Weekly on Bridges and Tunnels
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▲ 新首钢大桥
我的名片
姓名：新首钢大桥
生日：2019年9月29日
籍贯：北京
长度：1353.8m（其中主桥长639.0m，主跨280.0m）
类型：空间弯扭斜拉刚构组合结构体系钢桥
特点：新首钢大桥研发的空间组合结构体系桥型方案新颖独特，融艺术、工程、技术于一身，取得多项复杂钢桥建造技术突破、创新数字技术工程探索，实现大型桥梁工程建造的高质量、绿色、可持续发展。
建设单位：
北京市公联公路联络线有限责任公司
设计单位：
北京市市政工程设计研究总院有限公司
施工单位：
北京城建集团有限责任公司
中交第一公路工程局有限公司
中铁宝桥集团有限公司
中铁十八局集团第五工程有限公司
北京城建道桥建设集团有限公司
北京市市政一建设工程有限责任公司
我的独特之处
▲ 新首钢大桥灯光效果
1
桥型方案与城市环境一体化设计，打造新时代地标性特大跨径钢桥
1.桥型方案对话自然、城市、社会、文化，应境而生，是结构的艺术表达
极富想象力的将外倾弯扭钢塔与分离式钢箱主梁组成新的空间受力结构。考虑长安街轴线与河道57°斜交，将主塔基座顺水流错位布置，工程条件与桥梁结构充分结合，挑战特大跨径斜桥设计建造难题。
▲ 新首钢大桥河道人视
2.基于性能优化的设计理念，打造简洁优雅、富有变化的桥梁结构体系和局部构造
充分发挥结构体系和材料力学性能，椭圆形主塔外倾、迈步设置带来塔身空间扭曲，梁底纵横向连续变化的拱形曲线，叠合平行的竖琴式拉索，形成空间灵动、变化的形体感。
▲ 桥面附属设施和灯光设计
3.与周边环境空间、交通、视线视觉、景观一体化设计
整体尺度上创造主桥空间视觉舒适度；引桥桥下设计成连接新首钢南北区的活力建筑景观空间；梯道和吊桥建立桥面、地面、河堤之间安全、便捷的交通联系；局部拓宽水面、改造河道景观、布置岛屿，为大桥照明设备提供安装条件。
▲ 新首钢大桥河道人视
4.整体到细节的艺术性、技术性、舒适性和人性化
充分考虑全生命周期可维护、安全、舒适、视觉的通透、与整体设计理念的一致性，全桥所有构件设施精细化设计创造艺术性的桥梁。所有管线纳入结构设计，不外露。
▲ 人行系统和夜景照明
2
创新的复杂特大跨径钢桥设计、加工、架设工程技术研究，确保项目结构安全和科学实施
1.多约束环境高景观需求城市桥梁结构体系研究
针对桥位工程条件和规划要求，提出外倾扭曲超高拱形钢塔变截面主梁斜交刚构组合桥梁结构体系。基于数字技术实现外观简洁、内部构造极其复杂的全桥三维精细化协同设计。提出了该体系索力调整和索点配重协调优化通用计算方法，实现了倾斜钢塔、斜交主梁的扭转位移、索力、索点配重协同控制。
2.结构整体稳定研究、曲面钢板及高腹板局部稳定和极限承载力性能研究
完成行业内首例带肋曲板弹塑性屈曲试验，保证大桥安全，填补钢桥设计规范空白，对桥梁、建筑行业钢结构曲面钢板应用具指导意义。
3.高烈度区特大跨径、新型复杂结构桥梁抗震性能研究
结合多模型有限元进行抗震、减震、局部合理构造理论分析研究和开展不同水准地震工况一致激励振动台试验研究，验证结构的动力特性、整体地震响应、关键部位地震响应及应力应变状态。
4.斜拉索风雨振性能评价及抑振措施研究
项目位于北京三大风口之一，冬季多风，夏季多暴雨，研发风雨振试验装置，优化拉索螺旋线配置参数，通过拉索阻尼器型式、阻尼比参数及空间布置形式实现减振效果和景观效果最优。
3
全过程三维数字技术探索应用，实现复杂大型桥梁工程高质量设计、加工、架设
1.应用数字技术，完成国际上首例大规模、超精细、全构件数字桥梁模型
精细表达和优化钢塔复杂空间扭曲曲面，实现可加工。参数化数字模型方便修改和完善，可根据现场加工、运输、吊装能力对钢节段划分进行调整。结构模型转化导入有限元软件计算分析，提高了精度和效率，保证结构受力合理和安全。
2.使用参数化模型迭代计算分析，优化桥梁构造
对钢塔构造、横隔板开孔率、斜拉索锚区、矮塔支座等部位合理构造深入研究，该技术开发应用仅钢塔直接节省钢材3137吨，节省制造费4391.8万元，还大大简化加工、架设难度。
3.空间扭曲、异形钢塔加工、架设精度及控制方法研究
利用设计数字模型结合现有加工设备和能力，实现三维曲面单元的精细化加工。解决空间曲板单元对接与线形控制技术、空间曲线节段锚箱组拼定位技术、三维扫描测量技术应用难题。研发三维数字模型直接驱动的异形钢塔精度管理控制系统，实现了零附加应力高矮塔精确自然合拢。
依托项目，设计单位完成了包括国家自然科学基金重点国际（地区）合作项目在内的14项科研课题研究，取得多项发明专利，项目多项成果经鉴定达到国际领先水平，先后获得2020年国际桥梁大会（IBC）尤金·菲戈奖（Eugene C.Figg）、2020《美国工程新闻记录》ENR年度全球最佳及优秀工程 桥梁/隧道类杰出项目奖、2022年中国钢结构协会科学技术奖特等奖、2020年中国建筑金属结构协会中国钢结构金奖、 2018年北京市科学技术奖三等奖等奖励，对推动数字技术、桥梁建造技术、钢结构领域科技进步起到了推动作用。
经济社会意义
大桥设计理念符合长安街区位特征，外观简洁优雅，细节处理大气，具有灵动之美。成为落实世界眼光、国际标准、中国特色、高点定位要求的新时代大国首都城市桥梁规划建设的代表工程。
大桥建设带动区域城市升级改造，服务周边地区交通出行，促进首都中心城区功能建设和人口疏解。
桥型方案和永定河综合治理与生态修复方案互相融合，对促进流域经济、社会、生态协同发展，保护、传承、弘扬永定河文化，实现永定河流域高质量发展极具引领示范作用。
大桥位于首钢厂区核心位置，与周边工业遗迹遥相辉映，现代化造型呼应和带动老工业区改造，既是产业转型升级的生动缩影，也彰显新时代首都城市复兴新地标的独特魅力。
项目是国际上最早、最全面深入应用数字技术开展大型复杂桥梁性能化设计研究的实体工程。突破多项设计、建造技术瓶颈和难题，使不可能变成可能，确保质量、工期、投资完美符合预期，成为首都网红地标建筑，实现中国大型复杂钢桥建造技术领跑世界。
▲ 新首钢大桥
稿件支持
北京市市政工程设计研究总院有限公司道交一院
副总工程师 杨冰