大跨拱桥智能成拱方法与工程应用

文献来源：Zhou, J., Du, Y., Zhou, Y., & Zhu, J. (2026). Intelligent Forming of Large-Span Arch Bridges: Methodology and Engineering Applications. Engineering, 60(5), 231–245. DOI: 10.1016/j.eng.2025.10.022

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研究背景与目的

       大跨拱桥凭借刚度大、抗灾能力强、耐久性好等优势，是山区极为适宜的桥型。然而，山区地形艰险、大温差、峡谷风场等复杂条件，使拱桥成拱施工面临高空作业多、施工风险高、线形控制难等挑战。传统成拱方法在计算理论、制造控制与安装调控三方面均存在不足，亟需智能化技术突破。本研究由中国工程院院刊主刊《Engineering》于2026年5月发表，由重庆交通大学周建庭教授团队联合深圳大学杜彦良院士完成，提出了一种面向全过程的大跨拱桥智能成拱方法。

理论与技术体系

（1）成拱计算理论：全过程最优成拱计算模型

研究率先建立了拱桥施工过程结构与成拱后结构的力学状态连接，提出了可计算满足施工全过程多种目标的最优索力方案，突破了施工索力跨体系主动控制拆索后成拱状态的理论瓶颈，实现了成拱控制从迭代试算到精准解析的突破。

（2）拱肋制造控制：数字预拼技术

研发了山区场地受限条件下大跨拱桥数字预拼制造控制技术，采用双权重点云-BIM配准算法，实现含误差的独立制造拱肋节段在数字空间中的虚拟拼接，数字预拼线形精度优于3 mm，有效解决了实体预拼场地占用与线形精度的矛盾。

（3）拱肋安装调控：基于原形复位的姿态自动调整

提出了基于原形复位的拱肋节段安装姿态自动调整方法，为考虑制造误差的大型拱肋节段无应力安装提供了三维姿态目标，研发了毫米级精度一次精调就位技术，解决了山区复杂环境下安装线形的快速精准调控难题。

图1.  模型以及示意图

图2.  计算理论流程

图3.  工程实际场景对比

工程应用与成效

        该方法成功应用于主跨504 m的德余乌江特大桥——国际上首座500米级拱-柱-梁全栓接装配式拱桥。应用后，预拼制造效率提升25%，节段高空安装调控时间缩短50%；合龙时8根弦管对齐误差均小于2 mm，全桥224对法兰无一处增设垫片、22万颗螺栓通孔率达到100%，实现了大跨拱桥建造控制精度从厘米级到毫米级的突破。研究成果同时支撑了双堡特大桥、重庆凤来特大桥等世界级拱桥的高精成拱，并正在服务于CZ铁路、厦金大桥等国家战略通道关键工程的建设。

思考总结

        本研究构建了“计算理论—制造控制—安装调控”全链条智能成拱技术体系，其核心创新在于将传统离散、经验依赖的成拱过程转化为可计算、可自动化的精准控制流程。值得注意的是，该方法的普适性依赖于数字预拼中误差传递模型的精度，不同制造工艺下误差累积规律尚需进一步验证。后续研究可引入数字孪生技术实现施工全过程的实时反馈与自适应调控，并探索该方法在更大跨径（600~700 m级）拱桥中的适用性与拓展边界。