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作者：孟凡超 金秀男
中交公路规划设计院有限公司
摘 要
深入探讨了我国公路钢结构桥梁的发展现状与技术进步。钢结构桥梁凭借其高强、轻质、抗震性能好、工业化建造、可循环利用等优点，逐渐在公路桥梁建设中获得应用。然而， 相较于发达国家，我国钢结构桥梁在公路桥梁总量中所占比例仍然较低。回顾了我国公路钢桥发展的历程，从建国初期的探索阶段、改革开放初期的快速发展阶段，到比较成熟的标准化设计阶段；重点介绍了港珠澳大桥、厦门翔安大桥等典型工程的成功实践；阐述了我国常规跨径公路钢结构桥梁标准化设计的技术特点，包括设计创新、材料创新、结构创新、BIM 技术应用及工业化建造等；分析了当前存在的问题及面临的挑战；最后，展望了我国公路钢结构桥梁的发展趋势，强调标准化设计在推动工业化建造中的重要作用，为未来我国公路钢结构桥梁建设提供借鉴与参考。
0 引言
钢结构与混凝土结构相比，具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工周期短、工厂化制造、可循环利用、绿色低碳环保等优点。截至 2023 年底，我国公路桥梁数量超 103 万座，建设成就瞩目。但是，据统计我国公路中钢结构、组合结构桥梁的数量及占比很少，分别仅约 0.08% 和 0.17% （图 1）。在发达国家，日本 13 万座桥梁中，钢桥占比约 41%；美国 60万座桥梁中，钢桥占比约 35%；法国钢和组合结构桥梁占比达 85%。相比而言，我国钢桥技术发展不平衡，一方面是特大桥的较高水准应用，另一方面是中小型钢桥的低水准应用且总量很少，数量占比远低于发达国家[1]。长期以来，我国公路钢桥推广应用动力不足的原因在于“ 混凝土结构优先“ “ 钢结构不耐久“ “ 钢结构造价高“ 的惯性思维和欠妥思维，当然，我国钢结构设计、制造水平总体不高也是实际情况；但钢桥耐久性，事实上第一次工业革命欧美建造的钢结构桥梁大多数依然在使用中，我国清末民初建设的钢桥也都在运营中。伴随着国民经济的快速发展，钢结构的设计、加工制造和施工技术水平已有显著提高，我国公路钢结构桥梁将具有广阔的发展空间。
图 1 我国公路桥梁各类结构桥梁占比示意
纵观我国公路钢结构桥梁的发展，其历程是一个“ 认识- 发展-积累-提高-再认识-再发展“ 的过程。其中，“ 标准化“ “ 产业化“ 是衡量技术是否成熟的重要标志。发达国家的钢桥产业早已走向工业化发展道路，其中主要得益于成套标准化技术的发展与运用。我国近年来伴随港珠澳大桥、厦门翔安大桥等一系列重大工程的成功建造，我们正在从“ 桥梁大国“ 走向“ 桥梁强国“ [2] ，这其中标准化的设计建造技术对公路钢结构桥梁工业化建造、加快施工进度、提高工程质量、节约建设成本、缩小各省区市差距和促进技术创新具有着十分重要的作用。
1 我国公路钢结构桥梁标准化设计的状况与发展
1.1 清末至新中国成立
清末至新中国成立前，我国的各类钢结构桥梁基本由外国人主持修建，如上海、天津、宁波、兰州、广州、哈尔滨等地的钢结构桥梁。我国桥梁工程界第一次主持修建的钢桥是滦河大桥，由詹天佑先生主持完成，这座由他主持修建的京张铁路上的钢桥开创了我国铁路钢桥的新篇章。之后，于1937年由我国著名桥梁专家茅以升先生负责设计并监督施工的钱塘江大桥，拉开了我国建设大跨度钢桥的序幕。可以说，我国钢结构桥梁最初的探索与应用是从铁路钢桥开始的。
1.2 建国初期发展阶段（20世纪50—70年代)
20 世纪 50—70 年代，随着国民经济的恢复和快速发展，钢产量的提高，施工机械装备的改善，人们对公路钢结构桥梁初步进行了尝试和推广应用，代表性的桥梁如南京长江大桥（公铁两用) 、四川朝阳大桥等。 据统计，该时期我国公路钢结构桥梁数量约 70 余座，可以承受汽车-13 级及以下车辆荷载的约占 84%，汽车-18 级以上车辆荷载的约占 16%，表现出该时期我国公路钢结构桥梁数量少且承载能力普遍不高的特征[3]。
1.3 改革开放前期发展阶段（20世纪80—90年代)
伴随着改革开放，20 世纪 80 年代我国开始尝试建设高速公路，相继建成了沈大、京津塘、沪宁、广佛等高速公路，标志着我国公路建设开始迈向现代化[4]。这一时期，通过学习和引进国外先进的设计建造理念，引入和总结国外技术经验，在公路工程标准化方面，交通部于 1981 年建立了我国第一个标准体系（即 JTJ 体系) ，公路工程标准规范演化为分工渐细的分类规范；1988 年，《中华人民共和国标准化法》颁布实施，规定我国标准体系分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准四级，标准又分为强制性和推荐性两类。在公路桥梁设计标准化方面，当时主要编制了混凝土桥梁的设计通用图；对于公路钢结构桥梁，我国于 1986 年发布了 JTJ 025—86《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，虽然半经验半概率的极限状态设计方法已初步应用，但钢结构桥梁主要以容许应力法设计为主。
同时期，以法国为代表的欧洲各国、日本和北美，通过组合结构桥梁技术的开发和持续创新，在中小跨径公路及铁路桥梁的建设中大量采用了组合结构钢桥[5]。在此时期，我国公路钢桥的发展主要集中于大跨径的斜拉桥和悬索桥，如 1984 年建成的拉萨河达孜桥（主跨跨径 500 m 的悬索桥) 、1989 年建成的上海南浦大桥（主跨跨径 464 m 的斜拉桥) 等。
1.4 标准化设计的初级阶段（20世纪90年代至21世纪)
20 世纪 90 年代，是我国钢桥发展历史上最快的时期，建造了许多具有代表性的公路钢结构桥梁，但依然主要集中于大跨径桥梁，比较典型的有上海卢浦大桥、南京长江二桥、西陵长江大桥、江阴长江大桥、广东虎门大桥、厦门海沧大桥、香港青马大桥等，其特点是跨度大、样式新， 绝大多数钢箱梁采用全焊接钢结构。
该时期，我国公路钢结构桥梁的设计和施工技术得到快速发展，初步形成了比较成熟的公路钢桥建造技术体系。其设计的“ 标准化“ 主要体现在：1）标准规范的制定与更新。该时期，我国加强了对公路桥梁标准规范的制定与更新，形成了一套更为统一和标准化的设计施工标准，涵盖了对材料、设计方法、荷载标准、施工技术等方面的详细规定。2）设计软件的引入与应用。随着计算机技术的发展，桥梁设计软件开始广泛应用于桥梁工程中，如 Auto- CAD、SAP 2000、MIDAS 等，这些软件大大提高了设计的效率和精确性，提高了设计的标准化水平。3）施工与设计的标准化融合。该时期，工程建设者开始注重将设计标准与施工实践相互结合，推动设计理念向施工现场的转移和应用。
这些措施的实施大大推动了我国公路钢结构桥梁标准化建设进程，为后续的发展奠定了坚实的基础。
1.5 标准化设计的快进阶段（20 世纪初至今)
21 世纪初至今，是我国高速公路建设发展的黄金时期，也是我国公路钢桥发展的重要增长期。一方面，桥梁结构形式不断变化，桥梁跨径不断得以提升。典型大跨径斜拉桥如苏通大桥、香港昂船洲大桥、南京三桥、南京五桥、北盘江大桥等；典型大跨径悬索桥如坝陵河大桥、南沙大桥、张靖皋长江大桥（在建) 等；典型大跨径拱桥如平南三桥、贵州德余乌江特大桥、天峨龙滩特大桥等；另一方面，在跨海通道及陆路通道工程中，钢结构桥梁由最初东海大桥的局部应用逐步演化为港珠澳大桥、厦门翔安大桥、郑州安罗黄河大桥的全面应用，这意味着除了大跨径钢结构桥梁设计建造技术有所发展外，常规跨径钢结构桥梁在该时期也实现了标准化设计和工业化的建造。
此外，该时期我国公路钢桥建造技术从设计理念、设计标准、材料技术、制造技术、结构技术及软件技术等方面均取得了显著的成效，有力推进了标准化设计建造历程，尤其在技术标准方面，因为颁布了 20 年之久的以容许应力设计方法为基础的 JTJ 025—86 已无法适应发展需求，我国于 2015 年制定并发布了以概率极限设计方法为主导的 JTG D64—2015《公路钢结构桥梁设计规范》。笔者总结近年来公路钢桥实践经验，凝练港珠澳大桥钢结构桥梁设计经验，牵头编制了我国首部 JTG / T 3911—2021、JTG / T 3912—2022《钢结构桥梁行业系列通用图集》，涵盖了工字组合梁、箱形组合梁等，并牵头编写了首部《公路常规跨径钢结构桥梁建造技术指南》，致力于推动我国公路钢桥标准化、产业化进程[6]。
2 当前我国公路钢结构桥梁标准化设计的技术特点
结合近些年来的工程实践经历，介绍近 10 年来的技术发展情况及工程实践案例。
2.1 设计建造理念的革新
随着我国公路桥梁建设的发展，其设计建造理念也随之不断发生变化和革新。早期公路桥梁建设中，受经济条件和材料限制，主要以混凝土桥梁结构为主，呈现“ 一混独大“ 的局面。伴随国家综合实力的提升和钢材产量的逐年增长，同时鉴于钢结构具有自重轻、抗震性能好、生产能耗低、环境排放少、工业化建造、绿色施工、可循环利用等优点，在全寿命周期成本上也占有优势[7] ，人们对钢结构桥梁的认识有所转变，公路桥梁建设方案的选择逐渐向钢结构桥梁倾斜，更加注重公路工程建设的可持续发展和绿色建造。
在设计理念上，钢结构桥梁的设计逐渐向标准化、模块化、装配化、信息化的方向发展；在关键技术上，加强了对基础理论、桥梁高性能钢、钢桥面板抗疲劳、钢桥面铺装及结构耐久性等方面的研究，其中，公路钢桥设计完成了从传统的容许应力法设计到基于可靠度理论的概率极限状态法设计的转变。
2.2材料技术的创新
材料技术的创新推动了钢桥朝向高强、轻质、耐腐蚀、高性能方向的发展[8] ，我国桥梁钢历经了“ 低碳钢—低合金钢—高强度钢—高性能钢“ 的发展轨迹，从最初只有 A3 和 16Mn 两个牌号的结构钢，依次经历 Q345q 钢 （16Mnq 低 合 金 钢) 、 Q370q钢 （14MnNbq 钢) 、Q420q 钢、Q500q 等桥梁钢。 早期我国公路钢桥材料应用上存在认识误区，长期徘徊在 A3 和 16Mn 的选择上，现阶段国内公路钢结构桥梁普遍采用 Q345、Q370 和 Q420 级钢材，其中，笔者一直推荐公路钢结构桥梁钢材选择“ q“ 钢系列即 Q345q、Q370q 和 Q420q 级等桥梁钢，究其原因是后者在可靠性、动载性、抗疲劳、耐久性等方面，更加符合公路钢桥使用需求。
随着公路钢桥设计和制造的要求越来越高，桥梁用钢的强度等级不断提高（钢材屈服强度可达 690 MPa，甚至更高) ，韧性指标不断提高（- 40 ℃ 时冲击吸收能量不小于 120 J) ，钢板焊接性能和厚板抗层状撕裂性能不断提升，钢铁冶炼和轧钢技术水平及装备能力不断改善（如采用低碳、微合金配方，TMCP 或 TMCP +回火工艺轧制开发新型高性能桥梁钢) 等。
此外，耐候钢在我国也得到一定范围的推广，从最初的 NH35q 桥梁用耐候钢发展到 Q345qENH 钢 （沈阳后丁香大桥， 我国第一座耐候钢公路桥) ，再到高韧性高耐候 Q420qFNH 钢（中俄黑龙江公路大桥)。在此过程中，考虑到目前国内公路桥梁用耐候钢技术标准的欠缺，笔者于 2020 年牵头开展并编制了公路行业首部耐候钢标准 T / CHTS 20013— 2021《公路桥梁用耐候钢》，以期推动耐候钢的推广与应用。
2.3 结构技术的创新
大跨径公路钢结构桥梁伴随技术的发展，其结构形式变化丰富，如笔者主持设计的港珠澳大桥青州航道桥采用“ 中国结“形式的钢结构横撑，既美观且力流传递流畅；又如港珠澳大桥江海直达船航道桥“ 海豚“ 形式的钢结构桥塔，打造了大湾区地标性建筑，并首次实现了钢结构桥塔的整体制造与整体安装[9]。钢结构桥梁结构形式的不断变化，实现了设计者对桥梁建筑景观、结构与艺术融合的追求，不仅能适应钢桥工业化建造，还能满足钢桥复杂受力及综合性能不断提升的需求；总之，重大钢桥的钢结构形式可以更加丰富多彩。
需要指出的是，对于常规跨径钢结构桥梁，由于其数量大但自身规模小，设计者重视程度相对较低，因此结构技术的发展相对缓慢，全国各地设计水准良莠不齐。桥梁钢结构技术的创新与发展，必须同材料技术、装备技术、建造技术、施工技术等相结合才能彰显其价值；鉴于此，笔者牵头研发的交通运输部行业标准——《装配化工字组合梁、箱形组合梁系列通用图》，采用了多项创新的设计技术，使结构主要组成构件全部采用标准化、模块化、工厂化，同时在建造技术、结构构造、抗疲劳、耐久性、运输方式及连接方式上，均具有突破性发展。 笔者认为常规跨径钢结构桥梁发展方向是采用高质量的标准化设计，实施集约化的工业化建造模式，这是必由之路和高质量之路。
2.4 BIM 技术的应用
BIM 技术即建筑信息模型技术，是一项现代建筑工程中的革命性技术。它如同时间机器，可以让我们在设计阶段就预见建筑物在未来各个阶段的模样；它又如智慧之眼，不仅能够看到建筑的外形，还能洞察其内在的每一个细节。简言之，BIM 技术具有全生命周期管理、可视化设计、精确模拟和数据整合等特点。
通过应用 BIM 技术，可以更加直观展示钢结构桥梁的设计方案；建立标准化的钢结构构件库，提高设计效率；精准统计工程量，如钢材的种类、数量、尺寸等信息；并可对施工过程进行真实模拟，如施工顺序和工艺流程，减少施工中的不确定性和风险；通过数字化实现信息的集成与共享，各专业之间在同一平台上协同工作。但当前 BIM 技术应用的痛点在于如何更好地实现 BIM 正向设计、数字化制造、全生命周期 BIM 技术的一体化应用。
2.5 标准化、工业化建造技术
“ 标准化“ 与“ 工业化“ 两者相辅相成，“ 标准化“ 是“ 工业化“ 的基础，“ 工业化“ 是“ 标准化“ 的发展目标。标准化的设计理念与工业化的生产方式相结合，使结构构件可以在工厂内按照标准化的设计进行大规模流水线生产，然后运输至施工现场进行装配化施工。常规跨径钢桥、重大钢桥均应该推进 “ 标准化“”“ 工业化“ 设计建造模式，这种模式不仅提高了生产效率，还能保证设计建造质量的一致性，是高质量发展的必由之路。近年来，我国重大公路桥梁工程，如港珠澳大桥、厦门翔安大桥、郑州安罗黄河大桥等，通过采用标准化设计技术，实现了超长跨海、跨江、跨河钢结构桥梁的工业化、高质量建造。
3 工程实践案例
笔者从事公路桥梁勘察设计与研究已有 40 余年，先后主持了港珠澳大桥、厦门海沧大桥、厦门翔安大桥、南京长江三桥、青岛胶州湾跨海大桥、钱塘江嘉绍大桥、郑州安罗黄河大桥等 20 余座特大型桥梁的设计与研究，有幸置身其中并见证了我国公路钢结构桥梁的技术进步与发展。当前，正在牵头开展厦门第三东通道跨海大桥的设计与研究工作。故本文以笔者主持的工程为案例，介绍我国钢结构桥梁建设的标准化发展。
3.1 港珠澳大桥
笔者主持设计的港珠澳大桥海中主体工程长约29. 6 km，主体工程桥梁工程全长 22. 9 km，是目前世界上最长的跨海钢结构桥梁，用钢量达 42 万 t。港珠澳大桥与以往跨海大桥的重要区别在于，在大桥的设计及施工中全面深入贯彻了“ 大型化、工厂化、标准化、装配化“ 的工业化建设理念，树立了行业标杆[10] （图 2)。
图 2 港珠澳大桥跨海桥梁集群工程工业化建造
该桥为非通航孔桥，设计采用了标准化的 110 m 等跨径等梁高连续钢箱梁桥和标准化的 85 m等跨径等梁高的组合箱形结构桥梁；钢箱梁采用标准化的大悬臂单箱双室结构（图 3），组合梁采用标准化的分幅单箱单室结构（图 4)。
图 3 港珠澳大桥钢箱梁横断面示意
图4 港珠澳大桥组合梁横断面示意
结构技术方面，钢箱梁大悬臂长 5.675 m，根部梁高 1.45 m，端部梁高 0.52 m，钢箱梁主体结构采用 Q345qD 及 Q420qD 低合金钢钢材，与传统的全封闭断面钢箱梁相比，该种结构形式可以节省钢材用量，减轻自重及降低工程造价。为提高正交异性钢桥面板抗疲劳性能及钢桥面铺装工作性能，笔者提出钢桥面板厚度最小为 18 mm[11] ，并提出钢桥面板抗疲劳的细部构造及要求（图 5)。同时，为规避现场施工过程中钢桥面板仰焊作业， 提倡并采用“ 栓-焊结合“的形式进行钢梁节段的工厂和现场连接。对于组合梁，为改善横向受力性能，在组合梁中心线处设置了小纵梁。
图 5 钢桥面板组装、焊接、细部处理要求 mm
钢桥制造技术方面， 港珠澳大桥在我国首次建立了世界先进的钢箱梁板单元自动化生产线， 全面实现工厂化作业，广泛使用机械自动化设备、采用计算机辅助制造技术、世界先进的电弧跟踪自动焊技术、反变形船位施焊技术、U 形加劲肋焊缝相控阵超声波检测技术及信息化质量控制手段， 大幅度提升了我国钢箱梁制造质量水平， 推动并升级了我国钢桥制造行业的发展。
3.2 厦门翔安大桥
笔者主持设计的厦门翔安大桥总长约12. 2 km，其中跨海段钢结构桥梁全长约 3. 27 km。主桥采用 2 × 90 m+2 × 150 m+2 × 90 m 的标准联形式，引桥的桥型布置采用 4 × 90 m 和 5 × 90 m 的标准联形式，如图 6 所示。
图 6 厦门翔安大桥海中段桥梁布置示意
该桥与港珠澳大桥相比，其相同之处在于，工程建设采用港珠澳大桥提出的“ 大型化、工厂化、标准化、装配化“ 的工业化建设理念；不同之处在于，设计采用双向八车道，钢桥面设计宽度更宽（标准联桥面宽度为 37 m，变宽段桥宽范围为 37 ~ 50. 356 m)，对结构的受力、变形、稳定及动态响应提出了更高的要求。为更好地解决正交异性钢桥面板抗疲劳问题，该桥在港珠澳大桥基础上，首次提出并采用热轧变厚度 U 形加劲肋技术，即通过将热轧变厚度 U 形加劲肋结构与 U 形加劲肋自动化内焊技术（图 7) 进行融合应用，并采用双面熔透焊方式，有效保障钢桥面的抗疲劳性能。其钢箱梁的安装与港珠澳大桥一脉相承，采用大型浮吊现场标准化施工作业，如图 8所示。
图 7 厦门翔安大桥钢箱梁 U 肋自动化内焊
图 8 厦门翔安大桥钢箱梁标准化安装作业
3.3 贵州都安高速公路桥梁
贵州都匀至安顺高速公路（简称“ 贵州都安高速“）是贵州省高速公路网的重要组成部分。由于山区地形地质条件、气象条件复杂，相较于传统的混凝土桥梁，钢结构桥梁可以采用标准化设计和施工及工厂化制造构件，所以能显著缩短施工周期、保证施工质量、保障施工安全。
因此，该公路工程大规模采用了笔者研究团队提出的装配化工字组合梁和装配化箱形组合梁结构。其中，工字组合梁涵盖了 30、40 和 50 m 三种跨径；箱形组合梁涵盖了 50 m 和 80 m 两种跨径。
研究提出的工字组合梁结构，桥面全宽 26 m，半幅采用 3 片梁结构，梁高 2. 8 m，高跨比约为 1 / 18；混 凝 土 桥 面 板 宽 12. 75 m，预 制 桥 面 板 厚0. 25 m；工字形钢主梁高 2. 5 m，钢主梁中心间距5. 1 m，主要由上翼缘板、腹板、腹板加劲肋、底板及横肋组成，采用工厂分节段预制，节段间采用高强螺栓工地现场连接；钢梁采用高性能钢材，即钢主梁各部受力构件均采用 Q500qD 钢材。该工字组合梁模块化结构如图 9 所示；工程实践应用如图 10 所示。
图 9 标准化模块化设计的工字组合梁结构
图 10 贵州都安高速 50 m 跨径标准化工字组合梁结构应用
研究提出的装配化箱形组合梁采用“ 开口钢箱梁+混凝土桥面板“ 的分幅组合结构，梁总高 2.4 m，高跨比约 1 / 21，钢主梁主要由上翼缘板、斜腹板、腹板加劲肋、底板、底板加劲肋、横隔板及横肋组成，单片钢梁腹板中心间距 2.8 m， 两片钢梁中心间距7.4 m，中间设置小纵梁[12]。该箱形组合梁模块化结构如图 11 所示；工程实践应用如图 12 所示。
图 11 标准化模块化设计的箱形组合梁结构
图 12 贵州都安高速 80 m 跨径标准化箱形组合梁结构应用
3.4 郑州安罗黄河公路大桥
笔者主持设计的河南安阳至罗山高速公路（简称“ 河南安罗高速“），路线全长 21. 66 km，其中黄河特大桥长 15. 22 km， 是目前黄河上最长、内陆地区钢结构用量最多的公路桥梁。 该桥建设条件具有工程地质条件复杂、河势条件复杂（属游荡性河道) 、地震烈度高（设防烈度Ⅶ 度) 、环保要求高（穿越黄河湿地保护区) 、施工受限多（地处黄河滩地且不通航) 等特点。 为此，笔者在该项目中推行了轻型化、标准化、工厂化、装配化的陆路桥梁集群工程的工业化设计建造理念。
对于南北堤内约 9. 25 km 的大规模引桥工程，依旧推行采用 50 m 跨径标准化的工字组合梁结构，构件均采用陆路运输，采用架桥机整孔架设工法，如图 13 所示。
图 13 郑州安罗黄河公路大桥 50 m 跨径标准化工字组合梁结构应用
为打造黄河地区地标性桥梁建筑，设计时将结构与艺术融合， 提出“ 中国樽“ 造型的组合结构桥塔，寓意“ 礼敬黄河， 礼献中原“。 在国内首次采用了钢壳无筋组合结构桥塔，由于无竖向纵筋，大幅减少了现场钢筋接头， 提升了工效， 实现了桥塔快速化、工业化、 高质量建造。 桥塔结构形式如图 14所示。
图 14 郑州安罗黄河公路大桥组合结构桥塔
4 热轧变厚度 U 肋抗疲劳钢桥面板
正交异性钢桥面板的疲劳问题一直是困扰其应用和发展的关键技术问题， 针对目前常见的钢桥面板与 U 肋焊接疲劳开裂难题，笔者研究团队通过对热轧 U 形加劲肋新型结构形式进行深入研究，提出了热轧变厚度 U 肋抗疲劳钢桥面板结构形式，即变厚度 U 形加劲肋采用钢坯直接热轧成型，U 肋与钢桥面板间配合采用自动化内焊技术及双面熔透焊方式焊接[13]。
该种结构的优点在于，免去先轧制成钢板再进行冷弯的工序，节省制造成本； 同时， 由于采用热轧成型的方式，其弯折处没有弯曲残余应力，且能实现 U 形肋不同部位采用变厚度成型。 热轧变厚度 U肋及结构形式如图 15 所示。 经过试验研究，笔者认为采用热轧变厚度 U 肋抗疲劳钢桥面板结构和不小于 12 ~ 16 mm 厚度 U 肋、不小于 18 mm 厚度桥面板、不小于 Q420qD 钢材、双面熔透焊缝， 基本可以解决公路桥梁正交异性钢桥面板的抗疲劳问题； 长期以来，正交异性钢桥面板的疲劳问题没有得到解决，主要是工程界仅关注机理研究、理论研究， 而对高强度桥钢、板材的厚度、超载计算、高应力控制、双面熔透焊、非火工矫正、高品质制造等方面的认知不足所致。
图 15 研究提出的热轧变厚度 U 肋及结构形式 mm
5 装配化钢结构桥梁系列通用图
标准化设计是实现工厂化制造的前提，能够有效控制工程质量和建造成本，为构件的系列化、通用化奠定基础。新结构、新材料、新工艺、新设备的发展，有力地促进了标准化技术的发展与进步。针对国内公路钢桥行业标准图欠缺的困境，笔者完成港珠澳大桥设计后，带领研究团队自 2017 年起开展常规跨径钢桥通用图的研发工作，以期研发编制的通用图能够代表行业发展的先进技术，践行高质量发展要求，技术水平与欧美先进水平接轨。
经过多年的努力，主编的我国首部钢结构桥梁行业推荐性标准图集 JTG/T 3911—2021《 装配化工字组合梁钢桥通用图》于 2021 年 12 月由交通运输部正式发布；主编的我国钢结构桥梁行业推荐性标准图集 JTG/T 3912—2022《装配化箱形组合梁钢桥通用图》于 2022 年 11 月由交通运输部正式发布；上述 30、40、50、60 m 跨径和四车道、六车道共计 16 部通用图集为我国公路常规跨径钢结构桥梁的标准化发展奠定了技术基础。
该系列钢桥通用图是以“ 高端、安全、耐久、美观“ 的原则研发编制的， 具有“ BIM 技术融合、非预应力、高性能材料、工厂化制造、水陆模块运输、无模化浇筑、装配化施工“ 等技术特点，具体如表1所示。
表 1 装配化钢结构桥梁通用图技术特点
目前，该系列通用图已推广应用于贵州都安高速、福建蒲炎高速、河南安罗高速等诸多重大工程项目，该系列通用图的编制及推广应用，将加速推动我国公路钢结构桥梁的“标准化设计、工厂化制造、装配化施工、信息化管理“。
6 存在问题与挑战
诚然，我国公路大跨径钢结构桥梁的技术水平虽有大幅提升，但在推进量大面广的公路常规跨径钢结构桥梁标准化建设进程中， 我们仍面临着许多问题和挑战，主要体现在：
1）”混凝土独大“ 惯性方面。各省区市的地方设计咨询企业还需要一定的时间提高公路常规跨径钢结构桥梁的技术观念和水平，混凝土独大的“ 惯性“ 仍然较大，还需要一定的“ 刹车“ 时间，我国公路常规跨径钢结构桥梁标准化、工业化、产业化发展才刚刚起步，任重道远。
2）钢结构桥梁建造成本方面。一方面，公路常规跨径钢结构桥梁的初期建设成本较高，主要体现在钢材成本较混凝土材料成本高；另一方面，公路常规跨径钢结构桥梁的建造规模总体还偏小，产业化、规模化和集约化建造效益的优势还未显现。
3）工业化、产业化建造方面。传统施工方式及方法依然占主导地位，公路常规跨径钢结构桥梁技术普及率相对较低，工业化、产业化建造技术比较薄弱。
4）区域水平差异方面。全国各省区市技术水平差异较大，存在诸多地方性公路常规跨径钢结构桥梁标准图集，但技术水平良莠不齐；各省区市对公路常规跨径钢结构桥梁推广应用及标准化认识参差不齐，导致推广力度、 推广模式及建造理念差异较大。
5）行业技术标准方面。各省区市存在公路常规跨径钢结构桥梁技术壁垒和自主发展趋势，标准融合和互认难度较大，全国大市场建设尚需时日；国家级和行业级标准的推广面临执行力度不足、认知度不高等问题，影响了公路钢桥的标准化建设。
6）大市场建设需加快推进。近些年，国家在高质量发展过程中倡导推进全国大市场建设，全国大市场、大产业建设首先要遵循统一的行业技术标准，可借鉴欧美日等发达国家在公路常规跨径钢结构桥梁统一技术标准、大市场建设方面的做法；高质量发展首先要构建高质量的技术标准，淘汰落后、倡导先进、高水平标准化、高质量工业化建造是我国公路钢桥发展的必由之路。
从总体上看，我国公路常规跨径钢结构桥梁标准化设计建造在成本、环保、工业化、产业化、区域水平差异和构建高质量的统一技术标准等方面还面临诸多挑战，未来前行道路“ 任重而道远“。
7 发展趋势与展望
我国公路常规跨径钢结构桥梁在全行业总体上，其标准化、工厂化、机械化和产业化水平还不高，急需摆脱高投入、高消耗、高污染的粗放式建设模式，应避免混凝土桥梁早期“ 自由“ 发展的经验教训。 展望未来，笔者认为我国公路常规跨径钢结构桥梁必将朝向标准化、装配化、高性能、信息化和智能化方向发展，具体而言：
1）我国公路常规跨径钢结构桥梁行业标准图以技术标准、设计规范为基础， 是对成熟的、先进的工程技术、实践经验的总结，未来将随着工程技术和工程建设需要不断革新与完善。
2）钢材性能是钢结构桥梁性能的源头，提升冶炼技术是保证钢材合格率的重中之重。对此，未来我国桥梁用钢将朝着超高强、高耐候、高韧性等方向发展。
3）智能制造技术及装备的研发，是我国桥梁提升工业化、产业化水平的关键，是钢桥品质的保障，未来将随着技术水平的发展进一步升级与完善。
4）高质量制造、现场高效安装、高精度控制技术及装备的研发，将进一步降低建设成本，保障工程安全，发挥钢桥装配化、速度快、适应性强、对环境影响小、工业化水平高等优势。
5）随着新发展理念深入推进，生态环境与交通建设一体化推进，混凝土材料价格也将日益上涨，常规跨径钢结构桥梁必将部分取代混凝土桥梁；钢结构桥梁的优势是总体结构性能优越、全寿命周期成本低和耐久性好，这更需要建立“ 建养并重“ 理念，研发智能化管养技术及装备，保障钢桥运营品质。
6）当前世界已处于人工智能的快进时代，钢结构桥梁探索人工智能技术的融合应用也势在必行未来还将迈入通用人工智能时代，探索并应用自然语言处理模型，将其与结构设计、结构仿真分析、施工方案论证、工程管理及监测检测等方面相互融合，从而形成新质生产力，将推动我国公路钢桥建设迈向智能化新时代。
来源：钢结构 微信公众号
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