钢壳-混凝土新型组合结构索塔的首创与应用

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从南眺望建设中的南京长江五桥

2017年5月开工建设的南京长江第五大桥是国道205线和国道312线的过江通道，工程位于南京长江大桥上游约13公里处，是连接主城和江北新区的重要纽带。全线按一级公路标准设计，工程南岸顺接已通车的青奥轴线地下工程，下穿夹江后经梅子洲跨越长江主航道，北止于宁合高速五里桥互通，路线全长10.33公里。跨主江大桥长4134米，为纵向钻石型索塔中央双索面三塔组合梁斜拉桥，桥跨布置为80+218+600+600+218+80=1796米，夹江隧道长约1755米，穿越夹江段采用盾构法施工。

采用多项世界或国内首创技术

南京长江第五大桥修建时恰逢国家倡导高质量发展和“大国工匠”精神，建设单位南京市公共工程建设中心积极响应国家“创新驱动战略”和交通运输部“积极推进钢结构桥梁和组合结构桥梁建设的意见”，秉承重视科技创新的传统，充分考虑建设期到运营期的使用情况，采用了多项世界或国内首创技术。

跨江主桥中索塔承台以上高177.4米，边索塔承台以上高169.7米，在世界上首次创新性地采用了钢壳-混凝土新型组合索塔结构，有效解决了多跨斜拉桥中塔刚度要求高等问题；跨江主桥主梁为流线型扁平整体箱型组合梁，组合梁全宽35.6米，是世界上首次采用粗骨料活性粉末混凝土桥面板结构的大跨径斜拉桥；夹江隧道盾构开挖直径15.46米，管片外径15米，为国内直径最大的公路盾构隧道。

成立联合项目组破发展瓶颈

索塔是缆索承重桥梁的关键承载结构，结构刚度大、承载力要求高，我国95%以上的索塔为现浇施工的混凝土结构，工厂化程度低、施工工期长、现场作业量大、人工投入高、设备占用周期长、施工组织复杂、施工质量影响因素多，是缆索承重桥梁由建造型向制造型发展的瓶颈。

南京五桥索塔

为了响应国家产业政策、提升桥梁建造的工业化水平，实现桥梁建设产业升级，建设单位南京市公共工程建设中心与中交公规院、清华大学、中铁宝桥、中交二航局、中交二公局、西南交大等单位于2014年成立了联合项目组，依托江苏省科技成果转化项目开展专题科学研究，将钢结构索塔的工厂化制造及架设工艺与混凝土索塔所具有的优良抗弯、压刚度相结合，提出了一种工业化建造程度高、结构性能优异、施工快速、环境友好的新型组合结构索塔——钢壳-混凝土组合索塔。

钢壳-混凝土组合索塔断面

项目组通过理论研究、模型试验、数值分析等手段，在钢壳-混凝土组合索塔的钢壳-混凝土协同受力机理、设计理论及方法、附筋钢壳制造、桥位施工等方面进行了系统的研究，首创了以纵横双向钢筋混凝土榫群为剪力连接件、钢壳与混凝土协同受力的钢壳-混凝土组合索塔结构，揭示了钢壳-混凝土组合索塔主要受力构件的力学性能和工作机理，建立了钢壳-混凝土组合索塔整体协同受力的设计理论和方法。工程实践表明，钢壳-混凝土组合索塔结构具有承载力高、抗震性能优越、外观质量好、耐久性出色等优点；同时新型组合索塔将混凝土索塔的受力钢筋转变为钢壳附筋，在工厂内安装，并随钢壳整体吊装装配，现场仅需连接节段间钢筋、环缝焊接和浇筑混凝土，节段间钢筋通过工厂预拼装确保对接精度，有效减少现场作业强度及难度，实现了索塔施工的工厂化、装配化。

在钢壳-混凝土组合索塔的制造安装技术方面，项目组首次研发并运用了钢壳钢结构与钢筋共制作的“附筋钢壳先进控制技术”“钢壳预拼装钢筋定位技术”“钢壳节段现场钢筋连接及钢壳安装定位技术”，保证了钢壳的制造质量与精度；发明了轻型液压整体自爬升施工平台和可调节压杆式吊具，开展了索塔补偿收缩混凝土施工技术研究，提高了钢壳安装效率和施工安全性，保证了索塔钢壳安装精度和钢筋混凝土组合质量。

创新研究成果达到国际领先水平

项目申请发明专利6项，授权实用新型专利2项，在国内权威刊物发表论文6篇，培养交通行业博士、硕士和其他人才37人，研究成果得到了行业内专家的高度评价，中国公路学会的科技成果评价意见认为“达到国际领先水平”。

2019年3月1日，南京长江第五大桥跨江主桥索塔封顶，项目研究成果成功应用于大桥的设计、施工中，有效提高了索塔工厂化制造率，缩短了索塔建造周期。目前，南京长江第五大桥建设已进入攻坚时期，而在96公里的南京长江江面上，又有仙新路、建宁西路等新一批过江通道开工建设，建设者们秉承“精致、平安、智慧、绿色”的建设理念，以如履薄冰的责任感，以不断自主创新的魄力，破浪扬帆，砥砺奋进。

附筋钢壳节段“1+1”立式匹配

重心可调压杆式吊具