《交通運輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第二部分橋梁《大跨度纜索承重橋梁精細化分析關(guān)鍵技術(shù)及平臺開發(fā)》?

本期項目簡介

完成單位: 中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司

主要完成人: 霍學(xué)晉、 高宗余、 苑仁安、錢淼、 胡文軍、 陳佳、 許磊平、 苗潤池、 王東緒、艾有剛、 劉蕓欣、 蘇傳海、 喻祥、 盧丹、 吳冬、黃飛、 肖立

項目簡介

　　(一)項目背景

　　目前,我國工程和工業(yè)部門最常使用的結(jié)構(gòu)分析軟件高度依賴國外引進,進口率高達90%以上,受制于人的形勢非常嚴峻。我國在柔性纜索體系橋梁的設(shè)計及施工控制方面同樣如此,長期以來依賴引進的軟件,容易被“卡脖子冶,且引進軟件的功能擴展已嚴重滯后,完全不能滿足新的需求,限制了技術(shù)的創(chuàng)新和進步。因此,鄭皆連院士指出“中國是橋梁大國卻非橋梁強國,輸在了軟件上冶。

　　另一方面,隨著跨度的增大和技術(shù)的創(chuàng)新,纜索承重橋梁的設(shè)計和建造也出現(xiàn)了各種新的難題,成為制約大跨度橋梁進一步發(fā)展的瓶頸。同時,隨著技術(shù)的發(fā)展,對結(jié)構(gòu)分析手段也要求更加精細化。因此,中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司立足我國橋梁建設(shè)的戰(zhàn)略需求,為了解決大跨度纜索承重橋梁在發(fā)展中遇到的新難題和制約發(fā)展的瓶頸問題,力爭將核心技術(shù)掌握在自己手里,從零開始自主研發(fā)了大跨度纜索承重橋梁精細化分析平臺SNAS。該平臺具備從結(jié)構(gòu)設(shè)計到施工控制的全過程分析能力,打破了對引進軟件的依賴并完成超越。

　　(二)平臺概況

　　SNAS平臺具有以下幾個特點:從零開始,完全自主研發(fā);適用面廣,包括斜拉橋、懸索橋、斜拉-懸吊組合體系等各種橋型;可進行從設(shè)計到施工控制的全過程分析;使分析更加精細化。

　　(三)適用范圍

　　適用于大跨度纜索承重橋梁從設(shè)計到施工控制的全過程精細化分析,包括平面纜懸索橋、空間纜懸索橋、多塔懸索橋、帶抗風(fēng)纜的懸索橋、斜拉-懸吊組合體系等,適用于公路橋、鐵路橋及公鐵兩用橋。

　　(四)獲獎情況

　　先后獲得2018年度中國鐵路工程總公司科技進步特等獎、2019年度中國工程建設(shè)科技進步一等獎及國家鐵路局優(yōu)秀設(shè)計軟件一等獎。

項目創(chuàng)新點

　　1.非線性理論

　　研發(fā)了具有超高精度、強收斂性的幾何非線性迭代算法,算法的精度和收斂性超過了國內(nèi)外同類軟件,經(jīng)陳政清院士、謝先啟院士等專家的鑒定,達到了國際領(lǐng)先水平;提出了空間梁單元混凝土收縮徐變與幾何非線性的耦合計算方法,填補了無法進行混凝土收縮徐變與幾何非線性耦合計算的空白;發(fā)展了無應(yīng)力狀態(tài)法與幾何非線性的耦合計算理論,首次將無應(yīng)力狀態(tài)法的應(yīng)用擴展到非線性領(lǐng)域。

　　2.精細化設(shè)計

　　研發(fā)了完全空間懸鏈線索單元、空間鞍座單元、空間錨跨單元等3種精細化分析單元,目前國內(nèi)外尚無其他軟件具備這3種單元;提出了一種斜拉索之間相互獨立的非線性索力優(yōu)化算法,實現(xiàn)了索力的精準快速優(yōu)化;構(gòu)建了基于水平面內(nèi)合力控制的空間纜索線形分析的解析迭代方法,解決了強非線性條件下纜索系統(tǒng)線形分析的收斂性問題。實現(xiàn)了大跨度纜索承重橋梁的精細化設(shè)計分析。

　　3.精細化建造

　　研發(fā)了超大垂度效應(yīng)斜拉索索力張拉的分階段控制技術(shù),解決了長期困擾工程界的長大斜拉索在垂度效應(yīng)下掛索狀態(tài)模擬不精準、施工控制精度差的難題;建立了懸索橋纜索體系施工控制的精細化分析系統(tǒng),顯著提高了纜索體系施工控制的精度。實現(xiàn)了大跨度纜索承重橋梁施工的精準控制。

同類項目比較

經(jīng)科技查新未見相同專利、 成果及文獻報道,與國內(nèi)外同類技術(shù)比較見表 1。

應(yīng)用案例

　　目前,本項目的技術(shù)成果和自主研發(fā)的精細化分析平臺,已成功應(yīng)用于50多個大型工程中,包括:武漢楊泗港長江大橋、連鎮(zhèn)鐵路五峰山長江大橋、張家界大峽谷玻璃橋、公安長江公鐵兩用特大橋、武漢青山長江大橋、洞庭湖鐵路特大橋、滬通長江大橋、商合杭蕪湖長江公鐵大橋、宜昌伍家崗長江大橋、南京仙新路長江大橋、馬鞍山公鐵兩用橋、甬舟鐵路西堠門大橋等,有平面纜懸索橋也有空間纜懸索橋、有兩塔懸索橋也有三塔懸索橋,有公路橋、鐵路橋也有公鐵兩用橋,有斜拉橋也有斜拉懸吊組合橋。另外,相關(guān)成果已成功應(yīng)用于武漢楊泗港長江大橋、金沙江葫蘆口大橋等橋梁的施工控制中。項目成果解決了大跨度纜索承重橋梁在設(shè)計和施工控制方面的諸多難題,產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟和社會效益。

社會效益與經(jīng)濟效益

　　(一)社會效益

　　(1)成果先進,推動了科技進步。突破了瓶頸難題,推動了精細化分析,填補了橋梁技術(shù)領(lǐng)域的多項空白。

　　(2)應(yīng)用廣泛,推動了行業(yè)進步。成果應(yīng)用廣泛,將推動我國的大跨度纜索承重橋梁向更大跨度發(fā)展,使我國的橋梁事業(yè)更大更強。

　　(3)建立平臺,推動了自主研發(fā)。研發(fā)了擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)結(jié)構(gòu)分析平臺,必將推動我國工程建設(shè)行業(yè)的自主研發(fā)。

　　(4)為橋梁科技進步儲備了人才,推動了行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

　　(二)經(jīng)濟效益

　　項目的研究成果被應(yīng)用于楊泗港長江大橋等橋梁的設(shè)計工作,以及五峰山長江大橋等項目的施工控制中,為公司節(jié)約了引進商業(yè)軟件的成本。公司近三年新增合同額總和為93000萬元,新增利潤14650萬元。