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[新闻] 跨越湘江的“希望之门”——解密株洲枫溪大桥的创新之路 [复制链接]

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weixinyu 发表于 2017-4-25 11:35:14 |显示全部楼层 |          |
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       “旭日东升”初升起,在湖南株洲跨湘江上,又多了一座地标性建筑——枫溪大桥(又名“湘江六桥”),距离上游建宁大桥2.5公里,下游天元大桥3.8公里。大桥桥面采用薄层超高韧性混凝土(STC)轻型组合桥面结构。主桥为双塔单跨自锚式悬索桥,桥跨布置为(3x45+300+3x45)m。主桥宽32米,双向6车道。主缆矢跨比1/5,主缆跨径布置为87.5+300+87.5m,主缆边中跨之比为0.292。桥塔采用混凝土门式塔,主梁采用轻型组合加劲梁,边跨及混凝土锚跨采用混凝土箱梁,二者间采用钢混结合段过渡。项目总投资7.9亿元, 2016年11月13日正式建成通车。
       为此,本刊记者慕名寻访这座新地标的“建设者们”;想为行业一探这座为桥梁界新添一笔创新之作的“希望之门”——枫溪大桥。枫溪大桥作为株洲市“十二五”规划期间重大基础设施项目之一。株洲市城市建设发展集团有限公司首当其冲的成为了这一项目投资建设的担当者。2月23日上午9点,在城发集团的办公楼里,记者见到了城发集团董事长廖晖先生,他侃侃而谈了关于株洲“十二五”规划期间的重大基础建设项目。随后的几天,记者采访了相关的设计单位、科研单位及施工单位。这座株洲市的新地标性究竟在创新方面做了哪些探索和突破?《桥梁》杂志为您解密株洲枫溪大桥的创新之路。

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城市不一定“漂亮” 但一定要有“气质”

【受访者:株洲市城市建设发展集团有限公司董事长 廖晖】


       记者:请介绍一下枫溪大桥建设的总体情况?较为显著的科技创新成果都有哪些?
       廖晖
:枫溪大桥是城发集团投资建设的第六座跨江大桥。在规划前,城发要求项目品质第一。对大桥的定位首先是加强和开发两座新城的联系,从高新区到枫溪片区到航空城,枫溪作为城市的风景,打造大美枫溪,城中有村,村中有城,相互融合为一体的格局。大桥的建设要和枫溪周围的环境相得益彰。这座大桥是我们跟中交集团合作,有很多技术创新。石峰大桥过去是经常开裂,多次面临维修。那么在这座桥上,我们采用了这种STC技术,通过体系化的研究,目前可以说是解决了这种老问题。而且我相信这项新技术会在不断运用中逐渐成熟。

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株洲市城市建设发展集团有限公司董事长 廖晖


       记者:枫溪大桥的建设与株洲的经济发展有着怎样的关系?有着怎样的建设意义?
       廖晖
:株洲是被京广线把湘江切开了,需要用桥梁和隧道连起来,所以沿江的建设也成为了株洲市政建设的重点。枫溪大桥的“枫溪”二字源于“枫溪港”,株洲作为湖南工业的发源地,也作为一座卫生文明城市,随着城市品味的提高,市民都有着非常强的荣誉感和归属感,也给予了这座桥诸多希望,所以在比选设计方案时,我们将这座桥的桥塔寓意为“希望之门”;株洲是产业之城,而枫溪大桥连接了服饰和航空业两大产业,迎合了旺盛的物流需求,解决了两岸经济、环境均衡发展的问题。过去桥梁仅作为承载交通,解决交通过路问题;现在则更多的要求是安全,质量、环保、美观、要与整个城市综合协调,造型与环境相协调。
       何报翔副省长说:高技术的运用可以产生新的生产力。副省长张剑飞、市委书记毛腾飞等领导也给予这座桥不错的评价和认可。桥作为百年作品,是一座城市的地标性建筑,它的轮廊要与城市充分协调。总的来说,一座城市不一定“漂亮”,但一定要有自己的“气质”,所以呼吁新技术的创新也势在必行。

做一个敢为人先——城市的担当者



【受访者:株洲市城市建设发展集团有限公司总工程师 李云华】

       记者:作为投资规划的总工程师,在执行层面,您都考虑了哪些因素?
       李云华
:首先是通过市民、专家投票进行方案比选。我们曾多次前往广州考察一些市政桥,尤其对钢箱梁桥面铺装方面做了深入研究,希望在枫溪大桥上运用一些新技术,能够做出一些创新。众所周知,桥面铺装是一个世界性的难题。所以枫溪大桥要突破这个难题,就面临着施工难度大的问题,我们当时考虑较多的是,现在国内很多桥,特别是钢桥,在3-5年桥面沥青混凝土都是要重新再铺一次。原来采用的沥青混凝土都是经过改良的,加入新材料后造价很高,维修次数也不少。后来通过考察,我们发现湖南大学邵旭东老师在这方面做出过一些成果。我们也有针对性的去现场进行了考察,这项技术已做了很多研究,相对完善,所以我们就在这座桥上做了这样一个运用。这项技术其实是一种总体经济上的节约,综合考虑下来,经济效益和社会效益都达到了很高。

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株洲市城市建设发展集团有限公司总工程师 李云华(中)


        记者:为什么会大胆采用这种创新材料,是怎样的一种力量,让您做出这样的决策?
        李云华
:当时我们只是担心这个技术不成功,会造成很大的影响,无论是对单位,对个人,对国家利益都是一种莫大的损失。能成功就是我们努力做到最好的结果。作为国企,责任大于荣誉,只有拥有这种心态,才能敢为人先的做到有所为。城发集团从投资湘江二桥到湘江六桥(又名:枫溪大桥),对于沿江风光带的建设,随着经济的发展,建设水平也应有所提升,要做出一些突破,本身来说,也是对自己的要求。作为国有企业,主动作为和主动担当,是站在这个岗位上应尽的职责和义务。当然如果保守起见,不做创新,也可以。但是作为总工程师,我觉得还是要尽全力在新材料和新技术的应用上,多做一点探索和尝试,对社会对城市做出应有的贡献。

       记者:当初是否想过会达到预期较好的一种结果?作为城市投资建设的主力军,您如何看待这种城市的担当?
       李云华
:当时我们还没想过会有这么大的效果。在考虑和决策之前,运用前,还受到了一部分的质疑,最后经过反复论证,花了将近一年的时间进行研讨调查和现场考察。直到完全解决所有的疑问,才正式应用。作为株洲最大的投资企业,我们必须有这份建设城市的担当。而且一定要考虑经济和社会效益并行,为技术创新做一些推动,这也是对我们公司各方面的一个提升。目前从实际运用看来,效果还是非常好。对桥的整体技术含量提高了一个档次和台阶,达到了预期。

打造“希望之门”点亮沿江风光


【受访者:湖南省交通规划勘察设计院 设计负责人刘榕 张欣 / 湖南大学教授 邵旭东】

       记者:在枫溪大桥方案的设计之初,考虑最多的因素是什么?与其他已建成的跨江大桥相比,在功能上有什么不同?作为设计负责人,您如何权衡大桥的实用、坚固、经济、美观的关系?
       刘榕
:开始在设计方案时,我们就在考虑地理位置。湘江上游是株洲三桥(建宁大桥),为独塔斜拉桥;下游是四桥(天元大桥),为矮塔斜拉桥。从桥型的多样性考虑,这个位置比较适合悬索桥和拱桥。所以,我们主要做了拱桥和悬索桥的两套方案。由于株洲五桥(芦淞大桥)是两拱结合的体系桥,株洲二桥也是上承式拱桥,为了丰富株洲沿江风光带的桥型,因此我们最终推荐的是自锚式悬索桥,最后通过市民投票,专家推荐甄选桥型。选定这个桥型之后,桥塔的造型,我们也做了方案的设计。当时其中一座拱桥的方案在市民的投票中也有胜出,后来通过经济性的比较和考量,排除了拱桥方案。
       在设计之前,我们收集了沿江的建设要求和人文特色。设计时我们尝试着从美学和技术方面做出一些创新探索,希望做成株洲市的地标建筑。从运用这两项创新来讲,切实解决了很多问题。经过全寿命周期的总体核算,在费用上大概减少了1个亿。从市民的反响来看,这座桥也很受欢迎,大桥通车当天,很多市民跑到桥上去拍照。从市政桥梁来讲,景观要求比较高。实用、坚固、经济是基础,景观上更要与当地的文化结合,所以美观上我们会多考虑一些。

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湖南省副省长何报翔、湖南省株洲市市委书记/市人大常委会主任毛腾飞、湖南省交通规划勘察设计院副院长向建军接受媒体采访


       记者:从设计上的角度来说,设计这座大桥的难点是什么?亮点又是什么?
       张欣
:悬索桥我们采用的钢梁,正交异性钢桥主要有两个难点:钢结构的疲劳开裂和钢桥面的铺装易损坏,针对这两项难题,我们提出了超高性能轻型组合梁方案,这是今年1月份验收时最大的亮点,专家一致认为达到了国际领先水平。STC技术的应用,解决了世界性的难题; 另外一项创新就是主缆防腐技术的应用,这项在技术创新上做了很多探索和研究,最终也较好的运用在了实际工程中,发挥了自主研发创新的能力。

       记者:在接到这项科研任务时,湖南大学都作了哪些工作?您是如何考虑的?

       邵旭东枫溪大桥加劲梁是一种新型钢混组合结构,考虑到轮载作用下局部应力大,今后50年之后,超韧性混凝土板与钢板之间有可能粘性蜕化,组合效果变弱,未来长时间是否还能成为一个完整的组合结构?考虑了这些问题以后,我们针对枫溪大桥就模拟了一种最不利的情况,即通过在钢板上焊接栓钉之后,涂一层润滑剂,再浇筑STC,这样就完全不考虑钢板与STC之间的自然粘结作用。按1:1模型做了疲劳试验,考察STC会不会开裂?我们做了500多万次实验,其中有200万次实验与设计最大应力是相等的。另300多万次是设计应力上浮1.5倍,结果没有出现任何问题,STC没有出现开裂,层间也没出现滑移裂纹,桥面整体处于弹性状态。实验证明了STC与钢板能很好的结合在一起,并且可以协同工作。这个结果已远远超出现行桥梁设计规范的要求。这项任务,我们前前后后花了将近一年的时间,第一次考虑这种极端不利情况下,做这样一个实验。其实早在2010年开始,我们就开始持续研发这种轻型组合桥面,我们自己预设了一些问题,然后有几十轮院士专家来提问,现在各种问题我们都已经解决了,目前已经是一套很完善的体系。


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《桥梁》杂志编委、湖南大学教授邵旭东(左三),《桥梁》杂志顾问、中国工程院院士郑皆连(右三)、《桥梁》杂志编委、设计大师、湖南省交水建集团总经理胡建华(右二)


解决疲劳开裂   突破国际难题


【受访者:中交第二航务工程局有限公司枫溪大桥项目总工 马尚军 / 湖南中路华程桥梁科技股份有限公司总经理 张法】

       记者:您作为枫溪大桥的项目总工,建设过程中您觉得最大的挑战是什么?怎么突破的?
       马尚军
:最大挑战是主桥钢箱梁施工及体系转换。钢箱梁顶推施工于2016年1月份完成。如果按照自锚式悬索桥的常规工艺:先梁后缆,那么主缆施工将推迟到2016年2月份以后,体系转换完成至少要到2016年5月份,全桥5000多吨的钢箱梁将经历湘江汛期的考验,安全风险高了很多。于是提出了在主桥钢箱梁顶推时,同步进行主缆系统的施工,也减轻了后期的工期压力。但这种改变传统工艺的施工方法,需要建立在科学的基础上,经过设计院单位、监控单位的计算,确认梁缆同步施工方案可以实施,我们才真正开始执行。这样不仅节省了工期,而且钢箱梁不用在临时墩支架上渡洪,大大降低了安全风险。
  

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       记者:在您所承担的职责管理中有什么特点,在建设过程中遇到了哪些技术难点,如何解决的?有怎样的技术创新?
       马尚军
:主要特点是寻求技术方案经济合理与安全可靠的平衡点,任何一项技术方案的制订,既需要安全可靠,又要经济合理。主要难点一是主桥钢箱梁节段需采用提用提梁设备进行吊装,单件最大重量约为250吨,设备跨度和提升高度均为40米,公司无现有设备可供利用,如果新购,费用十分昂贵,且利用现场既有起重设备,龙门吊的安装也会十分困难。经多方咨询、考察,采用多台液压千斤顶同步提升进行安装。二是主桥钢箱梁节段宽32米,长12米,标准梁段重200吨,这么大节段的箱梁从一千多公里外的制造地江阴市运到株洲,是一个非常棘手的问题。常规的最佳运输方案是水路运输,但由于枯水期湘江航道不能满足钢箱梁运输船舶通航吃水深度的要求,水运方案行不通;陆路运输又超限。经过多次讨论、论证,最终采用钢箱梁在工厂分块制造、厂内总拼、分块运输、桥位二次总拼的方案。三是主跨钢箱梁顶推采用了国内先进的步履式顶推系统,采用了国内先进的步履式顶推系统,该系统自动化程度高,可实时监测箱梁偏位、各支点的受力,顶推过程中的水平力较小,因此,相对于拖拉式顶推工艺,临时墩的结构有了一定优化,并且更加安全。

       记者:作为STC技术的研发企业以及承担这次桥面铺装的施工单位,您対STC特性、功能,以及这项技术未来的发展,有什么展望?
       张法
:STC技术属于颠覆性创新,STC混凝土具有抗压强度高、抗弯强度好、超高韧性、耐久性优异等特点,STC能大幅提高桥面刚度,降低钢桥面应力,延长钢桥面抗疲劳寿命,提升钢桥面防火安全性能。解决了钢桥面铺装易损坏的世界级难题,节省桥梁全寿命周期成本。目前,STC已获得发明专利14项,形成了设计、施工与验收的成套技术,目前已作为湖南省地方标准, 同时,我们也正在申请高级别的技术奖项。目前,枫溪大桥也是为洞庭湖二桥做相应技术工艺准备,因为现在全世界混凝土桥面铺装很少有集成化,我们这种技术类似3D打印,将材料创新、结构创新、工艺创新有机结合,实现施工规模化、智能化,集成化。选择创新需要承担风险,如果能从机制上来引领和鼓励,我相信创新才会有突破性的发展。
       “超高韧性混凝土组合结构桥面”技术可广泛应用于新建钢桥、旧桥钢桥面维修等领域。该技术已在广东、湖南、北京、天津等多座大桥上应用,效果显著,第一次用在柔性更大的悬索桥——枫溪大桥上是新的考验。“我们有足够信心确保STC组合结构桥面达到百年寿命。”

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【后记:桥,水梁也;对于桥梁的创新,无论是市政桥,山区桥梁,又或者是跨海大桥,都可以有很大的创新空间,新工艺、新材料、新技术、新产品,创新可以无处不在。它应该是一种无关“规模”大小,解决新老病害,催生和突破发展瓶颈的一种新生力量,是一种引进,吸收、再创造的过程,它需要花费足够的时间和精力,所以只有让创新增值,让创新服务于行业,才能推动和衍生更多的创新。在市场经济的浪潮中,我们的竞争不再是单一的品牌竞争,而是产品、技术、工艺创新的竞争;面对市场竞争日益加剧的今天,创新是企业发展的唯一途径,也是中国桥梁从大国迈向强国的必经之路。】

(本刊记者 江北)


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