鋼殼-混凝土新型組合結構索塔的首創與應用

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從南眺望建設中的南京長江五橋

2017年5月開工建設的南京長江第五大橋是國道205線和國道312線的過江通道，工程位于南京長江大橋上游約13公里處，是連接主城和江北新區的重要紐帶。全線按一級公路標準設計，工程南岸順接已通車的青奧軸線地下工程，下穿夾江后經梅子洲跨越長江主航道，北止于寧合高速五里橋互通，路線全長10.33公里?？缰鹘髽蜷L4134米，為縱向鉆石型索塔中央雙索面三塔組合梁斜拉橋，橋跨布置為80+218+600+600+218+80=1796米，夾江隧道長約1755米，穿越夾江段采用盾構法施工。

采用多項世界或國內首創技術

南京長江第五大橋修建時恰逢國家倡導高質量發展和“大國工匠”精神，建設單位南京市公共工程建設中心積極響應國家“創新驅動戰略”和交通運輸部“積極推進鋼結構橋梁和組合結構橋梁建設的意見”，秉承重視科技創新的傳統，充分考慮建設期到運營期的使用情況，采用了多項世界或國內首創技術。

跨江主橋中索塔承臺以上高177.4米，邊索塔承臺以上高169.7米，在世界上首次創新性地采用了鋼殼-混凝土新型組合索塔結構，有效解決了多跨斜拉橋中塔剛度要求高等問題；跨江主橋主梁為流線型扁平整體箱型組合梁，組合梁全寬35.6米，是世界上首次采用粗骨料活性粉末混凝土橋面板結構的大跨徑斜拉橋；夾江隧道盾構開挖直徑15.46米，管片外徑15米，為國內直徑最大的公路盾構隧道。

成立聯合項目組破發展瓶頸

索塔是纜索承重橋梁的關鍵承載結構，結構剛度大、承載力要求高，我國95%以上的索塔為現澆施工的混凝土結構，工廠化程度低、施工工期長、現場作業量大、人工投入高、設備占用周期長、施工組織復雜、施工質量影響因素多，是纜索承重橋梁由建造型向制造型發展的瓶頸。

南京五橋索塔

為了響應國家產業政策、提升橋梁建造的工業化水平，實現橋梁建設產業升級，建設單位南京市公共工程建設中心與中交公規院、清華大學、中鐵寶橋、中交二航局、中交二公局、西南交大等單位于2014年成立了聯合項目組，依托江蘇省科技成果轉化項目開展專題科學研究，將鋼結構索塔的工廠化制造及架設工藝與混凝土索塔所具有的優良抗彎、壓剛度相結合，提出了一種工業化建造程度高、結構性能優異、施工快速、環境友好的新型組合結構索塔——鋼殼-混凝土組合索塔。

鋼殼-混凝土組合索塔斷面

項目組通過理論研究、模型試驗、數值分析等手段，在鋼殼-混凝土組合索塔的鋼殼-混凝土協同受力機理、設計理論及方法、附筋鋼殼制造、橋位施工等方面進行了系統的研究，首創了以縱橫雙向鋼筋混凝土榫群為剪力連接件、鋼殼與混凝土協同受力的鋼殼-混凝土組合索塔結構，揭示了鋼殼-混凝土組合索塔主要受力構件的力學性能和工作機理，建立了鋼殼-混凝土組合索塔整體協同受力的設計理論和方法。工程實踐表明，鋼殼-混凝土組合索塔結構具有承載力高、抗震性能優越、外觀質量好、耐久性出色等優點；同時新型組合索塔將混凝土索塔的受力鋼筋轉變為鋼殼附筋，在工廠內安裝，并隨鋼殼整體吊裝裝配，現場僅需連接節段間鋼筋、環縫焊接和澆筑混凝土，節段間鋼筋通過工廠預拼裝確保對接精度，有效減少現場作業強度及難度，實現了索塔施工的工廠化、裝配化。

在鋼殼-混凝土組合索塔的制造安裝技術方面，項目組首次研發并運用了鋼殼鋼結構與鋼筋共制作的“附筋鋼殼先進控制技術”“鋼殼預拼裝鋼筋定位技術”“鋼殼節段現場鋼筋連接及鋼殼安裝定位技術”，保證了鋼殼的制造質量與精度；發明了輕型液壓整體自爬升施工平臺和可調節壓桿式吊具，開展了索塔補償收縮混凝土施工技術研究，提高了鋼殼安裝效率和施工安全性，保證了索塔鋼殼安裝精度和鋼筋混凝土組合質量。

創新研究成果達到國際領先水平

項目申請發明專利6項，授權實用新型專利2項，在國內權威刊物發表論文6篇，培養交通行業博士、碩士和其他人才37人，研究成果得到了行業內專家的高度評價，中國公路學會的科技成果評價意見認為“達到國際領先水平”。

2019年3月1日，南京長江第五大橋跨江主橋索塔封頂，項目研究成果成功應用于大橋的設計、施工中，有效提高了索塔工廠化制造率，縮短了索塔建造周期。目前，南京長江第五大橋建設已進入攻堅時期，而在96公里的南京長江江面上，又有仙新路、建寧西路等新一批過江通道開工建設，建設者們秉承“精致、平安、智慧、綠色”的建設理念，以如履薄冰的責任感，以不斷自主創新的魄力，破浪揚帆，砥礪奮進。

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