结构在荷载作用下的实际工作状态,判断大桥结构的承载能力、动力特性和安全运用条件。试验结果显示,阳宝山特大桥各项指标均达到了设计要求和规范要求。

  大桥建设过程中充分应用信息化、机械化、自动化技术,充分体现阳宝山特大桥建造技术含量。大桥主缆在国内首次采用空中纺线(AS)法架设主缆,自主研发了集放丝系统、牵引系统于一体的AS法施工集中控制系统,该系统实时控制放丝系统、牵引系统工作状态,且使两种运行系统工作状态相互匹配,同时实时监控纺丝施工全过程。

  另外,该系统具有自动记录、报警、预警功能,实现了纺丝施工自动化、智能化控制,保证了施工安全,减少了施工人员的投入,提高了工效。受桥位地形条件限制,大桥上构主梁采用缆索吊配合空中旋转吊具从一岸侧起吊安装,缆索吊采用集中控制系统操控。该系统可在集中控制室及手机上远程操作操控,通过集控系统可实现多台卷扬机一键联动,提升了运行效率及操作卷扬机的同步性,保证了加劲主梁吊装安全性及安装精度。

  阳宝山特大桥主缆在国内首次采用AS法工艺架设,国内无相关建设经验借鉴,国外技术资料封锁。主缆纺丝施工缺乏各项施工控制技术指标,在此种情况下,为保证大桥建设顺利实施,建设质量满足设计要求,我们组建了由设计单位、施工单位、监控单位、大桥关键构件生产制造单位组建了产—学—研于一体的课题组,针对大桥建设过程可能遇到的各项技术难题进行攻关。

  翟晓亮,中交第一公路勘察设计研究院有限公司桥梁工程设计院副总工程师,阳宝山特大桥设计负责人,中国施工企业管理协会“工程建设科技创新人才万人计划青年拔尖人才”。主要从事特殊复杂结构桥梁设计、研究和咨询工作,负责或者作为分项负责人参与设计了机荷高速改扩建项目排架拱桥、贵黄高速阳宝山特大桥、武穴长江公路大桥、汉江特大桥、咸旬高速三水河特大桥等。

  钢材使用方面尽可能采用高强、高韧性的高性能钢材,钢加劲梁主体结构除主桁架下弦杆采用Q420qE钢材制作外,其余均采用Q345qD。主缆钢丝采用1860MPa的高强镀锌钢丝,索鞍本体采用了ZG270-480H、索夹铸件采用了ZG20Mn。

  问:阳宝山特大桥项目率先在国内采用了“空中纺线法”来架设主缆,在设计时做了哪些研究工作?

  一是开展了锚靴的构造、材料及制造工艺系统研究,完成了锚靴合理构造数值试验研究、锚靴选材准则试验研究和锚靴制造工艺试验研究,确定了锚靴合理构造关键参数,明确了锚靴硬度与钢丝硬度匹配关系,提出了锚靴制造工艺流程。

  问:阳宝山特大桥主缆是大桥的主要承力构件,是整个大桥的生命线根通长索股组成,所有钢丝均为直径5.35mm高强度镀锌钢丝,如果把使用的钢丝连接起来总长度将超过26000km。请详细介绍一下主缆的选材、用材,同时对钢丝长索提出了怎样的高强度考验,突破了哪些材料工艺瓶颈?

  对钢丝而言,一般假定为没有任何弯曲刚度,可当作柔性的钢弦对待,不存在二次应力的问题。实际上,组成主缆的单根钢丝尽管很柔软,但是当它绕过曲率半径很小的鞍槽或靴跟时也会产生弯曲应力。

  阳宝山特大桥索股钢丝是通过锚靴跟锚碇连接的,锚靴半径很小,半径为400mm。组成主缆的钢丝直径选取相同的5.35mm,根据弯曲应力的理论计算公式,由于AS法的靴跟引起的弯曲拉应力约为1300MPa,按照这样的方式进行组合时,靴跟处总应力超过钢丝的极限强度,其中总应力中有很大一部分是由于靴跟半径引起的钢丝局部弯曲应力。

  接头的材料选择是保证钢丝连接效果的关键,经过参建单位江苏法尔胜缆索有限公司对多种材料反复比选试制,最终选用45钢材质配合合适的热处理工艺完成了钢丝连接套筒的制造。阳宝山特大桥也开展了钢丝连接套筒连接钢丝在连接部位的静载试验和疲劳试验,试验结果显示钢丝连接套筒连接位置静载强度和疲劳强度均满足设计要求。

  问:贵州桥梁世界闻名。请您介绍一下公司近年来在科技创新方面所做的工作和取得的成果。

  中交第一公路勘察设计研究院有限公司(以下简称中交一公院)依托“人才—团队—平台”的创新体系,承担各类科研项目400余项。其中国家和省部级重大项目50多项;累计获得国家专利授权300余项,计算机软件版权40多项,出版专著20余部,发表学术论文1500余篇;主编参编行业标准规范制修订200余项;编译欧、美、日等国外主流标准规范50多部,组织编译外文版中国工程建设规范18部。

  中交一公院在多年冻土、防灾减灾、数字公路、交通安全等多个领域,取得了一系列重要科研成就。其中,多年冻土区公路建养技术,从基础理论到工程应用都有多项重大创新,处于国际领先水平,为青藏公路全天候运行,为青藏铁路、青海共玉高速、拟建的青藏高速等重大项目作出了突出贡献,在国内外学术界有重大影响。

  阳宝山特大桥是桥梁工程设计院“山区大跨复杂桥梁技术创新团队”的作品。桥梁工程设计院“山区大跨复杂桥梁技术创新团队”以攻克重大项目挑战性技术需求为导向,聚焦山区特殊复杂桥梁建设关键技术研究,致力于支撑中交一公院特大桥业务发展。团队共25人,其中高工以上17人,45岁以下20人,人员结构合理、年富力强、一线高水平人才云集。

  一是科研与生产深度融合,形成一系列具有核心竞争力和中交一公院特色的山区大跨复杂桥梁原创性关键技术。“十三五”期间团队承担省部级课题5项,务实开展技术攻关,典型研发支撑包括:“超高墩超长联大跨径矮塔斜拉桥设计关键技术”支撑建设世界最大规模矮塔斜拉桥——合同高速王家河特大桥;“空中纺线法架设主缆悬索桥设计关键技术”填补国内空白,指导完成国内首座AS法悬索桥——贵黄高速阳宝山特大桥主缆架设;“超高塔大跨山区钢桁架梁斜拉桥设计成套技术”助力完成世界第一高塔、第一跨径山区公路钢桁斜拉桥——泸富高速南盘江普者黑特大桥设计。

  二是聚焦山区大跨复杂桥梁难点问题,积极总结提炼,迅速形成成果,逐步彰显行业影响力。“十三五”期间团队依托系列技术创新成果主编行业标准1项、团体标准2项、地方标准1项;参编行业标准4项、团体标准5项;申报专利17项目,获授权7项;发表核心期刊论文50余篇。依托“组合梁斜拉桥主梁关键技术研究”及10余座斜拉桥设计实践总结,参编《公路斜拉桥设计规范》;依托“根式基础”研究成果编制《根式基础技术规程》;依托“超高墩大跨长联连续刚构桥设计综合节点技术”编制《超高墩大跨径连续刚构桥桥墩设计技术规范》;依托“悬索桥空中纺线法(AS)法架设主缆设计与施工关键技术研究及工程示范”编制《AS法架设主缆悬索桥缆索系统设计与施工指南》;团队牵头的“耐候钢桥梁设计、制造及养护关键技术研究”成功列入交通运输部2019年度交通运输行业重点科技项目清单,并主持编制《耐候钢结构桥梁应用技术规程》。

  科技进步奖方面:“系列根式基础成套技术”获2017年度中国公路学会科学技术奖特等奖;“长寿命高性能钢桥结构体系、设计理论与建造关键技术”获2020年度中国公路学会科学技术奖特等奖;“超高墩超长联大跨径连续刚构桥综合节点技术与应用”获2020年度陕西省科技进步二等奖;“超高墩超长联大跨径连续刚构桥设计关键技术研究”获2020年中交集团科技进步二等奖。

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