用创新推动铁路桥梁事业新发展——中铁二院土建一院桥梁所何庭国创新团队

2016-02-25

新中国成立以来，中国铁路桥梁建设者从抢修、维修德、俄、美、日、法等国家在中国各铁路线上建造的标准不等的桥梁开始，不断研究桥梁设计理论，于1956年制成第一孔预应力混凝土梁，在前苏联专家的帮助下于1957年建成了武汉长江大桥刚椼梁桥，到20世纪末，中国桥梁设计走过了强度、抗裂性、刚度、乘坐舒适性等设计阶段，并开始研究高速铁路桥梁设计建造技术。对于大量铺设无砟轨道的高速铁路混凝土桥梁，各部位长期变形控制成为成功与否的关键，桥梁设计者总结历史经验，采取了多种控制方法。目前，我国首批建成的高速铁路已不间断地运行了四年多，为中国铁路和高速铁路桥梁的建造走出了一条自己的道路。铁路桥梁技术的安全和实用性能是关系着铁路健康、稳定发展的重要因素，它的发展密切关系到国家的政治、经济、军事和人民生产生活。何庭国及其中铁二院土建一院桥梁所创新团队，为了跨径的不断提高和结构形式的不断创新，常年钻研于桥梁工程建设的设计研究和科技创新之中。

创新团队建设与科研创新

2006年，中铁二院完成体制改革，同年5月1日正式成立土木建筑设计研究一院（简称“土建一院”）。作为中铁二院下属的综合性设计研究院，土建一院有线路、轨道、地质、路基、桥梁、水文、隧道、铁路站场及枢纽、环境岩土、地下工程、绿色景观等专业，业务范围涉及铁路、公路、地铁、城市轻轨、市政工程、轮渡码头、工程景观、工程总承包、岩土工程施工等各类工程建设领域。现有职工329人，其中教授级高工12人，高工85人，工程师161人。有中国中铁总公司及以上中青年拔尖人才5名，集团公司各类学科带头人11名，是中铁二院工程集团有限责任公司核心的生产、技术部门之一。

土建一院的核心竞争力是在艰险山区、复杂地质条件下客货共线铁路、高速铁路的综合设计能力，核心技术有高墩大跨的桥梁工程设计技术、地质复杂长大深埋隧道设计技术、高难度工点路基设计技术、新型轻型支挡及工程绿化景观设计技术、综合交通新理念的铁路枢纽技术、多种形式的无碴轨道设计技术。桥梁所是铁路桥梁结构设计的创新团队，该团队特殊结构桥梁室是团队的核心力量，拥有成员14人，近年来依靠科技创新，团队先后研究设计了一大批具有划时代意义的世界级铁路桥梁工程。

1．开展铁路悬索桥、斜拉桥的设计研究。设计建成了南广铁路（36+96+228+96+36）米桂平郁江钢桁斜拉桥。在丽香铁路上，设计采用了660米悬索桥跨越金沙江，为世界上第一座铁路专用悬索桥。两桥的设计研究，较好的解决了困扰斜拉桥、悬索桥在重载铁路上应用的刚度问题。

2．为适应山区高速铁路的需要，开展了高速铁路大跨度钢筋混凝土拱桥关键技术研究，研究设计了超大跨度的钢筋混凝土拱桥。设计建造的长沙至昆明客运专线铁路北盘江特大桥，为主跨445米的上承式钢筋混凝土拱桥。云桂线南盘江特大桥则采用了主跨416米的钢筋混凝土拱桥。两座超大跨度的钢筋混凝土拱桥均采用了钢管混凝土劲性骨架外包高性能混凝土的成拱方法。外包施工工艺采用了创新研究的“扣索辅助改善管内混凝土受力的大段外包混凝土工艺”，减少了外包混凝土分段、分环的环节，对保证结构整体受力性能和改善施工条件有长足的进步。

3．在钢拱桥的设计研究方面取得重大突破，开展了铁路大跨度上承式钢桁拱桥新技术研究。设计的大瑞线怒江特大桥为一座四线铁路桥，怒江车站设与桥上，采用490米上承式拱桥跨越怒江峡谷，承载四线铁路和双侧站台荷载，该桥位于高烈度地震带上。历经八年的潜心研究，为适应山区运输条件和架设要求，怒江桥采用了多片桁肋结构，拱圈及拱上墩、梁均采用钢结构以减轻自身重量，提高承载能力和抗震性能。由于该桥的重要性，其稳定性，竖、横向刚度，抗震、抗风性能都进行了专门研究，确保了结构的安全。

铁路悬索桥及客运专线铁路设计研究

何庭国团队系统的对铁路专用悬索桥的静、动力特性和抗风、抗震及行车性能进行了综合研究，提出了适合铁路荷载和刚度要求的悬索桥合理结构体系；综合动力特性、行车性能、风致响应对桁宽、桁高、桥塔刚度、主缆刚度、活恒比的敏感性研究，提出了铁路悬索桥纵、横、竖向刚度标准和梁体扭曲及梁端转角的控制指标；基于倒梯形主桁断面的CFD（计算流体动力学）简化模型研究，提出了一种实用的桁架主梁抗风分析模型；让铁路专用悬索桥的设计有章可循，避免了设计的盲目性。

2007年4月，结合“客运专线铁路长联大跨深水基础预应力混凝土连续梁桥关键技术研究”，团队完成了对福厦铁路乌龙江特大桥的设计和大吨位减隔震支座的设计研究。研制成功的8000吨双曲面球形减隔震支座，在已有球型支座的基础上，将其上平面摩擦副变为大半径的球面摩擦副，地震发生且水平横向力超过预定值时，大半径球面摩擦副横向即可自由滑动，利用钟摆原理延长了桥梁的自振周期，达到减震、抗震的效果；地震过后，结构自重又可形成恢复力，使支座复位，成功运用于乌龙江特大桥。所提倡的铁路桥梁减隔震技术先后在大瑞线、厦深线、长昆线、成兰线上得到了推广应用。

在南宁至钦州的高速铁路上，跨越邕江时，研究采用了（132+276+132）米连续钢桁拱结构，结构新颖，是跨度较大连续钢桁拱桥工程，也是南钦铁路最复杂的控制性工程。钢梁架设按照“边跨采用临时支墩辅助向中跨方向悬臂架设，上到主墩后采用吊索塔架辅助悬臂架设，最后中跨合龙”的总体设计顺序，并通过边墩顶落钢梁、纵移钢梁实现中跨钢梁的精确合龙。施工方法先进合理，安全可靠。

桥梁转体施工技术的推广发展和再创新

在“铁路大跨度钢管混凝土拱桥新技术研究”的项目中，何庭国作为主要参与者负责转体施工方案的研究和转体结构设计，充分结合水柏铁路北盘江大桥的建设，在桥梁转体技术上首次采用了凹面向上的钢与复合聚四氟乙烯滑片作为摩擦副的转体球铰，并于转体结构设计中创新地采用了单点扣挂整个半拱拱圈，不仅提高了球铰的承载能力和稳定性，而且极大地降低了施工控制的难度。整个项目先后获得国家科技进步二等奖、贵州省科技进步一等奖、铁道系统优秀设计一等奖、全国优秀工程设计银质奖。

而研究项目取得的成果之一转体球铰，采用了凹面向上钢球面铰，并用钢与复合聚四氟乙烯滑片作为摩擦副，提高了球铰的承载能力、稳定性和操控性，该成果发表以后，国内建设的转体桥梁多应用此项技术。

在转体施工技术上最新研究又提出了可测力转铰系统，可通过适时监测球铰各方位的受力状态判断转动体自身的平衡性，方便随时调控。目前正在开发可重复利用的转铰系统。

一座座桥梁在何庭国团队手中被描绘出来。因桥而生、缘桥而兴的土建一院创新团队，将始终争做桥梁设计行业的翘楚和企业的骄傲，在世界桥梁建设的大舞台上，展示他们勇于跨越和创新的乐章。

专家简介

何庭国，教授级高级工程师，1995年毕业于西南交通大学桥梁及地下工程系桥梁工程专业，同年起在中铁二院工作至今，先后担任特桥室总工程师，桥梁所副所长、总工程师等职务。近20年来一直致力于桥梁工程的设计研究和科技创新，严谨的学风和踏实的科研态度，使何庭国在多年的桥梁工程设计中，取得了不菲的成绩。参与了译著《钢筋混凝土桥梁抗震设计与评估》和专著《钢管混凝土拱桥实例集（二）》的编写，并以第一或第二作者在学术期刊发表了数十篇专业论文，曾获国家科技进步二等奖1项、贵州省科技进步一等奖1项、成都市科技进步一等奖1项、铁道学会科技奖3项、中国铁路工程总公司科技奖3项。获茅以升科学技术奖——铁道工程师奖，获中国中铁股份有限公司青年科技拔尖人才称号，是第十二届中国青年科技奖获奖者、第五届中国青年科技工作者协会会员、我国铁路桥梁工程建设方面有突出成就的专家。