有限元在岩土工程中的应用 (2).pdf

1、刘树梁 ShuLiang Liu 中国船舶重工集团应急预警与救援装备股份有限公司 副总经理CHINA HARZONE INDUSTRY CORP.,LTD.Deputy General Manager应急桥梁技术现状及发展趋势应急桥梁技术现状及发展趋势Current status and development trend Current status and development trend of emergency bridge technologyof emergency bridge technology一、应急桥梁技术现状一、应急桥梁技术现状 Current status of e

2、mergency bridge Current status of emergency bridge technologytechnology二、应急桥梁技术与装备应二、应急桥梁技术与装备应用用Emergency bridge technology and equipment Emergency bridge technology and equipment applicationapplication三三、应急桥梁发展趋势应急桥梁发展趋势The trend of emergency bridge The trend of emergency bridge technologytechnolo

3、gy四四、如何优化发展应急桥梁技术装备、如何优化发展应急桥梁技术装备The way of optimizing the development of The way of optimizing the development of emergency bridge technology and equipmentemergency bridge technology and equipment 我国作为世界上受自然灾害威胁最严重的国我国作为世界上受自然灾害威胁最严重的国家之一，人民生命安全与社会经济发展受到严重家之一，人民生命安全与社会经济发展受到严重影响。影响。在在“时间就是生命时间就是生命

4、”的应急救援工作中，特别的应急救援工作中，特别是在受到是在受到“关键几十米关键几十米”制约的应急处置关键环制约的应急处置关键环节上，迫切需要快速打通灾区生命线、恢复交通节上，迫切需要快速打通灾区生命线、恢复交通运输能力的公路应急运输能力的公路应急交通装备，应急交通装备，应急桥梁装备就桥梁装备就是实现损毁道路快速抢通保通、突破任务关键节是实现损毁道路快速抢通保通、突破任务关键节点的核心装备。点的核心装备。应急应急装配式桥梁装配式桥梁应急机械化桥梁应急机械化桥梁装配式公路钢桥装配式公路钢桥轻便桥轻便桥/复合材料桥复合材料桥铁路抢修铁路抢修桥桥梁梁装配式大跨度桥装配式大跨度桥应急轻应急轻/重型机械化

5、桥重型机械化桥应急模块化桥应急模块化桥轮式轮式/重型冲击桥重型冲击桥应急动力舟桥应急动力舟桥1 1、我国应急桥梁发展现状、我国应急桥梁发展现状 我国应急桥梁相关研究起步较晚，力量分散，我国应急桥梁相关研究起步较晚，力量分散，以仿制、跟研以仿制、跟研起步起步。进入进入2121世纪以来世纪以来逐步实现自逐步实现自主研发和创新，开发了功能多样、性能可靠、操主研发和创新，开发了功能多样、性能可靠、操作简便的系列装备和器材，基本形成了相对完善作简便的系列装备和器材，基本形成了相对完善的技术装备体系。的技术装备体系。一、应急桥梁技术现状一、应急桥梁技术现状 在应急装配式桥梁方面主要有在应急装配式桥梁方面主

6、要有“321”“321”、“200200”型型装配式公路钢桥装配式公路钢桥及其他形式拼装桥梁。及其他形式拼装桥梁。这一类桥梁在战时交通保障、和平时期交通建设、这一类桥梁在战时交通保障、和平时期交通建设、抗震救灾、路桥水毁道路抢修等领域应用广泛。抗震救灾、路桥水毁道路抢修等领域应用广泛。应急机械化桥应急机械化桥梁方面，国内梁方面，国内基本形成基本形成了了较较完备完备的技术装备的技术装备体系体系。（1 1）底盘：）底盘：轮式底盘轮式底盘、履带底盘、履带底盘、两栖底盘两栖底盘；（2 2）作业方式作业方式：平推式平推式、翻转式翻转式；（3 3）架设长度架设长度：15157575米，米，单跨长度单跨长度

7、最长最长达达5151米，架设时间米，架设时间最快最快4 4分分钟钟；（4 4）桥跨材质多样，桥跨材质多样，多项产品的主要战技术指标处于国际领多项产品的主要战技术指标处于国际领先水平。先水平。近年来，近年来，国家有关国家有关部委部委、院、院所所、企业、企业相继相继开展基于开展基于新技术新技术、新材料的装配式桥梁新材料的装配式桥梁；轻质材料轻质材料、新型渡新型渡机机械化桥梁械化桥梁装备的装备的研制研制工作工作，并取得了一定成果。，并取得了一定成果。华舟应急承担的国家重点研发计划华舟应急承担的国家重点研发计划“道路应急抢通关键技术研究与应用示道路应急抢通关键技术研究与应用示范范”成果参加成果参加20

8、192019年全国科技周成果展示年全国科技周成果展示 2 2、国际应急桥梁情况介绍、国际应急桥梁情况介绍 应急应急桥梁装备一直受到外军的高度重视，并得到了桥梁装备一直受到外军的高度重视，并得到了迅速发展迅速发展。尤其是尤其是进入新世纪以来，随着新技术、新方法、进入新世纪以来，随着新技术、新方法、新材料的广泛应用，机械化桥梁向着一桥多架、高承载能力、新材料的广泛应用，机械化桥梁向着一桥多架、高承载能力、高机动能力、智能化作业方向发展。高机动能力、智能化作业方向发展。英国中桁桥为代表的模英国中桁桥为代表的模块化组合、人工拼装的块化组合、人工拼装的铝合金桥梁，单件构件铝合金桥梁，单件构件相对钢桥自重

9、减轻相对钢桥自重减轻30%30%40%40%。法国法国PTAPTA模块化桥模块化桥美军美军REBSREBS轻型机械化桥轻型机械化桥英国英国BR90BR90桥梁系统桥梁系统高机动、高承载、新材高机动、高承载、新材料的桥梁产品代表了应急机料的桥梁产品代表了应急机械化桥最新技术发展方向。械化桥最新技术发展方向。二、应急桥梁技术与装备应用二、应急桥梁技术与装备应用装配式200型装配式公路钢桥200200型装配式公路钢桥是我国交通战备主要桥梁器材，型装配式公路钢桥是我国交通战备主要桥梁器材，平战结合、军民两用，储备方便。平战结合、军民两用，储备方便。设计荷载：履带载设计荷载：履带载LDLD5050级；级

10、；轮式载轮式载LTLT2020级（轮式轴压级（轮式轴压力力1313吨）。吨）。桥梁长度：可架设单跨桥梁桥梁长度：可架设单跨桥梁（TSR3TSR3）跨度）跨度5151m m；51m51m以以下桥梁能适应不同跨度要求，下桥梁能适应不同跨度要求，跨度变化以跨度变化以3.048m3.048m为一个节为一个节间。间。桥梁宽度：桥梁宽度：4.2m4.2m。450450型装配式公路钢桥型装配式公路钢桥是一种用于克服较大跨径障碍的新是一种用于克服较大跨径障碍的新型装配式公路钢桥型装配式公路钢桥。具有结构简单，克服单跨跨度大、承载。具有结构简单，克服单跨跨度大、承载力强、挠度小等优点力强、挠度小等优点。装配式4

11、50型装配式公路钢桥设计载荷：公路设计载荷：公路-1-1级，级，HAHA，履带式履带式60T60T。桥梁长度：桥梁长度：45m45m至至81m81m，单孔，单孔跨径：跨径：45m45m、54m54m、63m63m、72m72m、81m81m。桥梁宽度：桥梁宽度：4.2m4.2m单车道，或单车道，或7.35m7.35m双车道。双车道。桥梁桥梁主体主体结构完全采用新型复合材料，是结构完全采用新型复合材料，是华舟华舟应急应急与武警与武警研究院、南京工业大学的最新研究成果研究院、南京工业大学的最新研究成果，用于山地环境下用于山地环境下5050米以上大跨桥梁快速抢修，结构重量更轻，装配效率更快。米以上大

12、跨桥梁快速抢修，结构重量更轻，装配效率更快。装配式轻型复合材料应急桥桥梁全长：桥梁全长：54m54m设计载荷：设计载荷：2020吨级吨级作业人数：作业人数：3 34 4人人作业时间：作业时间：3h3h采用普通采用普通1010吨吊机吊装辅助人吨吊机吊装辅助人工拼装工拼装该项目为华舟应急承担的国家重点研发计划的最新科研成该项目为华舟应急承担的国家重点研发计划的最新科研成果，以果，以“轻量化轻量化”为目标，突破碳纤维、铝合金等轻质材料为目标，突破碳纤维、铝合金等轻质材料的桥梁结构技术，解决金属的桥梁结构技术，解决金属-复合材料连接技术，关键技术指复合材料连接技术，关键技术指标国际先进。标国际先进。装

13、配式轻质材料应急桥桥梁全长：桥梁全长：51m51m设计载荷：设计载荷：LD50 LD50、LT25LT25作业人数：作业人数：4040人人作业时间：作业时间：2.52.5小时小时作业方式：人工拼装作业方式：人工拼装是一种可进行多跨连续架设的机械化桥梁器材，主要适用是一种可进行多跨连续架设的机械化桥梁器材，主要适用于在深度不大于于在深度不大于5m5m的中小河川、干沟和沼泽等障碍处，迅速的中小河川、干沟和沼泽等障碍处，迅速架设可连续延长、宽架设可连续延长、宽4m4m的的60t60t级桥梁通道。级桥梁通道。机械化75米应急模块化桥设计载荷：设计载荷：LD60 LD60、轮式轴、轮式轴压力压力1313

14、吨吨单台车架设长度：单台车架设长度：15 m15 m架设人员：架设人员：7 7人人架设时间：架设时间：10min10min整套装备架设长度：整套装备架设长度：75m 75m 架设时间：架设时间：60min60min机械化21/24米重型应急机械化桥主要用于迅速克服宽度小于主要用于迅速克服宽度小于20m20m的山涧、沟渠等障碍，保的山涧、沟渠等障碍，保障救援队伍和车辆等装备，实施快速机动作战。整套装备由障救援队伍和车辆等装备，实施快速机动作战。整套装备由1 1台桥车组成。台桥车组成。设计载荷：设计载荷：LD60LD60，LT17LT17架设长度：架设长度：21/24m21/24m通行部宽：通行部

15、宽：3.3m3.3m架设人员：架设人员：2 2人人架设时间：架设时间：10min10min机械化25米轻型应急机械化桥2525米轻型应急机械化桥采用铝合金材质，用于快速跨越跨米轻型应急机械化桥采用铝合金材质，用于快速跨越跨度在度在2323米之内的河川、干沟和沼泽等障碍。整套装备由米之内的河川、干沟和沼泽等障碍。整套装备由1 1台架台架设车组成，采用多折翻转作业方式。设车组成，采用多折翻转作业方式。桥梁长度：桥梁长度：25m25m桥梁宽度：桥梁宽度：3.2m3.2m设计荷载：设计荷载：LD30tLD30t，LT30tLT30t架设人员：架设人员：3 3人人架设时间：架设时间：18min18min

16、机械化51米应急机械化桥主要用于迅速克服宽度小于主要用于迅速克服宽度小于48m48m以内的山涧、沟渠等障碍，以内的山涧、沟渠等障碍，整套装备由整套装备由1 1台架设车、台架设车、6 6台运桥车和台运桥车和1 1台保障车组成，是目前台保障车组成，是目前世界上在役的单跨长度最长的机械化桥梁。世界上在役的单跨长度最长的机械化桥梁。桥梁长度：桥梁长度：51m 51m 桥梁宽度：桥梁宽度：3.2m3.2m架设人员：架设人员：1010人人 架设时间：架设时间：90min90min设计荷载：设计荷载：LD60tLD60t，轮式轴压力，轮式轴压力13t13t 内嵌导内嵌导梁自平衡架设技术梁自平衡架设技术 桥梁

17、构建技术桥梁构建技术 多工位快速连接多工位快速连接技术技术 智能化自动控制智能化自动控制技术技术机械化轮式冲击桥 轮式冲击桥，主要用于快速克服防干沟、沟渠等人工和轮式冲击桥，主要用于快速克服防干沟、沟渠等人工和天然障碍，具有水陆两栖特性，桥梁采用铝合金材质，很天然障碍，具有水陆两栖特性，桥梁采用铝合金材质，很大大程度上实现自动化作业。程度上实现自动化作业。桥梁长度：桥梁长度：18m18m桥梁宽度：桥梁宽度：3.2m3.2m设计荷载：设计荷载：LD25LD25，LT10LT10架设人员：架设人员：2 2人人架设时间：架设时间：4min4min机械化重型冲击桥重型冲击桥是一种由履带式底盘改装，能够

18、在车内操纵，重型冲击桥是一种由履带式底盘改装，能够在车内操纵，在敌火力下快速架设的桥梁通道。该桥具有防护能力强、架在敌火力下快速架设的桥梁通道。该桥具有防护能力强、架设速度快、作业人员少等特点。设速度快、作业人员少等特点。桥梁长度：桥梁长度：18m18m 桥梁宽度：桥梁宽度：3.2m 3.2m 架设时间：架设时间：4min4min设计荷载：设计荷载：MLC-50 MLC-50 架设人员：架设人员：2 2人人机械化超大跨度应急机械化桥是华舟应急最新科研成果，主是华舟应急最新科研成果，主要针对现有机械化桥跨越能力弱，要针对现有机械化桥跨越能力弱，难以满足复杂灾害背景下的道路难以满足复杂灾害背景下的

19、道路应急抢通需求，以应急抢通需求，以“自动化和智自动化和智能化能化”为目标，突破超大跨度桥为目标，突破超大跨度桥梁结构构造技术，而研发出关键梁结构构造技术，而研发出关键技术指标国际领先的桥梁装备。技术指标国际领先的桥梁装备。桥梁长度：桥梁长度：81m81m桥梁宽度：桥梁宽度：4m4m设计荷载：设计荷载：LD50TLD50T，轮式，轮式轴压力轴压力13t13t架设时间：架设时间：2.5h2.5h机械化应急动力舟桥是一种用汽车载运，并自行完成舟体泛水和装载的机动是一种用汽车载运，并自行完成舟体泛水和装载的机动浮桥装备。每个浮体单元自带动力，架设快速、机动灵活、浮桥装备。每个浮体单元自带动力，架设快

20、速、机动灵活、综合效能突出。综合效能突出。行车道宽：行车道宽：5m5m适应流速：适应流速：2.5m/s2.5m/s设计荷载：设计荷载：MLC-70/80MLC-70/80架设人员：架设人员：3030人人架设时间：架设时间：30min30min华舟应急华舟应急生产的装配式公路生产的装配式公路钢桥和舟桥快速架通钢桥和舟桥快速架通，打通，打通灾区救援和受灾群众转移的灾区救援和受灾群众转移的生命线生命线。应急桥梁部分参与突发事件救援案例应急桥梁部分参与突发事件救援案例“5.12”5.12”汶川地震救援汶川地震救援“5.12”5.12”汶川地震救援汶川地震救援20102010年舟曲泥石流救援年舟曲泥石流

21、救援快速形成疏散通道，解决了大型施工机械在软基上施工的难题。2012015 5年年“东方之星东方之星”救援救援保障救援装备和人员进入事发现场开展搜救善后工作。20162016年湖北年湖北、安徽、江西洪灾、安徽、江西洪灾救援救援装配式公路钢桥为灾区救援打通了应急抢险通道。20162016年湖北年湖北、安徽、江西洪灾、安徽、江西洪灾救援救援模块化桥快速架设形成救援通道，保障人员及施工车辆快速通行。20162016年湖北年湖北、安徽、江西洪灾、安徽、江西洪灾救援救援动力舟桥快速封堵溃口，转运车辆、机械设备等到达施工现场。20162016年福建泰年福建泰宁泥石流宁泥石流山体滑坡救援山体滑坡救援模块化桥

22、快速架设形成保障通道，第一时间转运受灾群众。2012018 8年年泰国洪灾泰国洪灾救援救援参与泰国南部地区暴雨洪涝灾害救援，短时间内打通要道。三、应急桥梁发展趋势三、应急桥梁发展趋势智能化智能化智能化、智能化、无人化系统是应急桥梁无人化系统是应急桥梁发发展的新趋势。充分运用计算机控制展的新趋势。充分运用计算机控制技术手段，发展以远程技术手段，发展以远程“一键架设一键架设”和自适应控制为核心的关键能力，重和自适应控制为核心的关键能力，重点研究作业过程运动规划、动力学特点研究作业过程运动规划、动力学特性等技术，攻克多体性等技术，攻克多体/可变结构空间可变结构空间运动轨迹规划、智能监控技术。运动轨迹

23、规划、智能监控技术。三、应急桥梁发展趋势三、应急桥梁发展趋势智能化智能化华舟应急自主研制的浅滩登华舟应急自主研制的浅滩登陆栈桥样机具备自动驾驶、行驶陆栈桥样机具备自动驾驶、行驶路径规划、作业场地选择、高精路径规划、作业场地选择、高精度定位、无人化作业等功能，已度定位、无人化作业等功能，已经具备智能化、无人化装备雏形。经具备智能化、无人化装备雏形。三、应急桥梁发展趋势三、应急桥梁发展趋势轻量化轻量化发展基于轻量化要求的应急桥梁发展基于轻量化要求的应急桥梁装备，突破结构轻量化、单元连接设装备，突破结构轻量化、单元连接设计等关键技术，降低人员携行或车辆计等关键技术，降低人员携行或车辆载运负担，发展基

24、于高性能复合材料载运负担，发展基于高性能复合材料的应急桥梁装备，充分发挥高强钢、的应急桥梁装备，充分发挥高强钢、铝合金和复合材料的优势铝合金和复合材料的优势,提高装备提高装备机动性能。机动性能。新材料应用新材料应用新理论研究新理论研究新结构设计新结构设计新工艺实施新工艺实施三、应急桥梁发展趋势三、应急桥梁发展趋势华舟应急承担的国家研发计华舟应急承担的国家研发计划划“道路应急抢通关键技术及装道路应急抢通关键技术及装备备”正在开展基于轻质材料和新正在开展基于轻质材料和新型结构的应急桥梁型结构的应急桥梁“轻量化轻量化”技技术研究和制造工艺研究。术研究和制造工艺研究。轻量化轻量化三、应急桥梁发展趋势三

25、、应急桥梁发展趋势高机动高机动装备机动性能将直接影响救援效装备机动性能将直接影响救援效率和率和“全域机动全域机动”保障保障模式的实现模式的实现。发展可空运、可吊运、可空投、高机发展可空运、可吊运、可空投、高机动的应急桥梁装备，创新应急桥梁装动的应急桥梁装备，创新应急桥梁装备应用形态，以实现装备机动的快捷备应用形态，以实现装备机动的快捷性，增强装备的远程投送能力，适应性，增强装备的远程投送能力，适应更复杂工况、更紧迫任务需求下的道更复杂工况、更紧迫任务需求下的道路抢通需要。路抢通需要。三、应急桥梁发展趋势三、应急桥梁发展趋势华舟应急研制的轻型突击桥华舟应急研制的轻型突击桥具有显著的高机动特性，同

26、时其具有显著的高机动特性，同时其高寒高原适应性、高寒高原适应性、车辆与桥跨的车辆与桥跨的智能化对接等技术研究工作也有智能化对接等技术研究工作也有一定突破。一定突破。高机动高机动三、应急桥梁发展趋势三、应急桥梁发展趋势系列化系列化开展应急桥梁系列化研究，完善开展应急桥梁系列化研究，完善装备体系；发展极端条件下的应急桥装备体系；发展极端条件下的应急桥梁装备，拓展应急桥梁装备应用场景，梁装备，拓展应急桥梁装备应用场景，适应高寒、高原地区在恶劣、紧急情适应高寒、高原地区在恶劣、紧急情况下道路抢通的特殊需求；发展适应况下道路抢通的特殊需求；发展适应城市抢险救援的应急桥梁装备；发展城市抢险救援的应急桥梁装

27、备；发展针对不同地区自然与社会环境特点救针对不同地区自然与社会环境特点救援效能更高的应急桥梁技术与装备。援效能更高的应急桥梁技术与装备。作战保障作战保障应急抢险应急抢险工程化应用工程化应用三、应急桥梁发展趋势三、应急桥梁发展趋势华舟华舟应急在应急桥研究技术基础上应急在应急桥研究技术基础上自主研制的机械化越障通道，用于原油自主研制的机械化越障通道，用于原油或成品油库在紧急或非正式状态下，快或成品油库在紧急或非正式状态下，快速构建跨越油库防火堤障碍的通道，保速构建跨越油库防火堤障碍的通道，保障各种检修机械、车辆和人员迅速通过。障各种检修机械、车辆和人员迅速通过。拓展应急桥梁的应用场景。拓展应急桥梁

28、的应用场景。系列化系列化四、如何优化发展应急桥梁技术装备四、如何优化发展应急桥梁技术装备1以技术创新推动应急桥梁技术装备发展以技术创新推动应急桥梁技术装备发展树立科技创新是核心战斗力的思想，推进重大技树立科技创新是核心战斗力的思想，推进重大技术创新、自主创新。聚焦应急桥梁技术前沿开展预术创新、自主创新。聚焦应急桥梁技术前沿开展预先研究，围绕轻量化、智能化、高机动、系列化的先研究，围绕轻量化、智能化、高机动、系列化的发展趋势进行技术攻关，深化自主创新与协同创新发展趋势进行技术攻关，深化自主创新与协同创新相结合，加快突破相结合，加快突破“卡脖子卡脖子”的关键核心技术。的关键核心技术。四、如何优化发

29、展应急桥梁技术装备四、如何优化发展应急桥梁技术装备2以深度军民融合促进应急桥梁技术装备发展以深度军民融合促进应急桥梁技术装备发展现有军用应急桥梁装备在历次抢险救援中发挥了现有军用应急桥梁装备在历次抢险救援中发挥了重要作用，但由于在保障对象、应用范围、使用频重要作用，但由于在保障对象、应用范围、使用频次等方面的因素，民用市场应用不足，兼容性和适次等方面的因素，民用市场应用不足，兼容性和适应性有待优化。军队装备应性有待优化。军队装备民用化，两者性质相似，民用化，两者性质相似，产品相通，产品相通，技术可转，实现军民两用。技术可转，实现军民两用。四、如何优化发展应急桥梁技术装备四、如何优化发展应急桥梁

30、技术装备3以标准体系引导应急桥梁技术装备发展以标准体系引导应急桥梁技术装备发展应急桥梁装备作为特种装备应用于抢险救援领域存应急桥梁装备作为特种装备应用于抢险救援领域存在标准体系不健全的问题。充分发挥标准在应急桥梁发在标准体系不健全的问题。充分发挥标准在应急桥梁发展方面的引领性作用，构建应急桥梁技术、装备、服务展方面的引领性作用，构建应急桥梁技术、装备、服务标准体系，有利于促进应急桥梁领域的规范化管理，有标准体系，有利于促进应急桥梁领域的规范化管理，有利于推动应急桥梁技术装备融合集聚发展，有利于更好利于推动应急桥梁技术装备融合集聚发展，有利于更好的实现创新成果的转化应用。的实现创新成果的转化应用

31、。四、如何优化发展应急桥梁技术装备四、如何优化发展应急桥梁技术装备4以以“战、储、培战、储、培”带动应急桥梁技术装备发展带动应急桥梁技术装备发展加强交通、应急、安全等行业应急演练，模拟地震加强交通、应急、安全等行业应急演练，模拟地震、滑坡、道路阻断等复杂应用环境，以实战化需求促、滑坡、道路阻断等复杂应用环境，以实战化需求促进应急桥梁技术装备发展。合理实施关键应急物资储进应急桥梁技术装备发展。合理实施关键应急物资储备和更新，满足急时应急。开展专业性应急救援队伍备和更新，满足急时应急。开展专业性应急救援队伍、区域性救援中心能力建设，培育多层次救援力量，、区域性救援中心能力建设，培育多层次救援力量，以专业性培养提升应急桥梁装备示范效应。以专业性培养提升应急桥梁装备示范效应。