春晓纵向开启式钢桁拱桥建设关键技术研究
成 果 名 称：春晓纵向开启式钢桁拱桥建设关键技术研究
第一完成单位：宁波梅山岛开发投资有限公司（盖章）
其他完成单位：上海市政工程设计研究院（集团）有限公司
同济大学 中铁山桥集团有限公司
四川公路桥梁建设集团有限公司
成都市新筑路桥机械股份有限公司
鉴 定 日 期：2021年5月28日
成果内容简介：
高等级航道需要的桥梁长大接线是制约两岸城市发展与区域沟通的重要因素，开启桥是接线受限条件下跨越航道的重要桥梁结构型式。然而，开启时需中断车行交通是制约其推广应用的首要因素，亟待研发可满足桥上车行交通和桥下大型船舶同时通行的新型下层开启式结构。钢桁拱桥具有结构刚度大、外形美观的特点，可较好匹配大跨度新型开启式结构，然而现有栓接连接的钢桁拱桥养护难度大，耐久性问题突出，亟须研究符合全寿命设计理念的全焊连接钢桁拱桥新技术，攻克钢桁架整体节段全焊制造及大节段安装等关键技术难题。
本项目依托世界首座双层纵移开启式桥梁—梅山春晓大桥，开展产学研联合技术攻关，取得了以下创新成果：
1、首次研制了悬挂纵向开启式结构，构建了悬挂导向、楔块钢性锁定以及重载同步传动系统。自主研发了基于机械液压混合蓄能的悬挂导向系统和楔块刚性锁定机构，实现开启过程及运营活载变位下活动桥架的均匀承载与安全锁定；开发了重载同步链传动系统和基于CAN和TCP/IP技术的实时网络控制和实时监测系统，实现多点驱动的同步控制；研发了高差浮动调节装置、缓冲装置与精确到位锁定装置，实现运行过程的自适应调节与精确对位锁定。
创新成果 | 支撑材料 |
首次研制了悬挂纵向开启式结构, 构建了悬挂导向、楔块钢性锁定以及重载同步传动系统. | 1）发明专利8项： 授权专利3项：《双向楔形液压锁紧装置》、《一种楔块刚性锁定机构》、《一种悬挂导向机构》； 审查中公开专利5项：《一种下层纵移开启式桥梁及其开启方法》、《一种开启桥用高差补偿装置》、《一种纵向平移式开启桥的驱动机构》、《一种伸缩式开启桥的自动插销机构》、《一种移动桥架电控系统框架》 2）论文6篇： 李安虎、卞永明.《桥用液压悬挂系统的疲劳分析》 刘广军.《基于AMESim 的纵向开启桥液压系统仿真》 刘国、竺辉.《水平纵移式重载开启桥液压系统建模与仿真》 刘国、竺辉.《水平纵移桥架液压悬挂系统设计与均载性能分析》 徐新明、卞永明.《桥梁钢结构疲劳试验系统研制》 刘辉. 《梅山春晓大桥下层纵移开启桥架设计》 |
2、首次开发了异性钢桁架整体节段全焊制造和拼装技术，实现了多接头高精度连接。提出了基于海洋高空环境下焊接材料匹配、焊接过程控制和焊接热处理工艺的焊缝扩散氢含量控制技术，有效防止了高强桥梁钢厚板焊缝冷裂纹的产生，实现了焊缝一次合格率99.7%；自主研发了基于全焊钢桁拱桥异形空间结构特点的异性钢桁架拱肋节段模块化拼装方法和测量控制技术，解决了主拱节段高空安装线形控制技术难题，实现了节段及合龙段多接头高精度连接。
创新成果 | 支撑材料 |
首次开发了异性钢桁架整体节段全焊制造和拼装技术，实现了多接头高精度连接。 | 1）发明专利6项： 授权专利5项：《一种桥梁拱肋段制作工艺》、《一种全焊桁架节段模块化拼装方法》、《一种桥梁活动桥架节段拼装工艺》、《一种桥梁拱段直角转体方法》、《一种全焊钢桁拱桥焊接方法》 审查中公开专利1项：《一种大型桥梁支座垫板焊接方法》 2）论文3篇： 陈朝军.《宁波梅山春晓大桥钢桁主拱制作技术研究》 胡光举.《梅山春晓大桥主桥横梁制造工艺研究》 陈朝军.《宁波梅山春晓大桥拱梁结合段组焊技术研究》 |
3、提出了海上大吨位异性钢桁架缆索吊整体竖转起吊方法，实现了异性超高构件安全、高效安装。开发了基于分段悬链线和索力连续算法的缆索吊装系统准确计算方法和基于该精确算法的大吨位钢桁架拱节段定点起吊方法，实现整体节段大吨位吊装及高精度安装。
创新成果 | 支撑材料 |
提出了海上大吨位异性钢桁架缆索吊整体竖转起吊方法，实现了异性超高构件安全、高效安装。 | 1）发明专利1项： 授权专利1项：《一种海上大吨位异性钢桁架构件缆索吊整体竖转起吊施工方法》 2）QC成果及工法： 国家一等奖.《提高钢桁架拱桥拱肋安装精度》 省部级工法：《钢桁拱桥固塔少扣索缆索吊装悬臂节段拼装施工工法》 3）论文3篇： 邓亨长.《基于悬链线理论的缆索吊装系统解析准确算法》 邓亨长.《基于分段悬链线和索力连续算法的缆索吊装系统准确计算》 孟续东.《宁波春晓大桥主拱施工关键技术研究》 |
推广应用前景：
研究成果创新了开启桥的开启方式，解决了桥上交通与大型船舶同时通行的难题。研究成果极大地提高了我国全焊连接钢结构桥梁加工、制造以及安装的整体水平，经济技术效益良好，具体推广价值，对我国特大型桥梁设计与研究具有重要的指导和借鉴意义。
1）梅山春晓大桥全面应用了课题科研成果，成功建成了世界首座双层纵移开启桥梁。通过科研成果的全面应用，提高了工程的质量，节省了工程的投资，加快了施工进度，为大桥优质、高效的建成提供了技术保障。
2）湖南清水塘大桥应用了课题异性桁架焊接变形控制技术，大幅提高了拱肋桁架节段的制造精度和焊接质量。
3）湖南清水塘大桥应用了课题少扣索安装控制技术，主拱充分利用了主桁结构自身的承载能力进行悬拼架设，大幅降低施工措施费用。4）湖南清水塘大桥应用了课题异性桁架焊接变形控制技术，大幅提高了拱肋桁架节段的制造精度和焊接质量。
5）湖南清水塘大桥应用了课题少扣索安装控制技术，主拱充分利用了主桁结构自身的承载能力进行悬拼架设，大幅降低施工措施费用。
6）四川犍为岷江特大桥应用了课题基于悬链线精确计算的斜拉扣挂缆索吊装技术，大幅提高了施工技术安全保障。