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科技創新為世界第一高橋伸縮關節——山西省交通科學研究院北盤江大橋伸縮縫生產安裝紀實
2016-12-12  中國橋梁網 分享到:

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    北盤江大橋伸縮縫安裝完成,表面為一層防腐材料。
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   伸縮縫下部結構。
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   精密測量,為百年大橋建造伸縮縫
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   生產車間正在為伸縮縫做防腐準備。

   高橋之上,云霧繚繞似人間仙境;高橋之下,煙雨水繞若世外桃源。北盤江支流河水清澈,參天古木依舊枝葉繁茂,山中時常可見獼猴的身影。

   今年年底,北盤江大橋將全面通車,其縮千里為咫尺,連云貴為一家。隨著北盤江大橋正式合龍,山西省交通科學研究院(簡稱山西交科院)開始為大橋安裝“伸縮關節”,該型伸縮縫均由山西交科院所屬山西交科橋梁附件有限責任公司(簡稱山西交科公司)獨立設計、生產加工并安裝。

   創新設計確保大橋關節能屈能伸

   備受關注的北盤江大橋是浙江杭州至云南瑞麗高速公路畢都段的控制性工程,位于貴州省和云南省交界處,大橋全長1341.4米,橋面到谷底垂直高度達565米,相當于200層樓的高度,超越之前世界第一高橋四渡河特大橋的560米,成為新的世界最高。

   由于大橋處于特殊的地理位置,常年潮濕多雨,且受峽谷橫風影響,橋梁主體工程采用鋼桁梁結構,僅在大橋兩端設置四條伸縮縫,以最大限度保證行車連續性和舒適性,降低行車對梁體結構的沖擊作用。因此對伸縮裝置提出了更高的要求,除了要良好的適應橋梁的伸縮變化外,還必須具備良好的防腐性能。

   山西交科公司組織曾參加過江陰長江公路大橋2000型伸縮縫、蘇通長江公路大橋2080型伸縮縫等研發項目的技術骨干對國內特大型伸縮縫工程進行了詳細的技術分析與數據整理,吸取不同形式的伸縮縫生產安裝經驗,并多次前往北盤江大橋進行實地調研。

   關鍵部位的特種構件是保障大橋百年使用壽命的秘密武器。此次伸縮縫采用的是等距變位式伸縮縫,其整體結構、縫寬調整系統和關鍵受力部件均具有公司自主知識產權。該形式的伸縮縫兼具“轉軸式”伸縮縫結構簡單、受力清晰和“剪力彈簧式”伸縮縫制造簡單、互換性好的優點。

   設計單位的技術專家表示,正是因為有了包括伸縮縫在內的創新設計,才使得這座大橋有了能屈能伸的“關節”,在烈日中不會變形,在寒風中也能安之若泰。目前,該型伸縮縫已具有自主知識產權,獲得發明專利2項,實用新型專利1項,打破長期以來國內大位移伸縮縫依賴進口的局面。

   技術攻關盡可能使關節與大橋同壽命

   大橋的設計使用壽命為100年,而目前世界范圍內,伸縮縫的使用壽命為30到50年,也就是說,在北盤江大橋100年的設計使用周期內,要陸續經過兩到三次更換。為盡可能高的提升伸縮縫使用質量與壽命,公司在生產過程對伸縮縫各個部件采取全過程、全方位的管控。

   2016年,為完成D1120型等距變位模數式橋梁伸縮縫的生產工作,公司生產工人認真研習設計文件,熟悉掌握每一道生產工序,嚴格把握每一道工序檢驗,歷時半年完成了伸縮縫的零配件生產,積累了各類檢驗數據、試驗數據的文件資料。在對伸縮縫部件加工時,高級技師張晉平靠著自己的雙手和一臺傳統的鉆床在11米的梁體上鉆出了孔間距誤差小于1毫米的32個孔,且一次檢驗全部合格。

   如果說伸縮縫是橋梁結構的關節部件,橡膠支座則是保證關節能夠完好運行的潤滑劑。橡膠支座作為伸縮縫的重要受力部件,其質量好壞直接影響到伸縮縫的使用壽命。由于大橋復雜的變位要求和潮濕的氣候環境,公司擯棄了以往外購支座的做法,自己設計出一種專門針對大橋復雜環境的橡膠支座,根據實驗結果不斷修正模擬參數,優化溫度、壓力、膠層厚度等重要指標。經檢驗,支座各項指標均符合國家行業標準。

   調整機構是保證伸縮縫適應橋梁伸縮變形的核心機構。公司檢驗人員長期進駐車間,與車間工人一起對調整機構的加工和組裝精度嚴格把控,將加工部件的檢驗頻次提高到100%,嚴禁不合格品進入組裝程序,最終保證D1120型伸縮縫的調整機構加工和組裝要求完全滿足設計要求。

   精準安裝將高差控制在0.5毫米內

   作為一座大橋負荷量最大的構件之一,每經過一輛車的碾壓,它都要不停地伸縮調節,而每1℃溫度的變化,或者是每一次剎車等外力因素造成橋面位移,這都靠伸縮縫的即時調節。按照《公路橋梁伸縮裝置》(JT/T327-2004)中規定,伸縮量大于800毫米時,中梁頂面與邊梁頂面相對高差應在±1.5毫米。為了盡可能地減小行車對伸縮縫和梁體的沖擊作用,公司提出了整體伸縮縫頂面內彼此中梁與邊梁的高差都在±0.5毫米的要求,相當于一枚硬幣厚度的1/4,安裝精度甚至比大橋合龍時的精度還要高,如此高標準的要求帶來的技術難度可想而知。

   大橋伸縮縫的安裝工作于2016年10月初展開。項目辦公室主任周平指出,北盤江大橋伸縮縫安裝是整個標段的控制性工程,其安裝進度和質量好壞將直接影響到后續路面工程的施工,希望山西交科公司能夠嚴格做好質量管控。

   組裝完成的D1120型伸縮縫長12.25米,單重在20噸左右,北盤江大橋兩岸索塔坐落于懸崖邊,中跨橋面距離峽谷底最大565米,因此受峽谷橫風的影響較大,吊裝過程中伸縮縫會產生劇烈擺動,懸吊在空中移動時產生的動量甚至能將整輛吊車甩到峽谷底部。如果擺放位置不正確將會對橋梁產生巨大的局部壓力,甚至會破壞橋梁結構

   巨大的體積與質量規格,懸空移動時產生的動量、復雜的安裝環境、如何能安全的起吊縫體進入槽口,就成了現場安裝的首要難題。

   “千磨萬擊還堅韌,任爾東南西北風”,山西交科公司根據設計代表意見和大橋結構圖紙確定了吊車安全起吊位置和行動軌跡。項目部采取了大小吊車協同施工的方法:大吊車起吊,小吊車牽引的方式,以盡可能慢的速度將縫體吊裝入槽口指定位置。

   焊接是影響伸縮縫現場安裝成效的最主要的因素,縫體頂面與梁板的焊接需要一次性完成,焊接工人必須蹲地四五個小時持續作業,對工人的焊接水平和耐力要求極高,且焊接過程中工人處于橋下位置,辛苦與危險并存。

   對此,工人張富國深有體會:“我們的工作需要到橋下進行仔細焊接,北盤江大橋是世界第一高橋,對于焊接工藝的要求更是十分嚴格,一點都馬虎不得。”張富國說:“一開始作業,我們連廁所都沒法上,直到中午才能下來吃些東西。”焊接工人最怕的是惡劣的天氣,工人王林告訴記者:“大風吹來會讓人重心不穩,寒冷的天氣會讓握著焊槍的手變得僵硬,降低了焊接速度。”

   然而,無論天氣如何寒冷,他們依舊一動不動的保持焊接的姿勢,一絲不茍確保質量和安全。王林表示:“雖然耗時變長了,但為了保障高質量安裝和今后全橋的高效運行,這些‘笨功夫’下得值。”

   現場檢查的業內專家說:“北盤江大橋伸縮縫采用新技術、新工藝安裝施工,外部質量美觀,其性能達到了國際一流水平。”

   山西交科院院長趙隊家表示,山西交科院多年來打造自主創新平臺、產業及產品中試化平臺、高新技術產業化平臺、傳統技術升級產業化平臺的“四大平臺”,取得了一批重大科技攻關和技術創新成果,此次為世界第一高橋設計、生產、安裝伸縮縫是山西交科院順應創新發展潮流、促進科技成果轉化的又一力證。

   “一帶一路”國家戰略對于整個裝備制造業而言,將帶來巨大的市場機會。未來,山西交科院將緊抓市場機遇,以技術創新推動裝備制造業的發展,推動山西交科院走出國門,做“中國制造2025”的踐行者、先行者。

   創新案例:工匠精神品質閃耀

   江陰長江大橋DS2000型伸縮縫安裝現常

   山西省交通科學研究院交通科學園區鳥瞰圖。

   隨著我國公路建設事業的快速發展,跨徑超千米的特大型橋梁的修建逐漸增多,研發大位移橋梁伸縮裝置適應了交通運輸發展、超長超大橋梁建設需求。山西交科橋梁附件有限責任公司(簡稱山西交科公司)多年來始終秉承工匠精神,在橋梁伸縮縫產品性能、產品結構、制造成本上下工夫,逐漸成為行業的頂尖企業。在這樣一個競爭激烈的領域里,公司的崛起,有著自己的理由——“把簡單的事情做到極致”。

   這是一種精益求精、品質至上、追求卓越的工匠精神,也是當下企業界最為珍貴的精神。

   鑄就行業領先品牌

   山西交科公司前身為中德合資山西毛勒橋梁附件有限公司,山西交科公司自1996年創辦起就涉足橋梁伸縮縫生產安裝及各種配方改性瀝青生產領域,并通過了質量、環境、職業健康三體系認證、國際UKAS質量體系認證及交通產品CCPC認證。

   今年,山西交科公司聚焦橋梁伸縮縫領域已整整20年。經過20年的磨礪,山西交科公司憑借不斷增加的技術實力、持續創新的品牌形象、長期積累的客戶資源、優質服務的專業團隊,在省內外樹立了優質的品牌形象,業務范圍已從山西輻射江蘇、河南、陜西、云南、內蒙古、廣東、江西、貴州、湖北等多個省份,成為國內伸縮縫領域最具影響力的企業之一。

   自成立以來,山西交科公司就與德國毛勒索尼公司進行密切合作,不斷引進、消化、吸收德國毛勒公司尖端技術,投入大量的資金進行研究和試驗,提倡技術和管理的創新,為自主研發新型產品打下堅實的基矗2005年公司自主生產了D480型大位移量伸縮縫;2010年自主生產了具有國內先進水平的D720型特大位移量伸縮縫,并為內蒙古包頭至樹林召高速公路提供了優質服務;2014年公司自主研發了D560型等距變位橋梁伸縮裝置,并成功在霍永東高速公路汾河特大橋上得到應用;2016年自主研發了D1120型大位移等距變位橋梁伸縮縫,同年該結構獲兩項國家發明專利授權,成為國內唯一一家采用自主技術生產特大位移模數式伸縮裝置的企業,確定了其在國內的領先創新水平。

   精益求精的堅定信念

   “工匠精神就是要追求精益求精,只有這樣才能制造出好產品”,這是山西交科公司長期發展過程中的堅定信念。多年來山西交科公司技術人員始終緊緊瞄準國內外伸縮縫發展的先進技術,了解和掌握各種先進產品的技術性能、結構特點,專注于設計每一個結構部件,制定每一道工藝。

   山西交科公司副經理楊文科可以稱得上是國內伸縮縫領域的技術專家。學機械工程出身的他,1986年畢業后就進入山西交科院從事筑路機械研究與開發,也為后來從事伸縮縫的研發工作打下了堅實的基矗

   多年來,楊文科在工作中總是想方設法運用新技術、新工藝解決生產過程中遇到的問題,大膽創新、反復推敲,與技術團隊一遍又一遍修改設計圖紙,利用結構模型對設計圖紙進行驗證,特別是對那些關鍵工件,在保證功能上滿足設計要求的前提下,更加注重產品使用壽命的提高,對產品的設計始終保持精益求益、追求極致的精神理念。他通過不斷學習,大量閱讀科技書藉,攻克一個又一個難關,最終完成了具有自主知識產權的等距變位伸縮縫產品設計與制造,實現了自己的心愿。

   技術人員聶龍飛說:“憑著年輕的激情和學習能力,公司交辦的任何事情我都敢于承擔并盡最大努力把它做好、做精,”在設計D1120型大位移伸縮縫位移控制系統中,由于是首次接觸運動仿真技術,時間緊迫,為確保各個結構及零件設計合理、運行有效,聶龍飛一遍又一遍遍翻看厚達幾百頁的書籍,上網搜集學習資料,與論壇相關人員一起討論軟件使用程序,反復修改完善每個結構的數據。

   在山西交科公司,還有許多像他們一樣的技術人員,把自己的時間和精力和智慧凝聚到伸縮縫研發過程中,主動去發現問題,然后找到了解決問題的方法,他們不滿足于差不多、過得去,而是對每個零件、每道工序都精益求精、追求極致,用自己的實際行動踐行著工匠精神。

   品質至上的專業態度

   踐行工匠精神不僅體現在公司員工對待工作的態度上,同時也體現在公司對品質的苛求上。

   山西交科公司擁有占地面積共8000平方米的生產車間兩個,為保障產品質量,生產車間配備了全套先進的生產檢測設備,對產品都采取嚴格的檢測標準,對每一道工序都要進行高標準的檢測。2016年,為完成好D1120型等距變位模數式橋梁伸縮縫的生產,公司組織車間工人認真研習設計文件,熟悉掌握每一道生產工序,嚴格把握每一道檢驗工序,用了半年多時間才完成伸縮縫的零配件生產,各類檢驗數據、試驗數據有厚厚的一本。

   有一次,車間工人張晉平在加工某零部件時,需要在11米的梁體上鉆出孔間距誤差小于1毫米的32個孔,孔間距最小的為60毫米,最大的1500毫米,由于加工孔的直徑很小,長徑比很大,孔加工的難度很高,張晉平憑借精湛的技藝,硬是靠著自己的雙手和一臺傳統的鉆床鉆出了完美的32個孔,且一次檢驗全部合格。

   “質量就是生命,一點都不能馬虎,哪怕是一個小小的細節我們也要把它做好,要嚴把每一道質量關。”車間主任姜京偉說,要么不做,要做就做到最好。

   追求卓越研發過硬產品

   因為有了專業、專注、嚴謹的工作態度,山西交科公司研發的D1120型大位移等距變位模數式橋梁伸縮縫在2016年5月的山西交通科技創新優秀成果展上首次亮相就引起了業內人士注意,它為全省乃至全國在大跨徑橋梁伸縮縫設計選型上提供了新的產品支持。由于該產品改變了國內常用的模數式結構型式,采用扭轉式的調整裝置代替了原有的剪力彈簧式調整模式,徹底解決了伸縮不均勻現象,采用轉動、位移相結合的多運動幅支撐結構,大大提高了伸縮縫的豎向、橫向位移量;支撐裝置運用梁式結構,其伸縮縫的整體支撐效果明顯提高,承載能力和使用壽命也進一步提高。

   同時,產品的結構設計獲得了兩項國家發明專利授權,交通運輸部中交交通產品認證中心認為該產品符合JT/T327-2004公路橋梁伸縮縫標準,其結構新穎優良,有所突破,對國內伸縮縫創新發展有所推動。

   目前,杭瑞高速公路北盤江大橋D1120型大位移等距變位橋梁伸縮縫已由山西交科公司安裝完成。同時,公司也將全力以赴,開展好新建蒙西至華中地區鐵路煤運通道工程公安公鐵兩用長江大橋伸縮縫安裝工程。

   至此,山西交科公司成功躋身國內該領域明星企業行列,標志著山西省在特大位移伸縮裝置制造領域邁入國內領先行列。未來的道路有機遇、有挑戰,山西交科公司將繼續秉承著這種“精益求精、品質至上、追求卓越”的工匠精神,堅持走科技創新之路,堅定不移地向著他們的百年品牌夢進發。

   圖片由山西交科院提供

   
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