新首鋼大橋 跨越北京“母親河”

文 | 北京城建集團有限責任公司

新首鋼大橋（主 跨280 米空間彎扭鋼塔斜拉剛構組合體系橋）遠景

被譽為“神州第一街”的北京長安街以其獨有的政治、歷史、人文特色和功能定位，展示著大國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、能代表我國橋梁建造技術水平的大橋，是北京市政府和首都人民的期望。

/ 與環境和諧共生/

新首鋼大橋采用的斜拉剛構組合結構體系方案，與環境和諧共生，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，體現了新時代的特點，符合高質量發展的要求。為了解決該套體系方案在設計、建造等方面遇到的難題，項目組展開了新首鋼大橋空間復雜鋼結構關鍵建造技術的課題研究。該項課題獲得國家自然科學基金委、北京市人民政府、住房和城鄉建設部等發起的5項國家級、省部級課題支持。

/ 四大創新點/

創新一：首創了空間彎扭鋼塔斜拉-剛構組合結構體系及關鍵設計方法

項目首創了空間彎扭鋼塔斜拉-剛構結構體系；提出了帶肋變曲率板穩定承載力的計算方法和變曲率板可展開成型的設計優化方法；解決了新時期高景觀需求創新橋梁結構體系的設計關鍵問題。

項目提出了非對稱斜向墩支撐斜拉橋協同變形控制優化設計方法，實現了創新體系傾斜鋼塔、斜交主梁扭轉位移、索力、索點配重的協同控制；提出了變曲率板承載能力計算方法，解決了變曲率板復雜鋼結構的推廣應用難題；揭示了創新體系高地震烈度地區結構變形控制機理、異型鋼結構風致振動和拉索抑振規律，研發了斜向設置的防卡死特大噸位支座系統等設施，保障了空間復雜鋼結構橋梁的安全可靠。

創新二：首次研發了變曲率板自適應成型和超大變截面彎扭節段制造技術

項目首次研發了變曲率板自適應成型和節段制造技術，開發了帶肋變曲率曲板專用組拼胎型，多點頂壓成型方法，預變形、配重無碼固焊接方式，實現了曲板和超大變截面彎扭節段的高精度制造；首創“彎扭節段設計模型-三維掃描制造模型-空間軸線擬合技術”，解決了彎扭節段加工軸線難以確定、精度難以評價的難題，填補了彎扭節段制造精度評價的空白。

雙塔斜拉-剛構結構體系

塔-梁位移、索力、配重 協同優化

變曲率板模型試驗+仿真 分析

結構體系抗震性能 研究

變曲率板及節段高精度加工

節段精度分析評價

創新三：首次研發了雙肢非一致傾斜超高拱形全焊接鋼塔的分段架設及精度控制技術

項目研發了鋼塔首節段高精度定位及超大平面承壓板薄層注漿質量控制技術，高塔單肢基座232平方米承壓板注漿接觸率達到90%以上，創建了首節段塔基群錨-支座平面多點多類型支撐體系組合剛度識別技術，滿足了結構體系受力和精度管控要求。

項目創建了超大變截面彎扭節段軸線尋優、超高支架間隔懸拼及塔架剛度匹配與線形控制技術，研發了曲面結構表面空間三維坐標、傾斜端口高程、高聳支架變位、分節段吊裝快速定位等系列專項測量技術，解決了曲線多變異形結構測控的難題。超高鋼塔分段架設精度達塔高的1/5910，遠高于國內外全焊接鋼塔1/3000架設精度控制標準，實現了在多場耦合作用下，124米國內最高的非一致傾斜空間彎扭鋼塔高精度合龍。

首節段塔基群錨-支座平面多點多類型支撐體系組合剛度識別

合龍段定位優化分析

創新四：建立了復雜鋼橋三維數字化建造方法和技術標準；研發了空間復雜鋼橋數字化建造關鍵技術

項目研發了空間扭曲面直紋掃掠可展開設計技術，提出了橋梁“骨架+模板”參數化設計和結構優化方法，建立了可直接滿足制造工藝要求的數字模型；開發了設計、制造、施工數字化協同平臺，實現了三維數字化模型正向設計和建造全過程一體化應用，形成了《橋梁工程數字化建造標準》。

/ 成果國際領先/

新首鋼大橋空間復雜鋼結構建造關鍵技術獲授權發明專利17件、實用新型專利9件、外觀專利1件，發表學術論文28篇，出版著作3部，標準兩部；在設計、建造質量方面，獲國內外多項榮譽，包括國際橋梁大會尤金菲戈獎、美國工程新聞記錄年度杰出橋隧獎、中國勘察設計協會優秀設計一等獎、中國鋼結構金獎等；在數字化建造方面，獲“第七屆‘龍圖杯’全國BIM大賽一等獎”“北京市BIM示范工程”，成果鑒定達到國際領先水平。

該項目成果還推廣應用于京雄高速永定河特大橋、江蘇京杭運河淮海路大橋等公路、市政橋梁建設。其成果指導了8萬噸、造價總計約18億元復雜鋼結構橋梁的設計、制造、安裝及精度管控。新首鋼大橋的成功建成將實現“百里長安街成為北京新地標”的愿景目標。項目組以重點工程需求為牽引，系統解決了空間復雜鋼結構橋梁設計、制造、施工、安裝精度管控等關鍵技術難題，踐行了綠色、可持續發展理念，推動了行業科技進步，進一步擦亮了中國橋梁名片，引領我國大型交通基礎設施建設水平走在世界前列。