新首鋼大橋 跨越北京“母親河”

文 | 北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司

新首鋼大橋（主 跨280 米空間彎扭鋼塔斜拉剛構(gòu)組合體系橋）遠(yuǎn)景

被譽(yù)為“神州第一街”的北京長(zhǎng)安街以其獨(dú)有的政治、歷史、人文特色和功能定位，展示著大國(guó)首都形象和中華文化魅力。線路跨越北京“母親河”——永定河，在此興建一座全新的、能代表我國(guó)橋梁建造技術(shù)水平的大橋，是北京市政府和首都人民的期望。

/ 與環(huán)境和諧共生/

新首鋼大橋采用的斜拉剛構(gòu)組合結(jié)構(gòu)體系方案，與環(huán)境和諧共生，解決了大跨超寬斜交與高景觀需求等橋梁選型的重大難題，體現(xiàn)了新時(shí)代的特點(diǎn)，符合高質(zhì)量發(fā)展的要求。為了解決該套體系方案在設(shè)計(jì)、建造等方面遇到的難題，項(xiàng)目組展開了新首鋼大橋空間復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵建造技術(shù)的課題研究。該項(xiàng)課題獲得國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京市人民政府、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等發(fā)起的5項(xiàng)國(guó)家級(jí)、省部級(jí)課題支持。

/ 四大創(chuàng)新點(diǎn)/

創(chuàng)新一：首創(chuàng)了空間彎扭鋼塔斜拉-剛構(gòu)組合結(jié)構(gòu)體系及關(guān)鍵設(shè)計(jì)方法

項(xiàng)目首創(chuàng)了空間彎扭鋼塔斜拉-剛構(gòu)結(jié)構(gòu)體系；提出了帶肋變曲率板穩(wěn)定承載力的計(jì)算方法和變曲率板可展開成型的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法；解決了新時(shí)期高景觀需求創(chuàng)新橋梁結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題。

項(xiàng)目提出了非對(duì)稱斜向墩支撐斜拉橋協(xié)同變形控制優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新體系傾斜鋼塔、斜交主梁扭轉(zhuǎn)位移、索力、索點(diǎn)配重的協(xié)同控制；提出了變曲率板承載能力計(jì)算方法，解決了變曲率板復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用難題；揭示了創(chuàng)新體系高地震烈度地區(qū)結(jié)構(gòu)變形控制機(jī)理、異型鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)致振動(dòng)和拉索抑振規(guī)律，研發(fā)了斜向設(shè)置的防卡死特大噸位支座系統(tǒng)等設(shè)施，保障了空間復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安全可靠。

創(chuàng)新二：首次研發(fā)了變曲率板自適應(yīng)成型和超大變截面彎扭節(jié)段制造技術(shù)

項(xiàng)目首次研發(fā)了變曲率板自適應(yīng)成型和節(jié)段制造技術(shù)，開發(fā)了帶肋變曲率曲板專用組拼胎型，多點(diǎn)頂壓成型方法，預(yù)變形、配重?zé)o碼固焊接方式，實(shí)現(xiàn)了曲板和超大變截面彎扭節(jié)段的高精度制造；首創(chuàng)“彎扭節(jié)段設(shè)計(jì)模型-三維掃描制造模型-空間軸線擬合技術(shù)”，解決了彎扭節(jié)段加工軸線難以確定、精度難以評(píng)價(jià)的難題，填補(bǔ)了彎扭節(jié)段制造精度評(píng)價(jià)的空白。

雙塔斜拉-剛構(gòu)結(jié)構(gòu)體系

塔-梁位移、索力、配重 協(xié)同優(yōu)化

變曲率板模型試驗(yàn)+仿真 分析

結(jié)構(gòu)體系抗震性能 研究

變曲率板及節(jié)段高精度加工

節(jié)段精度分析評(píng)價(jià)

創(chuàng)新三：首次研發(fā)了雙肢非一致傾斜超高拱形全焊接鋼塔的分段架設(shè)及精度控制技術(shù)

項(xiàng)目研發(fā)了鋼塔首節(jié)段高精度定位及超大平面承壓板薄層注漿質(zhì)量控制技術(shù)，高塔單肢基座232平方米承壓板注漿接觸率達(dá)到90%以上，創(chuàng)建了首節(jié)段塔基群錨-支座平面多點(diǎn)多類型支撐體系組合剛度識(shí)別技術(shù)，滿足了結(jié)構(gòu)體系受力和精度管控要求。

項(xiàng)目創(chuàng)建了超大變截面彎扭節(jié)段軸線尋優(yōu)、超高支架間隔懸拼及塔架剛度匹配與線形控制技術(shù)，研發(fā)了曲面結(jié)構(gòu)表面空間三維坐標(biāo)、傾斜端口高程、高聳支架變位、分節(jié)段吊裝快速定位等系列專項(xiàng)測(cè)量技術(shù)，解決了曲線多變異形結(jié)構(gòu)測(cè)控的難題。超高鋼塔分段架設(shè)精度達(dá)塔高的1/5910，遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)外全焊接鋼塔1/3000架設(shè)精度控制標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了在多場(chǎng)耦合作用下，124米國(guó)內(nèi)最高的非一致傾斜空間彎扭鋼塔高精度合龍。

首節(jié)段塔基群錨-支座平面多點(diǎn)多類型支撐體系組合剛度識(shí)別

合龍段定位優(yōu)化分析

創(chuàng)新四：建立了復(fù)雜鋼橋三維數(shù)字化建造方法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；研發(fā)了空間復(fù)雜鋼橋數(shù)字化建造關(guān)鍵技術(shù)

項(xiàng)目研發(fā)了空間扭曲面直紋掃掠可展開設(shè)計(jì)技術(shù)，提出了橋梁“骨架+模板”參數(shù)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，建立了可直接滿足制造工藝要求的數(shù)字模型；開發(fā)了設(shè)計(jì)、制造、施工數(shù)字化協(xié)同平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了三維數(shù)字化模型正向設(shè)計(jì)和建造全過程一體化應(yīng)用，形成了《橋梁工程數(shù)字化建造標(biāo)準(zhǔn)》。

/ 成果國(guó)際領(lǐng)先/

新首鋼大橋空間復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)建造關(guān)鍵技術(shù)獲授權(quán)發(fā)明專利17件、實(shí)用新型專利9件、外觀專利1件，發(fā)表學(xué)術(shù)論文28篇，出版著作3部，標(biāo)準(zhǔn)兩部；在設(shè)計(jì)、建造質(zhì)量方面，獲國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)榮譽(yù)，包括國(guó)際橋梁大會(huì)尤金菲戈獎(jiǎng)、美國(guó)工程新聞?dòng)涗浤甓冉艹鰳蛩愍?jiǎng)、中國(guó)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)優(yōu)秀設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)、中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)等；在數(shù)字化建造方面，獲“第七屆‘龍圖杯’全國(guó)BIM大賽一等獎(jiǎng)”“北京市BIM示范工程”，成果鑒定達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

該項(xiàng)目成果還推廣應(yīng)用于京雄高速永定河特大橋、江蘇京杭運(yùn)河淮海路大橋等公路、市政橋梁建設(shè)。其成果指導(dǎo)了8萬噸、造價(jià)總計(jì)約18億元復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)橋梁的設(shè)計(jì)、制造、安裝及精度管控。新首鋼大橋的成功建成將實(shí)現(xiàn)“百里長(zhǎng)安街成為北京新地標(biāo)”的愿景目標(biāo)。項(xiàng)目組以重點(diǎn)工程需求為牽引，系統(tǒng)解決了空間復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)、制造、施工、安裝精度管控等關(guān)鍵技術(shù)難題，踐行了綠色、可持續(xù)發(fā)展理念，推動(dòng)了行業(yè)科技進(jìn)步，進(jìn)一步擦亮了中國(guó)橋梁名片，引領(lǐng)我國(guó)大型交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平走在世界前列。