歷經(jīng)600多個日夜鏖戰(zhàn),中國電建水電七局承建的國內(nèi)首座空間網(wǎng)狀彎曲拱橋——成都未來科技城東一線跨絳溪河大橋于7月28日成功合龍。
該橋在全球首次采用異形純鋼管網(wǎng)殼拱結(jié)構(gòu),其設(shè)計(jì)難、試驗(yàn)難、施工難、焊接工藝難,在國際橋梁領(lǐng)域史無前例,在相貫節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、焊接工藝與疲勞性能等方面成功突破世界級難題,將填補(bǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的空白,為其他景觀橋的施工和運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支撐。
這座大橋?qū)⑦B接成都未來科技城南北片區(qū),有力促進(jìn)東部新區(qū)產(chǎn)城融合,進(jìn)一步推動成都融入“雙循環(huán)”,唱好“成渝雙城記”。
國際標(biāo)準(zhǔn)下的自我突破
空港新城項(xiàng)目啟動就備受各界廣泛關(guān)注。作為“新門戶”服務(wù)于成都天府國際機(jī)場?!案咂瘘c(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求”是建設(shè)的基本準(zhǔn)則。
2019年,東一線大橋在全球范圍內(nèi)發(fā)布橋梁概念設(shè)計(jì)方案征集活動,最終敲定由上海市政總院和西班牙CFC設(shè)計(jì)公司聯(lián)合設(shè)計(jì)。
橋梁全長292米,主跨152米,橋梁寬度50.2米,橋梁結(jié)構(gòu)由5個基本要素組成,主梁、拱肋、吊索、橋墩、橋臺,鋼結(jié)構(gòu)總重約8000噸。
“難,非常難!”項(xiàng)目經(jīng)理李春權(quán)直言不諱。作為成都“東進(jìn)”的重點(diǎn)項(xiàng)目,如何高效、有序地推進(jìn)項(xiàng)目安全實(shí)施,“原汁原味”地將設(shè)計(jì)圖紙變成實(shí)物,保證結(jié)構(gòu)安全的情況下最大限度體現(xiàn)橋梁的藝術(shù)和觀賞性,都是項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)面臨的難題。
作為水電七局突圍市政的重點(diǎn)項(xiàng)目,既要保證工程順利進(jìn)行,還要打造精品,塑造標(biāo)桿,李春權(quán)肩上的擔(dān)子著實(shí)不小。
由于橫撐鋼管是本橋重要的受力構(gòu)件,不同于民用建筑結(jié)構(gòu),橋梁時刻承受動力荷載,鋼管相貫節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜,疲勞問題突出,對焊接質(zhì)量要求很高,國內(nèi)外可借鑒的工程案例幾乎空白,對設(shè)計(jì)建造提出了巨大挑戰(zhàn)。
為此,項(xiàng)目部組建專家咨詢團(tuán)隊(duì),成立BIM小組,建立橋梁BIM管理中心,深入研究橋梁結(jié)構(gòu)、施工、鋼結(jié)構(gòu)加工、安裝焊接等多個專業(yè),并前往寶橋、九橋、山橋、振華重工、天元等省內(nèi)外著名鋼結(jié)構(gòu)制造廠家實(shí)地考察,參加橋梁發(fā)展大會,對國內(nèi)外橋梁行業(yè)先進(jìn)技術(shù)、管理模式、科技創(chuàng)新等進(jìn)行調(diào)研,借鑒吸收先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)與做法,為橋梁從概念方案到“原汁原味”落地提供保障。
“光是去學(xué)習(xí),前后就跑了20多趟,也讓我們見識到了各種橋梁的施工藝術(shù)?!苯ㄔO(shè)的過程也是學(xué)習(xí)的過程,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)花了大力氣。
橋梁施工難度較大,危險(xiǎn)系數(shù)高,嚴(yán)重影響工期。為打贏這場攻堅(jiān)戰(zhàn),項(xiàng)目部技術(shù)骨干重點(diǎn)攻關(guān),采用創(chuàng)新性的一體化平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)-施工-運(yùn)維全過程智慧管理,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)動態(tài)更新。通過BIM可視化模型、質(zhì)量可追溯流程、安全實(shí)時預(yù)警實(shí)現(xiàn)橋梁施工科學(xué)化管理。經(jīng)過項(xiàng)目參建各方的共同努力,大橋建設(shè)快速推進(jìn)。
多措并舉攻克難關(guān)
志若不移山可改,何愁青史不書功。2021年,東一線大橋建設(shè)進(jìn)入關(guān)鍵之年。隨著下部結(jié)構(gòu)的施工完成,大橋上部結(jié)構(gòu)焊接及吊裝等系列技術(shù)難題接踵而來。
“新”的設(shè)計(jì)理念,帶來的是難度的升級。由于結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新性,橋梁在運(yùn)營期及后續(xù)運(yùn)行過程的可靠性需進(jìn)行驗(yàn)證,在施工圖設(shè)計(jì)、相貫節(jié)點(diǎn)的加工制造以及拱肋橫撐安裝存在諸多難點(diǎn)。
“難”不是問題,攻克“難”才是目的。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)組建大橋施工技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)小組,連同設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位主要技術(shù)負(fù)責(zé)人,與制造商一起重點(diǎn)攻克施工技術(shù)難題。
“東一線大橋整體形似彎弓,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)猶如一張向上拱起的漁網(wǎng),其網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與彎梁、彎拱結(jié)合,三者均為空間曲線結(jié)構(gòu),協(xié)同受力,在國際上為首次采用,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)承受壓、彎、剪、扭共同作用,受力極其復(fù)雜。光是要制造出合格的受力構(gòu)件,就已經(jīng)是非常不容易的事。”這對于構(gòu)件制造來說,只能投石問路,不斷去試驗(yàn)、去試錯、去修正。
橋梁的相貫節(jié)點(diǎn)施工類似編織漁網(wǎng)結(jié)節(jié),橫縱走向不規(guī)則,且由于相貫節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)復(fù)雜,應(yīng)力水平高,剛度不均,應(yīng)力集中明顯,極易發(fā)生疲勞破壞。應(yīng)對受力難題,他們通過“云計(jì)算”、“大數(shù)據(jù)”手段,利用各類應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測儀器,對橋梁各個重要部位進(jìn)行即時健康體檢和數(shù)據(jù)反饋,隨時掌握橋梁健康狀況。
“鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞問題作為世界橋梁公認(rèn)的五大難點(diǎn)之一,至今尚未完善解決。本橋異形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)相貫節(jié)點(diǎn)疲勞問題極為突出,是一次極為大膽的嘗試?!睘橛行У亟鉀Q這一難題,項(xiàng)目部會同國內(nèi)頂尖團(tuán)隊(duì)開展科技攻關(guān),采用熱點(diǎn)應(yīng)力法指導(dǎo)實(shí)橋相貫節(jié)點(diǎn)疲勞設(shè)計(jì),并通過4組疲勞試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
試驗(yàn)過程中通過對試件應(yīng)力情況及構(gòu)件狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時觀測,不斷對偏心加載端傳力構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化,最終成功實(shí)現(xiàn)試件200萬次疲勞加載且相貫焊縫未出現(xiàn)破壞。
2021年12月30日,科研團(tuán)隊(duì)組織進(jìn)行試驗(yàn)中期成果專家評審會,試驗(yàn)成果得到了專家的一致肯定,填補(bǔ)了該領(lǐng)域的國際空白,為方案最終落地及施工圖設(shè)計(jì)出圖提供了條件,為拱肋橫撐的加工制造奠定了基礎(chǔ)。
精準(zhǔn)可控“零節(jié)段”返修
早起山前路更長,一山更比一山高。由于大橋造型獨(dú)特、受力復(fù)雜,對拱肋及橫撐的加工制造、現(xiàn)場安裝均帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。
為保證構(gòu)件的加工精度,項(xiàng)目部通過工藝改進(jìn)、設(shè)備改進(jìn)和數(shù)字預(yù)拼裝等技術(shù),同時分別委派質(zhì)量專員駐場,全過程跟蹤落實(shí)各工序三檢制,實(shí)現(xiàn)總體質(zhì)量可控。
雖然受力構(gòu)件經(jīng)過了疲勞試驗(yàn),但是節(jié)點(diǎn)相貫焊縫的質(zhì)量是本橋拱肋及橫撐抗疲勞能力的主要決定因素之一,因此焊接技藝控制不容小視。每一條相貫線焊縫上存在較多疲勞影響突出區(qū)域,在連續(xù)施焊的同時還需保證不同焊位轉(zhuǎn)換點(diǎn)避開影響區(qū)域,焊后還需對所有相貫焊縫認(rèn)真細(xì)致地進(jìn)行超聲波錘擊及電加熱保溫,以最大限度消除殘余應(yīng)力,保證焊縫質(zhì)量和橋梁的結(jié)構(gòu)安全。
橋梁扭曲的異形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)造成橋梁安裝時嵌補(bǔ)段多、合龍段受累計(jì)安裝誤差影響極大,對加工精度要求尤為苛刻,同時因橫撐沒有固定曲率、彎管難度大、圓管上測量控制點(diǎn)難以固定等諸多因素,對加工精度的影響甚至?xí)a(chǎn)生疊加效應(yīng)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)再三確認(rèn)最終決定,在加工制造階段,除了常規(guī)的節(jié)段尺寸檢測,還采用了實(shí)體預(yù)拼裝與“三維掃描+數(shù)字預(yù)拼裝”結(jié)合的形式,確保各節(jié)段安裝精度可控。
“我們在現(xiàn)場通過與監(jiān)理、施工監(jiān)控等單位密切配合,逐段安裝、逐段測量校核,并實(shí)時進(jìn)行后續(xù)節(jié)段空間位置計(jì)算、微調(diào),實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場零節(jié)段返修,保障質(zhì)量的同時還大大縮短了工期。”隨著大橋的成功合龍,大家松了一口氣。
合龍現(xiàn)場
鋼拱節(jié)段吊裝
主拱橫撐安裝
建成效果圖
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