全国市政工程行业科技成果展示--一种全钢混凝土组合桥梁结构设计技术研究及其应用

    “一种全钢混凝土组合桥梁结构设计技术研究及其应用”项目于2010年3月立项，2014年2月完成。该项目研究由深圳市市政设计研究院有限公司承担。该项目研究成果获2014年度“全国市政行业市政工程科学技术奖”三等奖，其成果适用于道路桥梁领域中的桥梁新结构设计及应用。

    项目研究技术原理

    该项目研究所采用的主要技术原理如下。

    1）通过有限元理论分析研究，提出了新型桥梁在施工和设计方面的关键技术。

    2）从稳定和应力计算出发，得出了高达4m钢腹板的稳定保证措施，从而为同类桥梁的设计提供了参考。

    3）通过计算机仿真研究和试验模型研究，得出了钢和混凝土两种材料组合后的强度和刚度等方面的力学特性，证明了新建组合梁桥整体性良好。

    该项目设计关键技术研究取得了创新性成果，填补了组合结构计算的一个空白，具有良好的技术、经济效益和社会效益，并为同类桥梁的设计与应用提供了重要的理论指导和实际经验，是科研与工程实践相结合的成功实例。该课题的研究成果总体达到了国内领先水平，具有重要的学术和工程应用价值。

合肥市长江路桥工程设计效果图

    关键技术及创新点

    在我国桥梁工程界，全组合桥梁理论研究刚刚起步，该课题组有关本组合桥梁的研究论文在国内外未见相关研究报道。该项目课题组所进行的计算机仿真研究和试验模型研究，阐明了本组合桥梁整体结构完全能够共同工作，整体性能良好。国内外未见相关研究报道。

    应用该项目研究成果所设计的合肥市长江路桥（主跨径为56.16m，全组合超静定刚架拱体系）以及广东深圳市宝岗路跨线桥，是目前我国率先采用全钢混凝土组合桥梁结构体系建设的2座城市桥梁。

    该项目研究的关键技术及创新点如下：

    １）为类似桥梁结构设计提供了合理、经济、安全、美观的方式，填补了全组合结构计算的一个空白。

    ２）采用国内首次创新的结构体系:纵向结构体系为超静定刚架拱体系，横向体系受各种条件的制约由多片工字钢梁组成,分段螺栓连接、抗疲劳性好、减少了施工焊接，方便了梁体的运输、安装。

    ３）高腹板构造设计(采用措施保证高钢梁腹板在弯矩、剪力和局部横向集中力作用下不失稳)和钢混组合斜腿柱脚设计(为解决水流对柱脚的腐蚀，同时保证柱脚与承台的紧密固结)也属国内首次创新。

    ４）解决了困难条件下施工难度问题,采用工厂预制、运输、吊装、安装成型、充作底模、现浇桥面板,施工工艺简单、经济、安全、高效、优质。

    ５）从稳定和应力计算出发，得出了高达4m钢腹板的稳定保证措施，从而为同类桥梁的设计提供了参考。

    ６）为保证铺装的质量，使用了弓形高强钢丝钢纤维混凝土，提高了铺装混凝土的力学性能和车辆行驶舒适度。

    ７）解决了繁忙市区拆旧桥影响群众日常生活的困难. 拆桥时采用切割“蚕食”，特别注重桥梁的平衡稳定，使用了300t的超级吊车。这样的吊车在合肥的工程上基本没有用到。

合肥市长江路桥工程施工建设现场实景

    与该项目相关的科研成果荣获2012年度福建省人民政府颁发的省科技进步一等奖（钢-混凝土组合梁桥新结构理论及应用研究），并申报获批5项国家实用新型专利:１）一种斜腿刚架拱桥的梁结构（专利号: ZL 2013 2 0355247.2）；２）一种斜腿刚架拱桥的组合梁及其连接结构（专利号: ZL 2013 2 0355234.9）；３）一种用于刚架拱桥组合梁的斜腿（专利号: ZL 2013 2 0355318.2）；４）一种刚架拱桥的支撑连接结构（专利号: ZL 2013 2 0355396.2：）；５）一种斜腿刚架拱桥（专利号: ZL 2013 2 0355212.2）。

    项目成果的经济及社会效益

    该研究成果为合肥市长江路桥（主跨径为56.16m，全组合超静定刚架拱体系）以及广东深圳市宝岗路跨线桥的合理、安全、经济和美观的设计提供了强有力的技术支持和理论指导，保证了其施工的质量和效率，产生了显著的经济效益和社会效益。

    项目经济效益情况简述：

    1）2009-2011 年度，本研究成果应用在安徽合肥市长江路桥（主跨径为56.16m，全组合超静定刚架拱体系），为该桥的合理设计、施工提供了强有力的技术支持和理论指导，保证了大桥保质保量按时完工以及成桥阶段的结构安全性和稳定性。以本研究成果指导的设计、施工方案与其他方案相比，已产生直接经济效益约 560万元。

    2）2010-2012 年度，本研究成果应用在广东深圳市宝岗路跨线桥工程中，为组合桥梁的桥梁形式合理选定以及施工提供了可靠有效的理论依据和技术支持。以本研究成果指导的设计与施工方案比其他的方案节省投资约 730 万元，同时产生了显著的社会效益（采用无支架施工，避免了交通主干道的封闭）。

    3）2014 年度，本研究成果应用在 河南省平顶山市神马大桥工程中，为桥梁形式合理选定以及施工提供了可靠有效的理论依据和技术支持。以本研究成果指导的设计与施工方案比其他的方案节省投资约 380 万元，同时产生了显著的社会效益（采用无支架施工，避免了交通主干道的封闭和干扰）。

    4）随着本研究成果的公开，相关理论及计算方法逐渐为同行所接受并得到推广，不断在一些工程中得到应用，2013 年以后经济效益显著，但项目课题组未进行详细统计。

    项目社会效益情况简述：

    该课题研究立足实际工程，提出了一种全新的全组合桥梁形式，并通过试验及理论分析进行了分析和研究，证明了该种桥梁结构形式的可行性和合理性。研究成果在背景工程——安徽合肥市长江路桥（主跨径为56.16m，全组合超静定刚架拱体系）中的应用，不仅为该桥的合理设计、保质保量按时完工，提供了强有力的技术支持和理论指导，而且保证了成桥阶段的结构安全性和稳定性，取得了良好的经济效益，促进了我省交通事业的发展。本项目通过计算机模拟仿真研究与结构有限元计算的方法，阐明了本组合桥梁整体结构完全能够共同工作，整体性能良好。其分析和研究过程，概念明确，实用性强，具有极大的推广价值，有利于这种全新的全组合桥梁形式及类似的桥梁施工形式的进一步规范与优化，对桥梁设计、施工方法的多元化将起到极大的推动作用。

    （深圳市市政设计研究院有限公司　供稿）

    注：本文刊载于《市政技术》2016年第4期，第12页。