助力曲线斜拉桥的推广应用

文|中国路桥工程有限责任公司 周泳涛 孙耀国

西南交通大学 单德山

曲线斜拉桥作为斜拉桥的一个分支，主要应用于对线型要求比较严格的场合，例如两端接线要求桥梁走向位于曲线上，另外对于一些有景观需求的情景，也比较适合修建曲线斜拉桥，但目前应用还不广泛。该类桥型是由曲线型主梁与斜拉索互相组合的空间桥梁，受力的复杂性，显著区别于直线斜拉桥和曲线梁桥。当前的大量研究集中于直线斜拉桥，对于曲线斜拉桥受力性能、设计及施工参数方面的研究还不完善，小半径混凝土弯斜拉桥关键技术的研究，有助于进一步推广曲线斜拉桥的应用。

三个专题研究

“小半径混凝土弯斜拉桥关键技术研究”项目，共设置了三个专题。

专题一是“布拉柴维尔滨河大道曲线斜拉桥施工全过程分析”。该专题通过实桥索力监控数据及全桥模型试验，验证了适用于曲线斜拉桥整体力学分析的梁板混合分析方法。

梁板混合模拟二期恒载模拟方法

塔梁约束示意图

刚果布拉柴维尔沿河大道斜拉桥合龙

刚果布拉柴维尔沿河大道斜拉桥全景

专题二是“曲线斜拉桥设计参数的数值分析及系列试验研究”。该专题确定对曲线斜拉桥动、静力响应特征，具有较大影响的各种设计参数，针对主要影响参数进行参数敏感性分析。

专题三是“复合受力斜拉桥混凝土梁/塔设计理论与方法”，该专题研究混凝土构件在双向弯矩、扭矩、双向剪力和轴力共同作用下的应力分布特征，研究该特征随荷载增大的变化形式，研究混凝土构件在复杂受力状态下的破坏形式与破坏特征，形成混凝土构件在复杂受力状态下的开裂性能评估及极限承载能力计算方法。

试验试件加载装置设计

矩形压剪扭相互作用关系图

“小半径混凝土弯斜拉桥关键技术研究”论文清单及相关论文

提出关键参数、半径阈值等多项创新

“小半径混凝土弯斜拉桥关键技术研究”项目，共有多项技术创新。

首先，针对曲线斜拉桥设计和施工参数众多，不同参数对结构力学行为的影响不同且各参数影响可能存在耦合的特点，采用正交试验设计及极差分析技术，研究各参数随机耦合变化对曲线斜拉桥力学行为的影响程度，提出曲线斜拉桥设计和施工的关键参数。与传统单一因素分析法相比，可减少约70%计算分析工作量。建立的曲线斜拉桥设计和施工关键参数，可直接为后续该类桥型设计和施工控制提供参考。

其次，该项目首次提出混凝土弯斜拉桥设计半径的阈值。该项目在研究过程中，考虑了曲线斜拉桥施工的全过程，通过对不同施工阶段主梁内力、位移、支座反力、斜拉索索力差等指标的无量纲敏感性分析，根据直线斜拉桥和现有规范规定，确定了评判指标，提出了混凝土弯斜拉桥的设计半径阈值。该研究可服务于后续类似弯斜拉桥的设计，为弯斜拉桥的设计提供重要的技术支持。

最后，目前国内外的研究都集中在三相关或两相关的层面上，对于四相关的研究结果还很少，且主要集中在复合受力状态下剪力和扭矩的极限承载能力研究。该项目通过在压弯剪扭作用的极限状态下，分析了三种截面形式的钢筋混凝土构件，得到复合受力状态下抗压承载能力下限值的计算方法。

基于对复合受力构件相关性的考虑，该项目能够为复合受力状态下，抗压极限承载能力的计算公式和方法提供一定的借鉴，在工程实际应用中也有着重要的参考意义，为开展复合受力状态下抗压极限承载能力的研究填补了空白。

编著指南 为设计和施工提供参考

该项目研究了小半径混凝土弯斜拉桥这一桥型的曲率半径、弧长、支座位置、横隔梁间距，以及刚度、塔梁高跨比、温度影响、斜拉索索力、辅助墩位置等主要设计参数，桥面铺装、主梁梁重、斜拉索弹模、主梁弹模和曲率阈值分析等关键技术问题，基于正交试验方法，优化了影响曲线斜拉桥受力行为的主要设计参数，获得各指标的主要因素和次要因素，揭示了结构构件受力与设计参数的内在联系和规律，编著了《大跨预应力混凝土曲线斜拉桥设计指南》，为日后的大跨预应力混凝土曲线斜拉桥的设计和施工提供了有力的参考和借鉴依据。

赢得国际监理公司认可

刚果布拉柴维尔沿河大道曲线斜拉桥（简称“刚果斜拉桥”）为世界第一跨度的混凝土弯斜拉桥，桥址紧邻总统府官邸、总统卫队兵营，是刚果（布）国家的重要地标。该项目研究成果在大桥的设计、建造中，发挥了关键的技术支撑作用。通过研究，2015年9月16日，该桥实现精确合龙，提升了国内外小半径混凝土弯斜拉桥建造的技术水平，取得了显著的社会经济效益。其中，混凝土弯斜拉桥设计半径的阈值，混凝土构件压弯剪扭复合受力状态下的极限承载力计算公式，填补了该领域在国内和国际上的空白，推广应用前景广阔。

该项目共发表论文12篇（2篇SCI，3篇EI），设计指南1部，获得发明专利1项，实用新型专利4项，工法2个。环形后张预应力体系是一种新型后张预应力混凝土技术，其方法简单实用，加快了施工进度，提高了施工效率，降低了施工风险，减少了预应力失效的风险，提高了结构的耐久性，已成功应用于刚果斜拉桥。此外，刚果斜拉桥的施工和设计方法赢得了国际监理公司的认可，展示了中国企业的形象和竞争优势，取得了较好的经济效益和社会效益。

该项目实用新型专利证书

斜拉桥预应力混凝土小半径π型梁现浇支架工法便于操作，能加快施工进度，提高施工效率，提高预应力混凝土梁的施工质量。在刚果斜拉桥施工中的成功应用，证明了该工法的可行性和先进性。

刚果斜拉桥为世界跨度第一的混凝土弯斜拉桥，大桥的顺利建成，对我国“一带一路”发展战略及中国企业走出去战略，有着重要的示范和推动作用。通过该项目的研究，一方面提升了企业的国际核心竞争力，另一方面也提升了中国大跨度混凝土弯斜拉桥核心技术的发展，受到了社会各界、专家学者的一致好评。

随着我国国际地位的进一步提升，21世纪前期我国海外工程项目将快速发展，在复杂地质条件下，修建跨越各种天然屏障的特大型桥梁将越来越多。斜拉桥以优越的跨越性能及丰富的结构形式，成为首选。通过该项目的实施，可显著提升中国企业建造混凝土弯斜拉桥的国际竞争力，可以更好、更快地服务于“一带一路”建设。

中国路桥的“走出去”战略

中国路桥工程有限责任公司（简称“中国路桥”）是我国“走出去”战略和“一带一路”战略的先行者，是国内最早进入国际工程承包市场的四家大型国有企业之一，主要从事国内、国际道路、桥梁、港口、铁路、机场、隧道、水工、市政、疏浚等工程承包，兼具投资、实业、贸易、租赁、服务等业务，在亚洲、非洲、欧洲、美洲的50多个国家和地区设立了分支机构，形成了高效快捷的经营开发管理网络，是中国交通建设股份有限公司海外业务的重要载体、窗口和平台。

中国路桥始终坚持贯彻“自主创新、重点跨越、支撑发展、引领未来”的科技发展方针，坚持走创新型企业发展道路。经过40年的发展，中国路桥已建立了完善的企业技术研究机构及管理体系、完善的人才培养体系。拥有国家认定企业技术中心、北京市企业技术中心，科技人员中享受国家政府津贴3人，教授级高级工程师27人，中高级职称530人，博士13人，外聘专家37人。在交通土木建设领域积累了丰硕的科研成果，掌握了几十项工程核心技术，累计获得国家科技进步奖2项，国家技术发明奖1项，省部级科技进步奖23项，国家优质工程银质奖3项，鲁班奖2项，国家级工法9项，省部级工法63项，专利199项，软件著作权31项，参编国家标准和行业标准26项。

中国路桥一贯秉承“筑路架桥，奉献社会；以人为本，追求卓越”的企业理念，大力推广“路通五洲，桥跨四海”的企业形象；先后承揽了蒙（巴萨港）内（罗毕）铁路、印尼泗水马都拉大桥、塔（吉克斯坦）乌（兹别克斯坦）公路、巴基斯坦喀喇昆仑公路改建工程、毛里塔尼亚友谊港及改扩建工程、莫桑比克马普托大桥等著名项目，项目中采用中国标准，实现了国家标准“走出去”战略，同时，为当地创造了数以万计的就业岗位。其中，毛里塔尼亚友谊港是20世纪70年代中国路桥承担的我国在非洲的第二大对外援助项目，至今仍被非洲人民誉为“南南合作的典范”。

印尼泗马大桥

莫桑比克马普托大桥

2015年12月，国家主席习近平在中非合作论坛约翰内斯堡峰会上提出中非“十大合作计划”，中方将在未来3年资助1000名肯尼亚留学生进行本科培训。中国路桥积极响应号召，将分三批全额资助100名肯尼亚优秀高中毕业生前往北京交通大学，进行为期4年至5年的铁路相关专业本科教育。同时，中国路桥将捐赠1000万美元用于当地的铁路技术学院建设，加强当地人才“造血功能”，增强肯尼亚自主持续发展的能力。早在2006年，中国路桥已先后全额资助了赤道几内亚、安哥拉等国家的四十余名学生到中国攻读大学。此外，中国路桥以实际行动践行公司的企业理念，在多所全国重点高校设立“中国路桥奖学金”。这既是中国路桥拓展人才发展战略的重要举措，也是切实履行“央企社会责任”所做的表率。

蒙内铁路

在未来的道路上，中国路桥将继续遵照国家战略部署，以中国交通建设股份有限公司“全面建设具有国际竞争力的世界一流企业”的总目标为引领，全面贯彻落实中国交通建设股份有限公司二次党代会精神和“五商中交”战略，做我国和驻在国“经济社会发展急所的责任分担者、区域经济协调发展的深度参与者、政府购买公共服务”的优质提供者，紧紧抓住“转产、转商、转场”三个市场，强化传统优势，推动转型升级，提升资源配置能力，提高全要素生产力，坚持平台化、国际化、标准化、差异化、信息化发展之路，将中国路桥建设成为“遵从商业伦理、卓越运营、社会尊重、员工自豪，受资本市场青睐的全球化企业集团。