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工业化建造推动公路技术加速转型(图)
作者:安徽交通控股集团有限公司 来源:《中国公路》 时间:2024-07-02

获奖等级:一等奖 

项目名称:公路工业化设计理论及轻型桥梁体系智能建造技术

为实际响应国家“碳达峰”“碳中和”目标要求,公路工程作为国民经济重要部分,承载了来自资源、环境、品质的更高压力,提出了对工业化绿色建造模式的更高要求。在公路工业化设计理论及建造技术方面进行突破与创新,是切实促进公路工程“转型升级”和“创新发展”的重要方向之一。历史上,绿色发展与粗放发展形成了激烈冲突,发展由此付出过巨大的环境、经济代价。工业化转型是解决目前面临冲突的关键,已是各国努力的方向。 

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2020年7月,住建部等多部委联合印发《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》。公路建造如何通过及时的工业化转型节约资源,保护环境,提升品质,落实绿色建造,已然成为当务之急,因此,“转型升级”压力巨大。基于传统理论、结构和管理的尝试常常为昙花一现。技术的标准化、系统化、模块化、信息化水平低,工程综合效益不佳、投入不能周转、优势不成规模、技术难以推广。

“公路工业化设计理论及轻型桥梁体系智能建造技术”项目(以下简称“项目”)以公路工业化全过程绿色建造为目标,提出系统性解决问题的总体思路:发展基础理论,创新工业化新型桥梁结构和管控系统。项目研究形成完整的解决方案,落实重大工程应用。系统解决了公路工业化质量、效益和效率上的问题和矛盾,最终满足公路建造面临的资源、环境、品质高标准要求。

建立工业化评价体系 解决工业化理论指导问题

项目结合长期的公路工业化建造实践,提炼出直接反映公路工业化目标的三个要素:节地程度、填挖平衡程度和降碳程度,提出分别计算,综合加权的技术思路,论证分析,展开系统研究。项目提出了公路节地、填挖平衡、降碳评价方法,建立了公路工业化综合评价体系,解决了设计认知不统一,未建立公路工业化建造的评价标准,未形成科学、系统的评价体系,难以评价项目的工业化水平及其合理性的问题,为公路工业化建造的评价提供了理论体系。

结构精细化计算方法 克服工业化设计障碍

项目结合大量的桥梁结构设计与计算,选择出直接影响公路工业化实效的三类计算:强度计算、参数计算和施工控制计算,提出改进模型,创新算法的技术思路,论证分析,系统研究。创新出楔形截面综合抗剪计算方法,推导出组合作用下截面与配筋对应的抗剪压、斜压、斜拉计算公式,究揭示了箍筋部分抗剪现象、抗剪双向极值特征,明确了构件最小腹板厚度定义,建立了抗剪状态间的关系和承载力的界限。

项目提出了一种全新的体外拉索支承梁体结构的设计计算方法,实现了大变形状态下体外索承梁结构承载能力的准确计算,解决了传统计算不全面、计算出的安全度相对低、技术工程应用效果差等问题,论证了体外索承梁超越传统认知的安全性能。项目提出了一种新的子构件抗压模型及设计方法,具有明确的物理意义和几何意义,解决了构件偏心抗压计算的合理性问题,由此形成的子构件压力偏心距增大系数计算方法同时也保持了对以往计算模式的继承,在形式上更方便人们的理解和使用。

项目建立了统一的拉索偏转磨蚀判断模型,揭示出拉索偏转的磨蚀与半径和转角无关,由应力幅主控的规律,解决了拉索偏转防护的控制因素问题。拉索偏转磨蚀防护模型分解了弧线端部复杂的局部径向压力,实现了定量化计算,解决了拉索偏转防护的防护度和防护点问题。

项目形成了通道与土体联合作用、回转式钢筋连接、挤压式锚拉板连接、一体化桩墩精准打入等计算模型与方法。同时,项目解决了设计认知不统一,未对传统设计理论进行必要修正,未形成新的结构精细化设计方法,难以优化结构进行桥梁工业化快速建造的问题。

研发桥梁轻型化技术体系突破公路工业化结构困扰

项目结合大量的结构装配化实践经验,总结出直接影响公路工业化实效的四大技术:结构、构件、连接、施工,提出进行轻型化、模块化再造,创新工法工装的技术思路,计算分析,系统研发。

项目创新路桥融合理念,原创了跨径6米至13米全装配新型桩板式道路,破解了土地制约难题。项目研发出跨径15米至25米薄腹宽翼轻型T梁,简化了结构构造,降低了结构自重,提高了承载效率,配合以智能化的工法工装,最大限度实现了公路工业化绿色建造的目标;研发跨径35米至40米少主梁小横梁钢板组合梁,推动了组合结构在中小跨径桥梁中的发展。项目开发跨径30米至55米全体外索箱梁,较传统结构减轻梁重20%以上,减少拉索15%以上,且可缩短施工周期30%以上,实现了节段梁桥的全体外预应力突破。

项目研发了跨50米至100米模块化钢管桁架梁、跨径100米至250米模块化组合结构斜拉桥,跨径3米至6米四构件双铰管型/箱型通道、模块化桥墩、装配式桥台等系列创新结构。创新了回转式钢筋连接结构、挤压/剪切式锚拉板连接结构、“栓接+剪切/半铰+套筒式”连接结构、插槽/波形筒/法兰焊式连接结构、钢构件组合连接结构、钢骨架组合连接结构,并研发出智能化制造安装工法。

项目建立了上下全装配、跨径全覆盖轻型桥梁技术体系,破解了土地资源制约难题,解决了结构构件不适应、标准化程度不足、模块化水平低、制造安装困难等问题。

全景多专业全要素的数字孪生,打造工程全生命周期数据底座;同时实现三维可视化展示,为勘设多方协作和后期建管养提供可查询、可迭代的电子沙盘,解决了过程管理难交互,应用BIM多停留在事后演示层级上,未形成基于BIM 的设计、施工、检测快速信息共享和相互修正的问题。

技术成果与应用成效

项目针对行业面对的复杂形势和工业化存在的深层问题,延伸问题导向,结合数字技术,发展公路工业化评价方法和桥梁轻型化设计理论,创新工业化新型桥梁结构和管控系统,建立统一数字技术的快速、集约、绿色、低碳建造体系,系列成果多属于国内外首创。

项目提升了工程安全品质和使用价值,促进了公路工业化、数字化技术高效结合,提高了工效,改善了环境,减少了风险,实现了节能减排,落实了绿色建造。项目的公路工业化设计理论及轻型桥梁体系智能建造技术,先后在跨江桥梁群、新建高速公路,改扩建高速公路、市政道路等国内外近20项重大工程中应用,规模超过150公里,投资超过140亿元,成果转化达到100%,直接经济效益超过17亿元。

项目成果获发明专利44项、实用新型专利100余项、软件著作权6项,出版专著7部,发表论文100余篇,发布标准 25部、工法12项。培育部科技示范工程 4项,获国际桥梁乔治•理查德森奖、设计菲迪克优秀奖、数字BE创新奖、国、省专利奖4项、中国土木工程詹天佑奖两项。在公路工程工业化设计理论和绿色智能建造技术方面取得重大突破,促进了公路工业化整体水平的提高。

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【编辑: 任 燕】

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