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科技助力亚洲最宽无背索斜拉桥

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无背索斜塔斜拉桥从上世纪90年代获得发展。世界上最早的无背索斜塔斜拉桥是1992年建成位于LaCartuja岛北部的西班牙塞维利亚Alamillo桥,建成后立即引起世界桥梁界的瞩目,也成为塞维利亚这座...

无背索斜塔斜拉桥从上世纪90年代获得发展。世界上最早的无背索斜塔斜拉桥是1992年建成位于LaCartuja岛北部的西班牙塞维利亚Alamillo桥,建成后立即引起世界桥梁界的瞩目,也成为塞维利亚这座古老城市的标志性建筑。无背索斜塔斜拉桥结构新颖,造型独特,桥塔后倾且无背索,打破了传统桥梁设计理念。

近些年来,随着我国交通事业的发展,无背索斜拉桥也得到大力的发展。其中已建成的长沙洪山大桥、合肥陵路桥、哈尔滨太阳桥等较为著名。而中国电建水电十一局承建的河南省中牟县人文路跨贾鲁河大桥工程则在同类桥梁以宽度55米,创造了亚洲之最。

人文路跨贾鲁河大桥主桥桥型为双索面无背索独塔斜拉桥,桥梁全宽55m,塔梁固结,共布置18根斜拉索及阻尼装置。对于中水十一局而言,该类型桥梁不管从施工难度还是施工工艺方面来讲,都是一次全新的挑战,尤其在主塔施工、主梁钢混结合工艺、安全监控系统等方面提出了更高的要求。

中牟项目为了确保工程施工顺利进行,从技术创新抓起,组织科研攻关,多次召开专题会,解决各项疑难问题。同时做好与西南交通大学、华北水利水电大学、河南省交通科学研究院等高校和机构进行合作,做好施工技术创新,在超宽大宽跨比正交异性钢箱梁力学行为及施工控制技术、建筑信息模型(BIM)和虚拟现实可视化仿真、大节段预应力混凝土空心斜塔施工及安全技术等方面展开了广泛而深入的研究。

“爬”起来的斜塔

人文路跨贾鲁河大桥主塔为预应力混凝土空心斜塔,上塔柱高70米,每节段6米,塔身倾角60°,施工难度大,安全系数高。采用传统支架施工,用钢量大,存在巨大安全风险,,进过多次专家会议论证,研究通过采用爬模施工的方案,然而在已有的预应力斜塔施工经验中很难找到60°倾角且每节段长6米的爬模设计方案,可以借鉴的经验几乎没有,这无疑需要项目技术团队研究创新,找到解决问题的方案。

在寻求解决问题方案的过程中,项目技术团队发现,一般情况下,普通爬模主要承受模板侧压力,该工程的爬模还需要承受极大重量的混凝土,越往上,节段混凝土的重心越偏,爬模需要承受的混凝土重量就越大;同时侧面的爬模系统,还存在扭转问题,无法爬升。发现问题后,技术团队与公司技术质量部沟通,公司多次派专家到项目协助解决问题,同时积极与合作院校沟通、协作、研究和测算,不断地组织攻关,经过多次模拟试验,制定出施工方案:主塔塔柱混凝土施工采用临时支架支撑模板、液压爬模技术进行施工,解决了斜爬模的设计和施工关键技术。

桥梁力学分析法“指路”施工

人文路跨贾鲁河大桥主梁为钢混纵向组合结构,纵向布置为30+120+40m,其中主跨为100米为钢箱梁,钢梁与混凝土梁结合处设钢混结合过渡段,钢梁为主纵梁、小纵梁、中横梁、小横梁、正交异性钢桥面板及大悬挑组成的钢构架。

钢混梁过渡段施工难度大,技术要求高,过渡段混凝土的收缩徐变是一个复杂过程,需要通过探讨多种模型,才能精确量化其对主梁最终应力状态的影响;大宽厚比条件下薄壁箱梁结构受力及变形更为复杂,施工残余应力对结构变形和受力的影响不可忽略;塔梁平衡施工采用动态控制,桥梁应力变化复杂。若只施工,不考虑研究桥梁的结构性能,犹如练武不练功,到头一场空。

面对这一难题,项目技术团队积极与科研院校单位合作,利用理论分析和数值仿真技术建立全桥模型,模拟各个施工阶段,对不同工况下结构的内力、变形进行有限元计算,对关键部位进行局部分析,明确该类结构的受力特点,结合仿真分析结果与现场实测数据,有针对性制定合理的施工方法,验证方案的合理性,提高了工程质量。

智能化的保驾护航

人文路跨贾鲁河大桥工程在施工过程中,随着塔柱不断升高,安全系数也在不断提高,为了确保爬模施工的安全性,研发了爬模全自动智能安全监测系统,采用互联网、物联网及云平台等信息技术,通过在施工关键部位安装传感设备,实现对桥塔爬模施工全过程和高空作业平台安全状态进行实时监控。

实际上,在主塔施工初始阶段,爬模安全监控通过现场巡视实现,但无法及时或者拿给我高空作业的状况、模架工作的实际状态,一旦某装置发生故障或告警,无法在第一时间得到确认,不能确保安全隐患的及时排除。在这一情况下,项目部技术团队又投入了研究中,通过建模计算,现场荷载试验,分析找出各爬模杆件的实际受力及变形状态,通过监测原件实时无线传输至云平台,随时可通过电脑、移动终端查看爬模运行状态,当爬模出现超过设定安全预警值时,还可实时将报警短信发至联系人手机,确保了施工措施安全可靠。

贾鲁河大桥爬模全自动智能安全监测系统自投入使用以来,监测平台数据采集稳定,实时监测桥梁建设期间关键结构节点的各项数据情况,为大桥的安全建设保驾护航。

BIM技术的使用

贾鲁河大桥施工使用BIM技术——空间维度和时间维度全景数字摄影技术,展现施工过程中不同阶段桥梁的进度和变化,直观的指导现场施工。从不同高度不同角度对大桥进行拍照,展示主塔液压顶升爬模施工、斜拉索的安装、索力调整及应力控制等关键技术要点,并用采集到的信息对大桥进行逆向建模。将高杆、云台、数码单反相机、GPS等设备联合使用,记录桥梁的线形以及各构件的尺寸。将逆向模型与正向模型上的信息进行比对,在大角度倾斜主塔施工过程中,信息模型可以提供信息集中交流的平台,减少文件处理时间,提升了工程管理水平。

BIM技术在贾鲁河大桥工程中的应用,是一种三维可视化的新体验。利用BIM的三维技术在前期可以进行碰撞检查,优化工程设计,减少在大桥施工中可能存在的错误损失和返工的可能性,而且在一定程度上能够优化方案。最后施工现场人员可以利用碰撞优化后的方案,进行施工交底、施工模拟,提高施工质量,同时也提高了与业主沟通的能力。

贾鲁河大桥工程在施工过程中重视科技创新,用现代化技术为工程施工助力,确保贾鲁河大桥施工过程中做到“重安全、高效率、高质量”,顺利实现各节点目标。


资讯编辑:李树芝 15821761265
资讯监督:宋丹丹 021-26093901

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