近日，全國市政行業(yè)2019年度市政工程科學技術獎表彰大會在廣西南寧順利召開，我公司共計4項科研項目獲獎，其中“城市鋼橋景觀設計與施工關鍵技術研究”喜獲技術開發(fā)類一等獎，“西安市紡織城堡子村盤道綜合改造工程”、“關中地區(qū)市政道路海綿城市建設技術標準圖集”獲技術開發(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。
《城市鋼橋景觀設計與施工關鍵技術研究》項目負責人龍剛在大會上作了主題發(fā)言，圍繞當代城市鋼橋在設計與施工過程中經常遇到和必須解決的一些關鍵結構性問題，對行業(yè)共同關注的熱點進行了交流和研討，引起了與會專家和代表們的高度關注，為西安市政院在行業(yè)內樹立積極的品牌形象起了強化作用。
一、研究目的和內容
城市橋梁建設受到地形、管線、既有交通、城市規(guī)劃方案等諸多限制，其景觀設計往往和橋梁結構的創(chuàng)新、優(yōu)化緊密聯(lián)系在一起。項目團隊經十余年的研究，旨在分析和解決城市鋼橋景觀設計和施工過程中，由于結構造型日趨新穎、結構構造和受力日趨復雜、城市環(huán)境限制條件多樣等帶來的關鍵技術問題。
圖1 研究目的與內容
二、研究成果
1.城市鋼橋的景觀設計方面，從上部結構、下部結構及上、下部結構的組合三個角度來分析，通過結構形式的創(chuàng)新和系統(tǒng)的研究，解決景觀設計中的關鍵性技術問題。
（1）上部結構創(chuàng)新及關鍵技術：發(fā)明了一種功能分區(qū)設計的部分敞口鋼梁，創(chuàng)新了城市鋼橋上部結構的主梁結構形式。提出的功能分區(qū)設計的部分敞口鋼梁，較常規(guī)鋼板（組合）梁或鋼箱（組合）梁造型更加美觀；鋼主梁結構體系主、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%；主要受力構件和次要受力構件可視橋下實際情況同期或者分期施工，新工法對城市復雜交通環(huán)境的適應性更高，施工效率可以提高2~3倍。由于新型鋼梁自重輕、整體性強，施工工法適應性強，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 設計關鍵技術——上部結構創(chuàng)新
（2）下部結構創(chuàng)新及關鍵技術：分析城市鋼橋下部結構作景觀設計的創(chuàng)新思路，通過試驗、理論分析和有限元數(shù)值模擬相結合的手段，解決下部結構景觀設計的一些關鍵技術問題，包括型鋼超高強混凝土柱的力學性能及設計方法、PBL加勁型薄壁鋼箱混凝土空心墩的受力性能及設計方法、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算方法，填補了相關規(guī)范的空白。下部結構形式的創(chuàng)新可使得城市鋼橋的下部結構更加美觀并獲得更高的承載力，使得下部結構截面變化適應性更強。
（3）上、下部結構組合方面的結構創(chuàng)新及關鍵技術：在分析鋼橋常規(guī)設計中上、下部結構的組合方式及其不足的基礎上，首先針對鋼管拱肋節(jié)點、鋼管拱肋-立柱節(jié)點等構造及其受力日趨復雜的問題，通過模型試驗和有限元分析系統(tǒng)研究城市鋼橋景觀設計時節(jié)點構造優(yōu)化設計方法。其次針對上、下部結構以多次超靜定結構進行組合這一城市鋼橋景觀設計新方向，提出新型的PBL加勁型鋼管混凝土外隔板式節(jié)點，通過模型實驗和理論分析研究新型節(jié)點的受力性能，為城市鋼橋的復雜節(jié)點設計提供了解決方案；并在此基礎上提出了一種飄帶形斜拉-剛構組合體系鋼橋，闡述其優(yōu)點和工法適應性。
2.城市鋼橋施工關鍵技術方面
（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，結合上述功能分區(qū)設計的部分敞口鋼梁橋的實際施工案例，考慮新型鋼主梁的結構體系主、次更為清晰，主要受力構件和次要受力構件可視橋下實際情況同期或者分期施工、有更好的工法兼容性和適應性的特點，提出與其配套的施工工法。
圖3 施工關鍵技術——施工工法創(chuàng)新
（2）在國內外首次發(fā)現(xiàn)在非恒溫環(huán)境中，鋼結構拼焊過程中的體系溫差和梯度溫差均可能被轉化成鋼梁的頂、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、揭示了鋼結構“焊接溫差”的產生機理，得到了“焊接溫差”對鋼橋施工線形和成橋運營階段的內力和應力均會產生較大影響、并嚴重影響橋梁的施工和運營安全。為此，提出在鋼橋設計時通過對節(jié)間弦桿施加負溫度荷載來考慮其對結構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，為由溫度作用導致的鋼橋施工事故提供了成套事故分析和處理技術方法，并利用本技術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
本研究項目的研究成果或成果應用工程獲國家行業(yè)設計二等獎1 項、省級設計一等獎1 項、省級科技創(chuàng)新成果二等獎1 項，市級（副省級城市）技術創(chuàng)新成果獎2項，獲授權國家發(fā)明專利3 項實用新型專利2項，國內外發(fā)表學術論文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、局級工法1 項，成果應用項目獲得國家協(xié)會建設質量管理二等獎1 項、省級建設質量管理一等獎1項、國家行業(yè)QC成果一等獎1項。
三、經濟及社會效益
本課題研究成果近年來己經在西安市、西寧市等城市鋼橋的設計和施工中取得了廣泛且成功的應用，累計應用城市橋梁工程項目超過10項、總面積約36萬平米，總投資約46億元。相關成果的應用，大大提高了城市鋼橋的經濟性、受力性能和景觀效果；同時，為西安城市橋梁的建設節(jié)約各項投資超13.8億元，且基本形成了西安市城市鋼橋的新一代景觀風格；在城市鋼橋施工期間，減少項目范圍內城市綠地遷改面積70 %以上，減小橋下交通干擾時間達50%。本成果很好地解決了城市鋼橋景觀設計和施工中的關鍵問題，滿足了城市建設的需求，取得了巨大的經濟效益和社會效益。
