近日，全國市政行業(yè)2019年度市政工程科學(xué)技術(shù)獎表彰大會在廣西南寧順利召開，我公司共計(jì)4項(xiàng)科研項(xiàng)目獲獎，其中“城市鋼橋景觀設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)研究”喜獲技術(shù)開發(fā)類一等獎，“西安市紡織城堡子村盤道綜合改造工程”、“關(guān)中地區(qū)市政道路海綿城市建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖集”獲技術(shù)開發(fā)類三等獎，“西安市曲江新區(qū)雁翔廣場周邊商業(yè)區(qū)人行立體過街連廊規(guī)劃”獲社會公益類三等獎。
《城市鋼橋景觀設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)研究》項(xiàng)目負(fù)責(zé)人龍剛在大會上作了主題發(fā)言，圍繞當(dāng)代城市鋼橋在設(shè)計(jì)與施工過程中經(jīng)常遇到和必須解決的一些關(guān)鍵結(jié)構(gòu)性問題，對行業(yè)共同關(guān)注的熱點(diǎn)進(jìn)行了交流和研討，引起了與會專家和代表們的高度關(guān)注，為西安市政院在行業(yè)內(nèi)樹立積極的品牌形象起了強(qiáng)化作用。
一、研究目的和內(nèi)容
城市橋梁建設(shè)受到地形、管線、既有交通、城市規(guī)劃方案等諸多限制，其景觀設(shè)計(jì)往往和橋梁結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新、優(yōu)化緊密聯(lián)系在一起。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)十余年的研究，旨在分析和解決城市鋼橋景觀設(shè)計(jì)和施工過程中，由于結(jié)構(gòu)造型日趨新穎、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和受力日趨復(fù)雜、城市環(huán)境限制條件多樣等帶來的關(guān)鍵技術(shù)問題。
圖1 研究目的與內(nèi)容
二、研究成果
1.城市鋼橋的景觀設(shè)計(jì)方面，從上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)及上、下部結(jié)構(gòu)的組合三個(gè)角度來分析，通過結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新和系統(tǒng)的研究，解決景觀設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵性技術(shù)問題。
（1）上部結(jié)構(gòu)創(chuàng)新及關(guān)鍵技術(shù)：發(fā)明了一種功能分區(qū)設(shè)計(jì)的部分敞口鋼梁，創(chuàng)新了城市鋼橋上部結(jié)構(gòu)的主梁結(jié)構(gòu)形式。提出的功能分區(qū)設(shè)計(jì)的部分敞口鋼梁，較常規(guī)鋼板（組合）梁或鋼箱（組合）梁造型更加美觀；鋼主梁結(jié)構(gòu)體系主、次清晰，受力合理，其每平米用鋼量較常規(guī)鋼箱梁橋可節(jié)約15%~20%；主要受力構(gòu)件和次要受力構(gòu)件可視橋下實(shí)際情況同期或者分期施工，新工法對城市復(fù)雜交通環(huán)境的適應(yīng)性更高，施工效率可以提高2~3倍。由于新型鋼梁自重輕、整體性強(qiáng)，施工工法適應(yīng)性強(qiáng)，非常適用于城市各類鋼橋，尤其是高架橋和立交橋梁中的變寬梁和分叉梁。
圖2 設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)——上部結(jié)構(gòu)創(chuàng)新
（2）下部結(jié)構(gòu)創(chuàng)新及關(guān)鍵技術(shù)：分析城市鋼橋下部結(jié)構(gòu)作景觀設(shè)計(jì)的創(chuàng)新思路，通過試驗(yàn)、理論分析和有限元數(shù)值模擬相結(jié)合的手段，解決下部結(jié)構(gòu)景觀設(shè)計(jì)的一些關(guān)鍵技術(shù)問題，包括型鋼超高強(qiáng)混凝土柱的力學(xué)性能及設(shè)計(jì)方法、PBL加勁型薄壁鋼箱混凝土空心墩的受力性能及設(shè)計(jì)方法、圓形變截面鋼管混凝土柱的軸心受壓性能和截面軸壓承載力計(jì)算方法，填補(bǔ)了相關(guān)規(guī)范的空白。下部結(jié)構(gòu)形式的創(chuàng)新可使得城市鋼橋的下部結(jié)構(gòu)更加美觀并獲得更高的承載力，使得下部結(jié)構(gòu)截面變化適應(yīng)性更強(qiáng)。
（3）上、下部結(jié)構(gòu)組合方面的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新及關(guān)鍵技術(shù)：在分析鋼橋常規(guī)設(shè)計(jì)中上、下部結(jié)構(gòu)的組合方式及其不足的基礎(chǔ)上，首先針對鋼管拱肋節(jié)點(diǎn)、鋼管拱肋-立柱節(jié)點(diǎn)等構(gòu)造及其受力日趨復(fù)雜的問題，通過模型試驗(yàn)和有限元分析系統(tǒng)研究城市鋼橋景觀設(shè)計(jì)時(shí)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。其次針對上、下部結(jié)構(gòu)以多次超靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合這一城市鋼橋景觀設(shè)計(jì)新方向，提出新型的PBL加勁型鋼管混凝土外隔板式節(jié)點(diǎn)，通過模型實(shí)驗(yàn)和理論分析研究新型節(jié)點(diǎn)的受力性能，為城市鋼橋的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)提供了解決方案；并在此基礎(chǔ)上提出了一種飄帶形斜拉-剛構(gòu)組合體系鋼橋，闡述其優(yōu)點(diǎn)和工法適應(yīng)性。
2.城市鋼橋施工關(guān)鍵技術(shù)方面
（1）針對目前城市梁橋施工普遍存在的施工工期長、橋下交通干擾大、綠化遷移量大等現(xiàn)狀，結(jié)合上述功能分區(qū)設(shè)計(jì)的部分敞口鋼梁橋的實(shí)際施工案例，考慮新型鋼主梁的結(jié)構(gòu)體系主、次更為清晰，主要受力構(gòu)件和次要受力構(gòu)件可視橋下實(shí)際情況同期或者分期施工、有更好的工法兼容性和適應(yīng)性的特點(diǎn)，提出與其配套的施工工法。
圖3 施工關(guān)鍵技術(shù)——施工工法創(chuàng)新
（2）在國內(nèi)外首次發(fā)現(xiàn)在非恒溫環(huán)境中，鋼結(jié)構(gòu)拼焊過程中的體系溫差和梯度溫差均可能被轉(zhuǎn)化成鋼梁的頂、底板焊接溫差（或桁架的上、下層鋼管焊接溫差），提出“焊接溫差”的概念、揭示了鋼結(jié)構(gòu)“焊接溫差”的產(chǎn)生機(jī)理，得到了“焊接溫差”對鋼橋施工線形和成橋運(yùn)營階段的內(nèi)力和應(yīng)力均會產(chǎn)生較大影響、并嚴(yán)重影響橋梁的施工和運(yùn)營安全。為此，提出在鋼橋設(shè)計(jì)時(shí)通過對節(jié)間弦桿施加負(fù)溫度荷載來考慮其對結(jié)構(gòu)不利影響的簡化模擬方法。最后，提出了鋼橋施工事故的多因素組合系數(shù)法，為由溫度作用導(dǎo)致的鋼橋施工事故提供了成套事故分析和處理技術(shù)方法，并利用本技術(shù)成功處理了一起城市鋼斜拉橋的鋼主梁翹梁事故。
3.研究成果綜述
本研究項(xiàng)目的研究成果或成果應(yīng)用工程獲國家行業(yè)設(shè)計(jì)二等獎1 項(xiàng)、省級設(shè)計(jì)一等獎1 項(xiàng)、省級科技創(chuàng)新成果二等獎1 項(xiàng)，市級（副省級城市）技術(shù)創(chuàng)新成果獎2項(xiàng)，獲授權(quán)國家發(fā)明專利3 項(xiàng)實(shí)用新型專利2項(xiàng)，國內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文13 篇（其中SCI論文3篇，EI論文7篇，CSCD中文核心期刊3篇），獲省部級工法2項(xiàng)、局級工法1 項(xiàng)，成果應(yīng)用項(xiàng)目獲得國家協(xié)會建設(shè)質(zhì)量管理二等獎1 項(xiàng)、省級建設(shè)質(zhì)量管理一等獎1項(xiàng)、國家行業(yè)QC成果一等獎1項(xiàng)。
三、經(jīng)濟(jì)及社會效益
本課題研究成果近年來己經(jīng)在西安市、西寧市等城市鋼橋的設(shè)計(jì)和施工中取得了廣泛且成功的應(yīng)用，累計(jì)應(yīng)用城市橋梁工程項(xiàng)目超過10項(xiàng)、總面積約36萬平米，總投資約46億元。相關(guān)成果的應(yīng)用，大大提高了城市鋼橋的經(jīng)濟(jì)性、受力性能和景觀效果；同時(shí)，為西安城市橋梁的建設(shè)節(jié)約各項(xiàng)投資超13.8億元，且基本形成了西安市城市鋼橋的新一代景觀風(fēng)格；在城市鋼橋施工期間，減少項(xiàng)目范圍內(nèi)城市綠地遷改面積70 %以上，減小橋下交通干擾時(shí)間達(dá)50%。本成果很好地解決了城市鋼橋景觀設(shè)計(jì)和施工中的關(guān)鍵問題，滿足了城市建設(shè)的需求，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
