10月15日，桥梁工程专家、中国工程院院士秦顺全作客桥梁大讲堂，以《大跨度桥梁建造技术的思考与探索》为题，围绕大跨度桥梁建设的设计思考，为广大桥梁科技工作者、桥梁文化爱好者、桥梁博物馆志愿者上了一堂内容充实、生动形象的科普课。

　　秦顺全在讲座中表示，如今的桥梁不再是以“能”跨越障碍为唯一目标，要思考如何从“能”变得“好”。他以常泰长江大桥为例，讲解大桥建设背后的实践探索与思考，以应对工程挑战、解决建造难题为导向，逐个讲解了大桥建设过程中的“四个首创”和“四项关键技术”。

　　本次活动由中铁大桥局科协、桥梁博物馆和桥梁智能与绿色建造全国重点实验室主办，中铁大桥局总工程师周功建主持活动。

　　随后活动进入互动提问环节，面对提问者提出的智能建造技术对未来桥梁建造的影响、大跨度铁路桥梁发展的制约因素、超高性能混凝土在大跨度桥梁建设中的应用前景等问题，秦顺全用专业知识一一解答，展示了他对相关问题的深入思考。秦顺全结合自己的经历，分享了他在研究和学术道路上的成长历程，激励年轻技术人员勇于探索、奋发向上，引发了大家的共鸣，将现场气氛推向高潮。

　　在活动的最后，秦顺全将亲笔签名的科普著作——《走近桥梁》赠送给桥梁工程师和桥梁科技志愿者代表。

　　秦顺全：67年前的今天，武汉长江大桥通车，拉开了中国现代化桥梁建设的序幕。而从新中国成立算起，75年来，经过一代又一代桥梁工程师的努力奋斗，中国桥梁一步步实现跨越，成为桥梁大国并向桥梁强国迈进。中国桥梁取得的成就是举世瞩目的，我们用任何赞誉去形容都不为过。

　　有这样一组数据，能够很直观地回答这个问题：世界跨径最大的十座斜拉桥中，中国建造了9座；世界跨径最大的十座悬索桥中，中国建造了8座；世界最大跨径的十座拱桥中，中国建造了8座；世界最大跨径的十座梁式桥中，中国建造了6座……这其中包含一些还在建设中的桥梁。

　　秦顺全：今天，我们已经有能力建造绝大多数满足跨越需求的桥梁，桥梁工程发展的问题，已经从“能不能跨越障碍”转变为“如何更好地跨越障碍”。

　　例如着眼于提升桥梁品质，综合工程师的思维与使用者的感受，寻找结构与功能的平衡点；探索与工程特点相适应的桥梁智能建造方法；注重建筑景观一体化，提升结构美学。

　　例如提升工程“可控的安全”，探索提高桥梁工程面对意外事件、极端天气灾害的“结构韧性”。

　　例如研究大跨度带来的荷载效应与构件尺度效应，发展更加高效的桥梁结构，减少资源消耗；研究结构力学行为，提升桥梁结构本体的安全性和耐久性等。

　　在世界最大跨度公铁两用斜拉桥——常泰长江大桥的建设中，“更好地跨越障碍”体现在哪里？

　　秦顺全：常泰长江大桥是世界最大跨度的斜拉桥。这个跨度并非为了创造“世界纪录”而刻意为之，而是综合考虑长江航道通航安全、长江生态保护以及桥址处的水文、地质条件所确定的。大桥承载了城际铁路、高速公路和一级公路等三种交通功能，能够充分满足当地人民交通出行和社会经济发展需求。

　　在设计建造过程中，我们研究采用了一系列新结构、新材料、新技术、新装备和智能化的手段，在满足跨越能力的同时节约建设资源、提升施工效率、提高工程质量、保障施工安全，同时也实现了对桥梁景观美学的追求。

　　秦顺全：斜拉桥跨度的增大，主梁和斜拉索荷载效应增大不显著，但其主塔的荷载效应会快速增加，塔底弯矩急增大，结构的强度和耐久性面临着挑战。

　　斜拉桥主塔的荷载主要来源于结构的自重和桥上的车辆荷载，这些荷载通过斜拉索传递到索塔上，同时索塔还受到自然环境因素的影响，如温度变化、风力等。荷载效应指的是主塔由于上述各种荷载作用而产生的内力或变形。采用常规的结构方案，通过增加结构尺寸解决受力的问题是可行的，但这样的处理方式就需要超大断面的主塔结构，由于尺度效应造成的收缩开裂是难以避免的。

　　秦顺全：通常来说，我们的建设者会研究大尺度构件、大位移伸缩装置等构件来抵抗荷载效应。不断增加承力构件尺寸来抵抗荷载的增加，这是工程师顺其自然比较显而易见的通俗做法。

　　但是在常泰长江大桥的设计上，我们从主塔的结构体系入手，找到了一种从本源上解决问题的方案——寻找更高效的结构，降低主塔荷载效应。

　　这一新型结构体系的主要创意在于首创了温度自适应塔梁纵向约束体系（TARS），将主跨中点用“CFRP连接杆”与主塔连接，实现主梁纵向约束，使纵向力在塔梁处低位传递，从而大幅度减小纵向荷载效应。

　　选择主跨中点和CFRP材料则是为了解决主跨钢梁温度变形的释放问题。在体系温度升降时，梁塔之间有相对位移，但主跨中点纵向是不动的，约束这个点就可以实现温度变形的自适应。尽管CFRP材料是一种新型的高强度结构材料，但也是一种功能材料，它对温度不敏感，在环境温度发生变化时基本不会发生变形，既限制了主梁的纵向运动，又实现了主梁温度变形的自适应。

　　研究分析表明，温度自适应塔梁纵向约束体系，使常泰长江大桥主要荷载效应仅相当于主跨900米左右斜拉桥的水平，确保了大跨度斜拉桥的安全性和稳定性，是一种非常高效的桥梁结构。

　　有保障的耐久性——“钢-混”混合结构空间钻石型桥塔：用常规的平面双肢主塔顺桥向尺寸会达到21米，大尺度混凝土主塔横向开裂风险极高。我们首创了“钢-混”混合结构空间钻石型桥塔（SCDT），将双肢拆分成空间四肢，把以压弯为主变为轴压为主，能更好地发挥材料特性，减小断面尺寸，有效解决了大尺度混凝土主塔断面横向开裂的问题，采用八边形断面，结构景观更好。

　　全新组合结构——“钢箱-核芯混凝土” 组合锚固结构：针对斜拉索锚固区太长的问题，首创了“钢箱-核芯混凝土”组合锚固结构（SCAS），即：钢箱围合，核心区填充混凝土，拉索交叉锚固于核芯混凝土两侧。这一结构使局部锚固结构与整体受力合二为一，不仅减小了锚固间距、结构总体受力问题，还使得总体工程费用更节省。

　　桥梁建设的最关键环节—— 减冲刷减自重台阶型沉井基础：在基础方面，首创了减冲刷减自重台阶型沉井基础（SRCF），显著改善了基础周边的河床冲刷，在确保安全埋深的条件下沉井底标高提高了27米，同时减少了运营期沉井重量，规避了超深下沉施工风险、降低了施工的难度，保障了结构的安全，提升了经济效益。

　　一是桥面横向非对称结构内力和线形的控制问题。常泰长江大桥承载了城际铁路、高速公路和一级公路三种功能，大桥下层城际铁路和一级公路分侧布置，既实现了结构的优化又解决了引桥‘夹心地’的问题，但伴随的难题是横桥向非对称恒载作用下，设计如何实现理想的成桥内力和线形。

　　二是超大沉井平稳安全下沉的问题。传统的沉井施工，是通过设置空气幕、泥浆套减少井壁摩擦力，并在井孔内垂直取土，实现下沉。近些年，随着沉井平面尺寸不断增大，传统沉井的下沉工艺方法在施工超大沉井时，突沉、翻砂、倾斜等极不可控险情时有发生。

　　三是大桥整体线形的精准调控。常泰长江大桥是一座公铁两用大桥，线形的控制对保证高速列车行车安全和舒适性至关重要。超过千米级的大跨度桥梁的施工中，由于构件制造的几何尺寸误差、桁架的拼装误差、测量误差等因素，桥梁的实际线形与理想目标存在一定的偏差。如何将这种偏差降到最低，实现千米级大桥在施工过程及成桥后线形的精准调控，是保障高速列车以大跨桥梁的方式跨越长江的核心技术。

　　一是恒载非对称结构实现技术。面对结构在横桥方向非对称恒载作用下同时满足内力和线性要求，我们通过“无应力状态法”构建力学平衡方程和线性控制方程进行了理论研究，论证了非对称恒载作用下结构分阶段成形的内力和线形是相互独立的，并通过对截面和材料强度的控制、空间索面的调整以及控制构件的制造构型等实现了非对称结构的精准建造。

　　二是超大沉井下沉临界状态控制方法。端阻力是超大型沉井可控下沉的关键，我们通过理论和试验研究，首次探明了超大型沉井的下沉机理，提出了超大型沉井取土下沉端阻力临界状态控制理论及分区渐进式取土工艺，为超大型沉井实现高效可控下沉提供了新的技术途径。研发了超大型沉井盲区取土的智能绞吸装备和水力切削设备，实现了沉井端部阻力的可控、高效解除。同时结合当前发展迅速的信息化技术，研发了超大型沉井监测、调控、决策为一体的智能控制系统，开发了基于数据驱动的数字孪生智慧监控平台，实现了施工全过程的智能监控。常泰长江大桥的超大沉井在下沉过程中没有发生突沉、翻砂等情况，并提前一年高精度下沉到位，实现了安全、高效和高精度的目标。

　　三是钢桁梁数字拼装技术及线形调控方法。钢桁梁数字拼装技术通过三维扫描获得点云数据，建立钢桁梁数字孪生模型，经栓孔匹配形成节段拼装模型，最后进行线形预测和拼接板调整，能够很好的控制局部线形。通过研究重量、刚度、尺寸和徐变等参数对线形的影响，建立了线形偏差多参数概率分布模型，进行了拉索和锚杯长度取值的精细化分析。研发了梁端锚圈调节“液压螺母”，可充分利用梁端锚杯的可调量提高调整能力，对线形开展精准调控。发明了强迫位移释放装置，提出了塔梁刚度动力精准识别技术，保证了线形调整的精准高效。

　　线形控制技术的突破，配合新的工艺装备研发，完全可以实现超大跨度桥梁线形达到高速列车铺轨和通行的要求。

　　秦顺全：常泰长江大桥在进行结构设计时，我们无时无刻不在考虑桥梁的结构是否美观、是否与环境协调。

　　大桥采用钻石造型的桥塔，最主要的目的是为了规避大平面尺度混凝土的开裂风险，主塔截面采用八边形，空间立体感更强，视觉感受更加轻盈灵动。主塔采用“钢箱-核芯混凝土”组合锚固结构，减少了上塔柱锚固段高度，使中上塔柱比例更协调，同时局部锚固与整体受力两个系统合二为一，节省了工程费用。在上塔柱与中塔柱钢-混分界处，主塔采用卯榫结构造型打破了生硬的界限，使主塔有变化而不觉得突兀。

　　主塔塔冠的常规做法为下凹结构，与中塔柱顶端向上的弧形相呼应。然而，常泰长江大桥结合斜拉桥刚劲有力、昂扬向上的美学风格，主塔塔冠最终采用开敞方尖结构。

　　两个专用航道桥均采用主跨388米钢桁拱桥，其柔美内敛的风格与斜拉桥的刚劲张扬交相辉映。大桥主航道桥两个空间钻石型主塔造型似宝瓶，单侧主塔与专用航道桥则如平放的如意，寓意美好，表达出大桥与环境、人类与自然和谐共生的美好意境。

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