順應國家"鄉村振興"和"交通強國"發展戰略，近15年來，我國四川、廣西等地區的橋梁建設向深山峽谷快速發展，且常地處強震區（抗震設防烈度≥7度），面臨橋梁跨徑和橋墩高度、抗震性能和施工建設等嚴峻挑戰，相應的結構設計技術亟待突破。鋼管混凝土混合結構（包括桁式鋼管混凝土結構及在其基礎上演變而來的鋼管混凝土加勁混合結構）是一類承載力高、抗震性能好、施工便捷、經濟適用的新型結構形式，正成為地處強震區的我國山區特大橋梁工程結構的優選形式之一。然而，以往尚缺乏對此類結構設計原理的系統研究，制約了其科學地推廣應用。
鋼管混凝土混合結構
清華大學土木工程系和四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司歷經持續15年的科技攻關和工程驗證，在鋼管混凝土混合結構力學性能研究、設計原理闡明、成套設計技術建立等方面取得系列研究成果，使其成為強震區特大橋梁的優選結構形式之一。2020年10月11日，由清華大學土木工程系教授韓林海和四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司教授級高工牟廷敏共同擔任主編制訂的中國工程建設標準化協會標準《桁式鋼管混凝土結構技術規程》（以下簡稱《規程》）通過審查。以中國工程院院士鄭皆連為組長，國際橋梁與結構工程協會（IABSE）主席、同濟大學教授葛耀君為副組長的審查專家委員會認為：「（該研究成果）形成了國內外首部關於鋼管混凝土桁式混合結構的技術規程，填補了該領域空白」，「《規程》技術內容科學合理、可操作性強，與現行相關標準相協調，達到國際先進水平」。該《規程》與雙方共同主編並於2020年8月1日施行的中國工程建設標準化協會標準《鋼管混凝土加勁混合結構技術規程》T/CECS 663-2020一起，構建了完整的鋼管混凝土混合結構技術標準體系。
該研究成果助力國家「鄉村振興」戰略實施，已成功應用於雅安幹海子特大橋、雅安臘八斤特大橋、汶川克枯特大橋等8座強震區特大橋梁工程。相比原設計方案，採用鋼管混凝土混合結構方案節約了混凝土用量、減輕了結構自重、降低了基礎費用、縮短了施工工期、顯著降低了結構造價。大橋建成後，顯著改善了我國西南地區5個國家級貧困縣（石棉、古藺、金陽、布拖、汶川）的區域交通水平。如由國務院扶貧辦實施的布拖縣和金陽縣2座溜索改橋工程，改善了金沙江兩岸川滇兩省約8萬名群眾的安全出行條件。2018年7月12日，《人民日報》頭版以「大橋飛架金沙江」為題報導了布拖縣馮家坪金沙江「溜索改橋」項目（圖1）。2018年9月12日，中央電視臺《焦點訪談》以「別了，溜索！你好，大橋！」為題，報導四川金陽縣對坪鎮一村「溜索改橋」項目橋面正式貫通（圖2）。
《人民日報》報導（左） 橋梁竣工後照片（右）
圖1 布拖縣馮家坪金沙江「溜索改橋」
中央電視臺《焦點訪談》報導（左） 橋梁竣工後照片（右）
圖2 金陽縣對坪鎮一村「溜索改橋」
雅安幹海子特大橋（圖3）位於四川省雅安市石棉縣境內，其主體結構設計使用年限為100年，抗震設防烈度為9度。大橋全長1811米，36跨，設計寬度24.5米；其桁梁及高墩（最大墩高107m）均採用了鋼管混凝土混合結構。2013年4月20日，四川雅安發生芮氏7.0級地震，應用該項目成果的雅安幹海子特大橋和雅安臘八斤特大橋經受了災害考驗；2019年8月20日，四川阿壩州爆發「8.20」強降雨、特大泥石流，應用該項目成果的汶川克枯特大橋經受了災害考驗。2017年6月7日，中央電視臺《新聞聯播》報導稱：「幹海子特大橋是世界第一座全鋼管混凝土桁梁橋」。
圖3 雅安幹海子特大橋
汶川克枯特大橋（圖4）位於四川省阿壩州汶川縣克枯鄉，距汶川「5·12」特大地震震中的映秀鎮50千米，是交通運輸部和四川省交通運輸廳的科研橋。該特大橋主體結構設計使用年限為100年，抗震設防烈度為9度，全長6431米。2019年10月21日,中國交通運輸部主管的《中國交通報》以「全橋無模板抗震又環保」為題，報導採用該項目成果建成的汶川克枯特大橋，報導中說：「近兩年，包括10多位中國工程院院士、全國工程設計大師在內的眾多國內外知名橋梁專家現場參觀了該橋」「與同等規模常規橋梁相比，大橋混凝土用量減少40%，鋼材用量減少30%，原材料使用及現場汙染排放物均減少30%」。報導中還提到：「大橋的設計理念十分新穎」「這種創新是可複製可推廣的」「是高烈度地區橋梁抗震的典範」。
圖4 汶川克枯特大橋
該研究成果還被應用於已完成設計、正在建設中的涼山金陽河特大橋（2020年6月23日高度為196米的主墩封頂，成為9度抗震設防烈度區世界第一高橋墩）等4座強震區特大橋梁結構。此外，該成果還被拓展應用於電力等領域大型工程主體結構設計，如舟山大陸聯網大跨越塔（塔高370米）及西堠門大跨越塔（塔高380米）。
（清華新聞網10月20日電）
供稿：土木系
編輯：李華山 李晨暉
審核：程曦