助力曲線斜拉橋的推廣應用

文|中國路橋工程有限責任公司 周泳濤 孫耀國

西南交通大學 單德山

曲線斜拉橋作為斜拉橋的一個分支，主要應用于對線型要求比較嚴格的場合，例如兩端接線要求橋梁走向位于曲線上，另外對于一些有景觀需求的情景，也比較適合修建曲線斜拉橋，但目前應用還不廣泛。該類橋型是由曲線型主梁與斜拉索互相組合的空間橋梁，受力的復雜性，顯著區別于直線斜拉橋和曲線梁橋。當前的大量研究集中于直線斜拉橋，對于曲線斜拉橋受力性能、設計及施工參數方面的研究還不完善，小半徑混凝土彎斜拉橋關鍵技術的研究，有助于進一步推廣曲線斜拉橋的應用。

三個專題研究

“小半徑混凝土彎斜拉橋關鍵技術研究”項目，共設置了三個專題。

專題一是“布拉柴維爾濱河大道曲線斜拉橋施工全過程分析”。該專題通過實橋索力監控數據及全橋模型試驗，驗證了適用于曲線斜拉橋整體力學分析的梁板混合分析方法。

梁板混合模擬二期恒載模擬方法

塔梁約束示意圖

剛果布拉柴維爾沿河大道斜拉橋合龍

剛果布拉柴維爾沿河大道斜拉橋全景

專題二是“曲線斜拉橋設計參數的數值分析及系列試驗研究”。該專題確定對曲線斜拉橋動、靜力響應特征，具有較大影響的各種設計參數，針對主要影響參數進行參數敏感性分析。

專題三是“復合受力斜拉橋混凝土梁/塔設計理論與方法”，該專題研究混凝土構件在雙向彎矩、扭矩、雙向剪力和軸力共同作用下的應力分布特征，研究該特征隨荷載增大的變化形式，研究混凝土構件在復雜受力狀態下的破壞形式與破壞特征，形成混凝土構件在復雜受力狀態下的開裂性能評估及極限承載能力計算方法。

試驗試件加載裝置設計

矩形壓剪扭相互作用關系圖

“小半徑混凝土彎斜拉橋關鍵技術研究”論文清單及相關論文

提出關鍵參數、半徑閾值等多項創新

“小半徑混凝土彎斜拉橋關鍵技術研究”項目，共有多項技術創新。

首先，針對曲線斜拉橋設計和施工參數眾多，不同參數對結構力學行為的影響不同且各參數影響可能存在耦合的特點，采用正交試驗設計及極差分析技術，研究各參數隨機耦合變化對曲線斜拉橋力學行為的影響程度，提出曲線斜拉橋設計和施工的關鍵參數。與傳統單一因素分析法相比，可減少約70%計算分析工作量。建立的曲線斜拉橋設計和施工關鍵參數，可直接為后續該類橋型設計和施工控制提供參考。

其次，該項目首次提出混凝土彎斜拉橋設計半徑的閾值。該項目在研究過程中，考慮了曲線斜拉橋施工的全過程，通過對不同施工階段主梁內力、位移、支座反力、斜拉索索力差等指標的無量綱敏感性分析，根據直線斜拉橋和現有規范規定，確定了評判指標，提出了混凝土彎斜拉橋的設計半徑閾值。該研究可服務于后續類似彎斜拉橋的設計，為彎斜拉橋的設計提供重要的技術支持。

最后，目前國內外的研究都集中在三相關或兩相關的層面上，對于四相關的研究結果還很少，且主要集中在復合受力狀態下剪力和扭矩的極限承載能力研究。該項目通過在壓彎剪扭作用的極限狀態下，分析了三種截面形式的鋼筋混凝土構件，得到復合受力狀態下抗壓承載能力下限值的計算方法。

基于對復合受力構件相關性的考慮，該項目能夠為復合受力狀態下，抗壓極限承載能力的計算公式和方法提供一定的借鑒，在工程實際應用中也有著重要的參考意義，為開展復合受力狀態下抗壓極限承載能力的研究填補了空白。

編著指南 為設計和施工提供參考

該項目研究了小半徑混凝土彎斜拉橋這一橋型的曲率半徑、弧長、支座位置、橫隔梁間距，以及剛度、塔梁高跨比、溫度影響、斜拉索索力、輔助墩位置等主要設計參數，橋面鋪裝、主梁梁重、斜拉索彈模、主梁彈模和曲率閾值分析等關鍵技術問題，基于正交試驗方法，優化了影響曲線斜拉橋受力行為的主要設計參數，獲得各指標的主要因素和次要因素，揭示了結構構件受力與設計參數的內在聯系和規律，編著了《大跨預應力混凝土曲線斜拉橋設計指南》，為日后的大跨預應力混凝土曲線斜拉橋的設計和施工提供了有力的參考和借鑒依據。

贏得國際監理公司認可

剛果布拉柴維爾沿河大道曲線斜拉橋（簡稱“剛果斜拉橋”）為世界第一跨度的混凝土彎斜拉橋，橋址緊鄰總統府官邸、總統衛隊兵營，是剛果（布）國家的重要地標。該項目研究成果在大橋的設計、建造中，發揮了關鍵的技術支撐作用。通過研究，2015年9月16日，該橋實現精確合龍，提升了國內外小半徑混凝土彎斜拉橋建造的技術水平，取得了顯著的社會經濟效益。其中，混凝土彎斜拉橋設計半徑的閾值，混凝土構件壓彎剪扭復合受力狀態下的極限承載力計算公式，填補了該領域在國內和國際上的空白，推廣應用前景廣闊。

該項目共發表論文12篇（2篇SCI，3篇EI），設計指南1部，獲得發明專利1項，實用新型專利4項，工法2個。環形后張預應力體系是一種新型后張預應力混凝土技術，其方法簡單實用，加快了施工進度，提高了施工效率，降低了施工風險，減少了預應力失效的風險，提高了結構的耐久性，已成功應用于剛果斜拉橋。此外，剛果斜拉橋的施工和設計方法贏得了國際監理公司的認可，展示了中國企業的形象和競爭優勢，取得了較好的經濟效益和社會效益。

該項目實用新型專利證書

斜拉橋預應力混凝土小半徑π型梁現澆支架工法便于操作，能加快施工進度，提高施工效率，提高預應力混凝土梁的施工質量。在剛果斜拉橋施工中的成功應用，證明了該工法的可行性和先進性。

剛果斜拉橋為世界跨度第一的混凝土彎斜拉橋，大橋的順利建成，對我國“一帶一路”發展戰略及中國企業走出去戰略，有著重要的示范和推動作用。通過該項目的研究，一方面提升了企業的國際核心競爭力，另一方面也提升了中國大跨度混凝土彎斜拉橋核心技術的發展，受到了社會各界、專家學者的一致好評。

隨著我國國際地位的進一步提升，21世紀前期我國海外工程項目將快速發展，在復雜地質條件下，修建跨越各種天然屏障的特大型橋梁將越來越多。斜拉橋以優越的跨越性能及豐富的結構形式，成為首選。通過該項目的實施，可顯著提升中國企業建造混凝土彎斜拉橋的國際競爭力，可以更好、更快地服務于“一帶一路”建設。

中國路橋的“走出去”戰略

中國路橋工程有限責任公司（簡稱“中國路橋”）是我國“走出去”戰略和“一帶一路”戰略的先行者，是國內最早進入國際工程承包市場的四家大型國有企業之一，主要從事國內、國際道路、橋梁、港口、鐵路、機場、隧道、水工、市政、疏浚等工程承包，兼具投資、實業、貿易、租賃、服務等業務，在亞洲、非洲、歐洲、美洲的50多個國家和地區設立了分支機構，形成了高效快捷的經營開發管理網絡，是中國交通建設股份有限公司海外業務的重要載體、窗口和平臺。

中國路橋始終堅持貫徹“自主創新、重點跨越、支撐發展、引領未來”的科技發展方針，堅持走創新型企業發展道路。經過40年的發展，中國路橋已建立了完善的企業技術研究機構及管理體系、完善的人才培養體系。擁有國家認定企業技術中心、北京市企業技術中心，科技人員中享受國家政府津貼3人，教授級高級工程師27人，中高級職稱530人，博士13人，外聘專家37人。在交通土木建設領域積累了豐碩的科研成果，掌握了幾十項工程核心技術，累計獲得國家科技進步獎2項，國家技術發明獎1項，省部級科技進步獎23項，國家優質工程銀質獎3項，魯班獎2項，國家級工法9項，省部級工法63項，專利199項，軟件著作權31項，參編國家標準和行業標準26項。

中國路橋一貫秉承“筑路架橋，奉獻社會；以人為本，追求卓越”的企業理念，大力推廣“路通五洲，橋跨四海”的企業形象；先后承攬了蒙（巴薩港）內（羅畢）鐵路、印尼泗水馬都拉大橋、塔（吉克斯坦）烏（茲別克斯坦）公路、巴基斯坦喀喇昆侖公路改建工程、毛里塔尼亞友誼港及改擴建工程、莫桑比克馬普托大橋等著名項目，項目中采用中國標準，實現了國家標準“走出去”戰略，同時，為當地創造了數以萬計的就業崗位。其中，毛里塔尼亞友誼港是20世紀70年代中國路橋承擔的我國在非洲的第二大對外援助項目，至今仍被非洲人民譽為“南南合作的典范”。

印尼泗馬大橋

莫桑比克馬普托大橋

2015年12月，國家主席習近平在中非合作論壇約翰內斯堡峰會上提出中非“十大合作計劃”，中方將在未來3年資助1000名肯尼亞留學生進行本科培訓。中國路橋積極響應號召，將分三批全額資助100名肯尼亞優秀高中畢業生前往北京交通大學，進行為期4年至5年的鐵路相關專業本科教育。同時，中國路橋將捐贈1000萬美元用于當地的鐵路技術學院建設，加強當地人才“造血功能”，增強肯尼亞自主持續發展的能力。早在2006年，中國路橋已先后全額資助了赤道幾內亞、安哥拉等國家的四十余名學生到中國攻讀大學。此外，中國路橋以實際行動踐行公司的企業理念，在多所全國重點高校設立“中國路橋獎學金”。這既是中國路橋拓展人才發展戰略的重要舉措，也是切實履行“央企社會責任”所做的表率。

蒙內鐵路

在未來的道路上，中國路橋將繼續遵照國家戰略部署，以中國交通建設股份有限公司“全面建設具有國際競爭力的世界一流企業”的總目標為引領，全面貫徹落實中國交通建設股份有限公司二次黨代會精神和“五商中交”戰略，做我國和駐在國“經濟社會發展急所的責任分擔者、區域經濟協調發展的深度參與者、政府購買公共服務”的優質提供者，緊緊抓住“轉產、轉商、轉場”三個市場，強化傳統優勢，推動轉型升級，提升資源配置能力，提高全要素生產力，堅持平臺化、國際化、標準化、差異化、信息化發展之路，將中國路橋建設成為“遵從商業倫理、卓越運營、社會尊重、員工自豪，受資本市場青睞的全球化企業集團。