近日，全国市政行业2019年度市政工程科学技术奖表彰大会在广西南宁顺利召开，我公司共计4项科研项目获奖，其中“城市钢桥景观设计与施工关键技术研究”喜获技术开发类一等奖，“西安市纺织城堡子村盘道综合改造工程”、“关中地区市政道路海绵城市建设技术标准图集”获技术开发类三等奖，“西安市曲江新区雁翔广场周边商业区人行立体过街连廊规划”获社会公益类三等奖。
《城市钢桥景观设计与施工关键技术研究》项目负责人龙刚在大会上作了主题发言，围绕当代城市钢桥在设计与施工过程中经常遇到和必须解决的一些关键结构性问题，对行业共同关注的热点进行了交流和研讨，引起了与会专家和代表们的高度关注，为西安市政院在行业内树立积极的品牌形象起了强化作用。
一、研究目的和内容
城市桥梁建设受到地形、管线、既有交通、城市规划方案等诸多限制，其景观设计往往和桥梁结构的创新、优化紧密联系在一起。项目团队经十余年的研究，旨在分析和解决城市钢桥景观设计和施工过程中，由于结构造型日趋新颖、结构构造和受力日趋复杂、城市环境限制条件多样等带来的关键技术问题。
图1 研究目的与内容
二、研究成果
1.城市钢桥的景观设计方面，从上部结构、下部结构及上、下部结构的组合三个角度来分析，通过结构形式的创新和系统的研究，解决景观设计中的关键性技术问题。
（1）上部结构创新及关键技术：发明了一种功能分区设计的部分敞口钢梁，创新了城市钢桥上部结构的主梁结构形式。提出的功能分区设计的部分敞口钢梁，较常规钢板（组合）梁或钢箱（组合）梁造型更加美观；钢主梁结构体系主、次清晰，受力合理，其每平米用钢量较常规钢箱梁桥可节约15%~20%；主要受力构件和次要受力构件可视桥下实际情况同期或者分期施工，新工法对城市复杂交通环境的适应性更高，施工效率可以提高2~3倍。由于新型钢梁自重轻、整体性强，施工工法适应性强，非常适用于城市各类钢桥，尤其是高架桥和立交桥梁中的变宽梁和分叉梁。
图2 设计关键技术——上部结构创新
（2）下部结构创新及关键技术：分析城市钢桥下部结构作景观设计的创新思路，通过试验、理论分析和有限元数值模拟相结合的手段，解决下部结构景观设计的一些关键技术问题，包括型钢超高强混凝土柱的力学性能及设计方法、PBL加劲型薄壁钢箱混凝土空心墩的受力性能及设计方法、圆形变截面钢管混凝土柱的轴心受压性能和截面轴压承载力计算方法，填补了相关规范的空白。下部结构形式的创新可使得城市钢桥的下部结构更加美观并获得更高的承载力，使得下部结构截面变化适应性更强。
（3）上、下部结构组合方面的结构创新及关键技术：在分析钢桥常规设计中上、下部结构的组合方式及其不足的基础上，首先针对钢管拱肋节点、钢管拱肋-立柱节点等构造及其受力日趋复杂的问题，通过模型试验和有限元分析系统研究城市钢桥景观设计时节点构造优化设计方法。其次针对上、下部结构以多次超静定结构进行组合这一城市钢桥景观设计新方向，提出新型的PBL加劲型钢管混凝土外隔板式节点，通过模型实验和理论分析研究新型节点的受力性能，为城市钢桥的复杂节点设计提供了解决方案；并在此基础上提出了一种飘带形斜拉-刚构组合体系钢桥，阐述其优点和工法适应性。
2.城市钢桥施工关键技术方面
（1）针对目前城市梁桥施工普遍存在的施工工期长、桥下交通干扰大、绿化迁移量大等现状，结合上述功能分区设计的部分敞口钢梁桥的实际施工案例，考虑新型钢主梁的结构体系主、次更为清晰，主要受力构件和次要受力构件可视桥下实际情况同期或者分期施工、有更好的工法兼容性和适应性的特点，提出与其配套的施工工法。
图3 施工关键技术——施工工法创新
（2）在国内外首次发现在非恒温环境中，钢结构拼焊过程中的体系温差和梯度温差均可能被转化成钢梁的顶、底板焊接温差（或桁架的上、下层钢管焊接温差），提出“焊接温差”的概念、揭示了钢结构“焊接温差”的产生机理，得到了“焊接温差”对钢桥施工线形和成桥运营阶段的内力和应力均会产生较大影响、并严重影响桥梁的施工和运营安全。为此，提出在钢桥设计时通过对节间弦杆施加负温度荷载来考虑其对结构不利影响的简化模拟方法。最后，提出了钢桥施工事故的多因素组合系数法，为由温度作用导致的钢桥施工事故提供了成套事故分析和处理技术方法，并利用本技术成功处理了一起城市钢斜拉桥的钢主梁翘梁事故。
3.研究成果综述
本研究项目的研究成果或成果应用工程获国家行业设计二等奖1 项、省级设计一等奖1 项、省级科技创新成果二等奖1 项，市级（副省级城市）技术创新成果奖2项，获授权国家发明专利3 项实用新型专利2项，国内外发表学术论文13 篇（其中SCI论文3篇，EI论文7篇，CSCD中文核心期刊3篇），获省部级工法2项、局级工法1 项，成果应用项目获得国家协会建设质量管理二等奖1 项、省级建设质量管理一等奖1项、国家行业QC成果一等奖1项。
三、经济及社会效益
本课题研究成果近年来己经在西安市、西宁市等城市钢桥的设计和施工中取得了广泛且成功的应用，累计应用城市桥梁工程项目超过10项、总面积约36万平米，总投资约46亿元。相关成果的应用，大大提高了城市钢桥的经济性、受力性能和景观效果；同时，为西安城市桥梁的建设节约各项投资超13.8亿元，且基本形成了西安市城市钢桥的新一代景观风格；在城市钢桥施工期间，减少项目范围内城市绿地迁改面积70 %以上，减小桥下交通干扰时间达50%。本成果很好地解决了城市钢桥景观设计和施工中的关键问题，满足了城市建设的需求，取得了巨大的经济效益和社会效益。
