新首钢大桥 跨越北京“母亲河”

文 | 北京城建集团有限责任公司

新首钢大桥（主 跨280 米空间弯扭钢塔斜拉刚构组合体系桥）远景

被誉为“神州第一街”的北京长安街以其独有的政治、历史、人文特色和功能定位，展示着大国首都形象和中华文化魅力。线路跨越北京“母亲河”——永定河，在此兴建一座全新的、能代表我国桥梁建造技术水平的大桥，是北京市政府和首都人民的期望。

/ 与环境和谐共生/

新首钢大桥采用的斜拉刚构组合结构体系方案，与环境和谐共生，解决了大跨超宽斜交与高景观需求等桥梁选型的重大难题，体现了新时代的特点，符合高质量发展的要求。为了解决该套体系方案在设计、建造等方面遇到的难题，项目组展开了新首钢大桥空间复杂钢结构关键建造技术的课题研究。该项课题获得国家自然科学基金委、北京市人民政府、住房和城乡建设部等发起的5项国家级、省部级课题支持。

/ 四大创新点/

创新一：首创了空间弯扭钢塔斜拉-刚构组合结构体系及关键设计方法

项目首创了空间弯扭钢塔斜拉-刚构结构体系；提出了带肋变曲率板稳定承载力的计算方法和变曲率板可展开成型的设计优化方法；解决了新时期高景观需求创新桥梁结构体系的设计关键问题。

项目提出了非对称斜向墩支撑斜拉桥协同变形控制优化设计方法，实现了创新体系倾斜钢塔、斜交主梁扭转位移、索力、索点配重的协同控制；提出了变曲率板承载能力计算方法，解决了变曲率板复杂钢结构的推广应用难题；揭示了创新体系高地震烈度地区结构变形控制机理、异型钢结构风致振动和拉索抑振规律，研发了斜向设置的防卡死特大吨位支座系统等设施，保障了空间复杂钢结构桥梁的安全可靠。

创新二：首次研发了变曲率板自适应成型和超大变截面弯扭节段制造技术

项目首次研发了变曲率板自适应成型和节段制造技术，开发了带肋变曲率曲板专用组拼胎型，多点顶压成型方法，预变形、配重无码固焊接方式，实现了曲板和超大变截面弯扭节段的高精度制造；首创“弯扭节段设计模型-三维扫描制造模型-空间轴线拟合技术”，解决了弯扭节段加工轴线难以确定、精度难以评价的难题，填补了弯扭节段制造精度评价的空白。

双塔斜拉-刚构结构体系

塔-梁位移、索力、配重 协同优化

变曲率板模型试验+仿真 分析

结构体系抗震性能 研究

变曲率板及节段高精度加工

节段精度分析评价

创新三：首次研发了双肢非一致倾斜超高拱形全焊接钢塔的分段架设及精度控制技术

项目研发了钢塔首节段高精度定位及超大平面承压板薄层注浆质量控制技术，高塔单肢基座232平方米承压板注浆接触率达到90%以上，创建了首节段塔基群锚-支座平面多点多类型支撑体系组合刚度识别技术，满足了结构体系受力和精度管控要求。

项目创建了超大变截面弯扭节段轴线寻优、超高支架间隔悬拼及塔架刚度匹配与线形控制技术，研发了曲面结构表面空间三维坐标、倾斜端口高程、高耸支架变位、分节段吊装快速定位等系列专项测量技术，解决了曲线多变异形结构测控的难题。超高钢塔分段架设精度达塔高的1/5910，远高于国内外全焊接钢塔1/3000架设精度控制标准，实现了在多场耦合作用下，124米国内最高的非一致倾斜空间弯扭钢塔高精度合龙。

首节段塔基群锚-支座平面多点多类型支撑体系组合刚度识别

合龙段定位优化分析

创新四：建立了复杂钢桥三维数字化建造方法和技术标准；研发了空间复杂钢桥数字化建造关键技术

项目研发了空间扭曲面直纹扫掠可展开设计技术，提出了桥梁“骨架+模板”参数化设计和结构优化方法，建立了可直接满足制造工艺要求的数字模型；开发了设计、制造、施工数字化协同平台，实现了三维数字化模型正向设计和建造全过程一体化应用，形成了《桥梁工程数字化建造标准》。

/ 成果国际领先/

新首钢大桥空间复杂钢结构建造关键技术获授权发明专利17件、实用新型专利9件、外观专利1件，发表学术论文28篇，出版著作3部，标准两部；在设计、建造质量方面，获国内外多项荣誉，包括国际桥梁大会尤金菲戈奖、美国工程新闻记录年度杰出桥隧奖、中国勘察设计协会优秀设计一等奖、中国钢结构金奖等；在数字化建造方面，获“第七届‘龙图杯’全国BIM大赛一等奖”“北京市BIM示范工程”，成果鉴定达到国际领先水平。

该项目成果还推广应用于京雄高速永定河特大桥、江苏京杭运河淮海路大桥等公路、市政桥梁建设。其成果指导了8万吨、造价总计约18亿元复杂钢结构桥梁的设计、制造、安装及精度管控。新首钢大桥的成功建成将实现“百里长安街成为北京新地标”的愿景目标。项目组以重点工程需求为牵引，系统解决了空间复杂钢结构桥梁设计、制造、施工、安装精度管控等关键技术难题，践行了绿色、可持续发展理念，推动了行业科技进步，进一步擦亮了中国桥梁名片，引领我国大型交通基础设施建设水平走在世界前列。