2020年10月11日,中国工程建设标准化协会标准《桁式钢管混凝土结构技术规程》(以下简称《规程》)通过审查。该《规程》由清华大学韩林海教授和四川省公路规划勘察设计研究院有限公司牟廷敏教授级高工共同担任主编,中国建筑标准设计研究院有限公司、中铁二院工程集团有限责任公司、广西大学等16个参编单位的33位编委制订完成。以中国工程院院士郑皆连教授为组长,国际桥梁与结构工程协会(IABSE)主席、同济大学葛耀君教授为副组长的审查专家委员会认为:“形成了国内外首部关于钢管混凝土桁式混合结构的技术规程,填补了该领域空白”,“《规程》技术内容科学合理、可操作性强,与现行相关标准相协调,达到国际先进水平”。
钢管混凝土桁式混合结构及在其基础上演变而来的钢管混凝土加劲混合结构是钢管混凝土混合结构的基本形式。钢管混凝土桁式混合结构是由圆形钢管混凝土弦杆与钢管、钢管混凝土或其他型钢腹杆混合组成的桁式结构(如图1所示)。该类结构与空钢管结构相比,承载力高、刚度大、抗疲劳性能和耐久性能好;与钢筋混凝土结构相比,自重轻、抗震性能好;适用于房屋建筑、公路、铁路、电力、港口等各类工程。
顺应国家“交通强国”和“乡村振兴”发展战略,近15年来,我国四川、广西等地区的桥梁建设向深山峡谷快速发展,且常地处强震区(抗震设防烈度≥7度),面临桥梁跨径和桥墩高度、抗震性能和施工建设等严峻挑战,相应的结构设计技术亟待突破。据此,《规程》主编单位清华大学和四川公路设计院经持续15年的科技攻关和工程验证,在钢管混凝土混合结构力学性能研究、设计原理阐明、成套设计技术建立等方面取得系列研究成果,使其成为强震区特大桥梁的优选结构形式之一。双方已共同主编完成了《钢管混凝土加劲混合结构技术规程》T/CECS 663-2020(点击此处查看详情)。该《规程》则专门针对钢管混凝土桁式混合结构而制订。
雅安干海子特大桥位于四川省雅安市石棉县境内,其主体结构设计使用年限为100年,抗震设防烈度为9度。大桥全长1811m,36跨,设计宽度24.5m;其桁梁及高墩(最大墩高107m)均采用了钢管混凝土桁式混合结构。与原钢筋混凝土简支梁桥方案相比,桥梁从51跨优化至36跨,节约桩基础用量,显著降低了工程直接造价;此外,采用钢管混凝土桁式混合结构,实现了无模板施工、构造简洁、大大降低施工难度,有效缩短了施工工期。2017年6月7日,中央电视台《新闻联播》报道称:“干海子特大桥是世界第一座全钢管混凝土桁梁桥”。雅安干海子特大桥自2012年4月22日建成以来,运行状态始终保持良好,并经受了2013年4月20日雅安地震(里氏7.0级地震,震源深度13km)的考验,为保障抗震救灾顺利实施发挥了关键作用。
汶川克枯特大桥(如图3所示)位于四川省阿坝州汶川县克枯乡,距汶川“5.12”特大地震震中的映秀镇50km,是交通运输部和四川省交通运输厅的科研桥。该特大桥主体结构设计使用年限为100年,抗震设防烈度为9度,全长6431m。汶川克枯特大桥的桥面和桥墩均采用了钢管混凝土桁式混合结构,大桥于2018年11月3日全幅贯通。2019年8月20日,受阿坝州“8·20”特大泥石流冲击影响,该大桥左幅(汶川至马尔康方向)24#墩柱倾斜约5°,汶马高速相应封闭,但大桥主体结构完整保持良好,避免了大桥发生倒塌的重大事故;该大桥右幅经快速抢修后定时单边放行,为抢险救灾提供了关键通道。2019年10月21日, 交通运输部主管的《中国交通报》以“全桥无模板,抗震又环保”为题,报道采用该项目成果建成的汶川克枯特大桥,称:“近两年,包括10多位中国工程院院士、全国工程设计大师在内的众多国内外知名桥梁专家现场参观了该桥”、“与同等规模常规桥梁相比,大桥混凝土用量减少40%,钢材用量减少30%,原材料使用及现场污染排放物均减少30%”;并称:“大桥的设计理念十分新颖”、“这种创新是可复制可推广的”、“是高烈度地区桥梁抗震的典范”。
此外,钢管混凝土桁式混合结构还先后在浙江舟山大陆联网220kV大跨越塔(高370m)和西堠门大跨越塔(高380m,世界最高输电塔)等大型工程结构中得到应用。该《规程》的制订对于进一步合理推广应用钢管混凝土桁式混合结构具有重要的指导意义。
(文章来源于四川公路院微信公众号)