一、项目基本情况

项目编号：HXZX2021-C-019

项目名称：航道整治工程钢结构桥梁智慧建造技术研究与应用-2

采购方式：竞争性磋商

预算金额：人民币捌拾万圆整（￥：800000.00元）

采购需求：

（一）项目目标

为了响应“品质工程、绿色公路、交通强国”的战略要求，开展《钢桁梁桥高强螺栓脱落机理及防坠落控制技术》研究。主要研究钢桁梁桥螺栓病害快速识别方法、钢桁梁桥施工过程与成桥阶段受力特性分析、高强螺栓脱落影响因素、高强螺栓防坠落装置研发、高强螺栓更换方案及控制标准等关键问题。在设计方面，研发高强螺栓防坠落装置，评价其工程的适用性和有效性，并在试验的基础上进一步改进和优化，建立螺栓防坠落装置的标准化成套技术。施工方面，进行钢桁梁桥施工过程受力分析及4D施工过程模拟，实现顶推过程姿态和内力的可感、可知与可控，为全面把握施工过程螺栓的受力特性提供技术支持。运营养护方面，建立螺栓病害快速识别方法，便于管养期间对螺栓病害分布和严重程度的全面把握，为螺栓更换提供参考；建立高强螺栓更换方案，提出控制标准。

（二）主要研究内容和研究方法

本项目以杨林塘苏昆太高速公路桥、屯村大桥等钢结构桥梁为依托工程。通过本课题的研究，提出在建钢桁梁桥BIM模型快速建模方法；建立基于图像法的螺栓病害快速识别方法；明确钢桁梁桥顶推过程中各阶段的受力特性；研发高强螺栓防坠落装置，确定螺栓防坠落装置加工、安装的相关质量控制标准；制定高强螺栓更换方案及控制标准。为钢桁梁桥高强螺栓防坠落及日常巡检养护提供技术支持。具体论述如下：

（1）基于BIM的钢桁梁桥螺栓病害识别方法研究

结合依托工程，统计分析各组成构件的类型和几何参数，分析各构件参数之间的相关性，确定主要参数和辅助参数，基于BIM技术，建立钢桁梁桥参数化构件库；基于“骨架+模板”的三维建模方法，以桥梁总体布置骨架为主导，构件设计模板为核心，结合参数化功能，建立钢桁梁桥三维BIM模型；在无人机现场拍摄的视频资料及图片资料的基础上，研究外观病害快速识别方法；基于三维漫游及VR技术实现桥梁外观病害全方位的三维动态展示；基于BIM和图像法研究螺栓腐蚀速率评价方法；提出养护建议，编写养护手册（手册需通过主管部门验收），并形成具有指导意义的系统性养护指南。便于后期管养对病害分布和严重程度的全面把握，为螺栓更换提供参考。

（2）钢桁梁桥施工过程受力分析及4D施工过程模拟

打通BIM模型与计算软件之间的交互壁垒，实现BIM模型向计算软件的传递，减少在力学计算软件中建模的工作量；针对顶推施工工艺，计算分析顶推过程中各阶段受力特性以及对螺栓受力的影响；建立施工现场场地、机械、构件等三维BIM模型，针对顶推施工工艺，对钢桁梁桥顶推过程进行模拟，利用BIM模型和测量技术对顶推过程空间姿态和内力进行动态可视化展示，为全面把握施工过程螺栓的受力特性提供技术支持。

（3）典型节点高强螺栓脱落影响因素及防坠落装置研发。

针对钢桁梁桥典型节点，通过有限元模拟的方法，研究不同预紧力大小、螺栓不同腐蚀程度、螺栓脱落缺失等对节点螺栓受力的影响，分析螺栓脱落的主要因素，研发高强螺栓防坠落装置，并进行静力、动力及耐久性能等相关试验研究，提出防坠落装置的标准化设计方案和设计参数，明确相关质量控制标准。

（4）高强螺栓更换方案及控制标准研究

针对钢桁梁桥典型节点的螺栓布置方案，研究不同位置螺栓更换对周边螺栓受力、节点板受力以及连接杆件受力状态的影响；研究不同螺栓更换数量，包括连续更换数量、间隔更换数量等对螺栓、节点板及连接杆件受力的影响；研究所更新螺栓不同预紧力对周边螺栓及节点板整体受力性能的影响，提出适于所更换螺栓的控制预紧力。明确更换方案的主要影响因素，提出主要控制参数和控制标准。

（三）依托工程

本项目依托工程为杨林塘苏昆太高速公路桥、屯村大桥等钢结构桥梁。杨林塘航道起自申张线上的巴城镇，流经苏州昆山市、太仓市，至长江杨林口结束，全长约41km。苏昆太高速公路起自苏州绕城公路甪直枢纽，向北经昆山市正仪镇、巴城镇，再自石牌枢纽向东，经太仓市西，与沪浮璜一级公路相交，全长73km，采用双向四车道（六车道）高速公路标准建设，设计速度100km/h，于2005年11月建成通车。

杨林塘苏昆太高速公路桥原设计中心桩号为K26+345.000，平面位于直线、缓和曲线及半径R=2800m圆曲线上，原全桥共长765.85m，按双幅设计。左幅跨径布置为（30.05+3×30.1+30.2）+5×30.2+（59+85+48.5）+4×30.2+5×30.2m，右幅跨径布置为（30.05+3×30.1+30.2）+5×30.2+（48.5+85+59）+4×30.2+5×30.2m。跨越杨林塘河道主桥采用悬臂浇筑变截面连续箱梁，引桥为装配式部分预应力混凝土连续箱梁结构。

本次改造范围将主桥（墩号：10#~13#墩之间）拆除，其余引桥完全利用，改造段全长192.5m，平面均位于R=2800m圆曲线上，如图4.1。原老桥拆除后，新建桥梁方案采用钢桁架简支梁主桥+两侧现浇预应力混凝土连续箱梁引桥，左幅跨径布置为（29.43+29.35）m预应力混凝土现浇箱梁+93.4m下承式钢桁架+（2×20.16）m预应力混凝土现浇箱梁，右幅跨径布置为（24.03+23.95）m预应力混凝土现浇箱梁+93.4m下承式钢桁架+（2×25.56）m预应力混凝土现浇箱梁，路线中心线与河道交角约120°。单幅钢桁架主桥宽19.2m，预应力混凝土现浇箱梁引桥宽17m，两幅桥之间中分带宽度3.0m~4.2m。改造段新建桥梁跨越杨林塘航道，按净高不小于7m，净宽不小于60m控制。下部结构主桥桥墩采用墙式实体墩，引桥桥墩采用柱式墩，下接承台和灌注桩基础。

屯村大桥位于苏州吴江，横跨苏申外港线航道，桥梁与航道夹角90.2°（路线前进方向与航道中心线的右偏角），斜桥正做，航道改建标准为三级。项目仅对主跨、边跨及两侧各一跨引桥进行拆除重建，其余引桥保留利用。改建段桥跨布置为（15.94+2×15.74）+81.92+（2×15.74+15.94）m，桥梁全长177.16m，主桥宽13.8m，引桥宽12m。主桥为跨度81.92m钢桁架结构，引桥采用16m预应力砼空心板。设计荷载为城-B级，改建桥梁通航净空为60×7米。主桁采用带竖杆华伦式三角形腹杆体系，引桥上部结构采用预制空心板结构，结构简支，桥面连续。屯村大桥已于2021年7月22日建成通车，需基于BIM和图像法研究螺栓腐蚀速率评价方法；提出养护建议，编写养护手册（手册需通过主管部门验收）。

（四）主要技术经济指标

（1）提出螺栓病害快速识别方法。

（2）提出钢桁梁桥BIM模型快速建模方法。

（3）基于BIM技术模拟钢桁梁桥顶推施工过程。

（4）研发防止螺栓坠落的装置。

（5）提出高强螺栓更换方案及主要控制参数

（五）经济和社会效益（根据改动后的研究内容，如需要，可进行调整）

课题所提出的基于BIM的钢桁梁桥螺栓病害识别方法，借助于BIM技术和图像法，通过无人机拍摄的视频资料，对螺栓脱落、螺栓锈蚀等病害进行快速识别，便于后期管养对病害分布和严重程度的全面把握，减少人工检测的人力成本，具有明显的社会经济效益。

基于BIM的施工过程模拟可以直观的反映施工过程中可能存在的问题，可提前提出控制措施，为施工的顺利实施提供技术支持，对有效控制工期、提高施工质量起到积极作用，产生较大的经济效益和社会效益。

螺栓脱落可能造成桥下行驶的车辆、船只发生破坏，甚至造成人员伤亡。本课题所研发的防脱落装置可有效控制螺栓坠落病害的发生，避免发生螺栓坠落造成的安全事故和人员伤亡，不仅会产生较大的经济价值，而且具有极强的社会价值。

此外，针对钢桁梁桥典型节点的螺栓布置方案，研究影响螺栓更换质量的主要因素，提出主要控制参数和控制标准。研究成果既可提升螺栓更换速度，降低施工成本，又能够保证螺栓更换后的结构受力性能，使桥梁结构能够安全运营，具有较强的社会效益。

合同履行期限：合同签订之日起6个月内完成相关服务内容工作，后续服务工作进度根据依托工程进度调整。

本项目不接受联合体。