布格林斯基大桥——新西伯利亚新的交通枢纽
2015 年，圣彼得堡的 Stroyproekt 研究所提交了布格林斯基大桥项目。该项目在 NOPRIZ 最佳工程和交通基础设施项目类别中，赢得了最佳创新项目专业竞赛。这是新西伯利亚市鄂毕河上的第三座大桥，且已成功运营近两年。此桥的独特之处在于拱桥跨度的规模以及其安装方法的创新。
奥沃西比尔斯克是俄罗斯人口处于第三位的大城市，同时还是西伯利亚重要的工业中心、科学中心以及交通中心。若算上郊区跨度50米拱形钢结构，整个城市的总人口大概有 160 万。新西伯利亚是跨西伯利亚国际欧亚运输走廊中规模最大的运输和中转枢纽。新西伯利亚市具有战略重要性，所以市政府制定了直至 2030 年的总体发展规划。此规划中包含在鄂毕河上修建新跨河大桥的项目，其中第一个项目是最近开通的布格林斯基大桥。城市总体规划确定了跨河大桥的规划位置及其边界。大桥全长 2.09 公里，具备六条车道和两条人行道。该段奥布河道宽约 550 米。地质条件由三种不同的工程地质构造所决定。其一为泥盆纪的页岩和砂岩沉积。其二是被上古生代花岗岩侵入所打破的这部分。河床上存在一条地震断层带。在这一区域，于 90 米处无法找到具有足够强度和变形特性的土壤。而在断层区的边缘，坚固岩石的顶面与水平面的倾角达到了 50°。
解决方案中最安全可靠的是把地基放在断裂处的陡峭落石区之外，要建造一座主跨大概 380 米的桥梁。所以，地质条件对主跨的长度起到了决定作用。另外，通航条件要求通航净空为 160 米，高度为 15 米。当时有两种主跨设计方案被考虑，分别是拱桥和斜拉桥。第一种方案打算用 380 米长的拱形跨度，在拱形跨度的引桥处，钢筋混凝土跨度约为 105 米；第二种方案是斜拉桥，主跨 380 米，边跨 170 米，在斜拉跨度的引桥处，钢筋混凝土跨度约为 105 米。所以，380 米长的拱形跨度被选定为最经济的方案。虽然跨度很大，但是拱形变体在给定断面内很适合奥布河的广阔范围。此外，新西伯利亚的建筑中，拱形较为普遍，那里现存的许多桥梁为拱形跨度。新西伯利亚市的市徽上能看到一座连接两岸的拱形桥。所以，所选择的方案具有与城市历史紧密相关的象征意义。
拱桥设计
该桥的主跨打算采用网状拱桥，不采用传统的垂直吊杆。传统的垂直吊杆是最常见的下承式拱桥类型。传统的底部拱桥设计对各种不等和不对称的临时荷载很敏感。这些临时荷载会使拱肋顶部和桁架构件产生很大的弯矩。吊杆上的巨大力差也会引发疲劳问题。这些因素表明承重构件需有较大横截面，这使得桥梁总材料消耗增加，进而导致架设构件重量增大。倾斜吊杆能缓解这些状况，而解决这些问题最有效的办法是使用倾斜的相交吊杆，这种结构被称作网状拱桥。大桥的拱结构高度为 72.7 米，其高度与跨度的比例约为 1:5，吊杆数量为 156 根。还有两条人行道，每条宽 1.5 米。
行车道采用的是正交异性钢桥面。在行车道的横截面中，存在两根箱形主梁以及两根工字形主梁。箱形主梁的壁板具有 12°的倾斜度，其目的是为了能够与拱肋相连接。主梁的下弦与上弦是通过焊接的方式连接在一起的，而梁壁则是使用高强度螺栓进行连接。车行道的主要承重构件是间距为 15 米的工字钢。这些梁的梁壁高度有所不同，其中一处为 1.85 米，该位置与箱形主梁相连接；另一处为 2.54 米，位于车行道轴线上。在这些不同高度的梁之间，设置了横梁，其高度为 680 毫米，间距是 3 米。U 肋的高度是 180 毫米，是由 8 毫米厚的钢材制作而成的。风撑 5 和 6 采用的是箱形横梁。拱肋拱顶的横截面宽度是 2 米，高度为 3.9 米。拱顶横截面壁的厚度在拱顶和拱脚接合处，从 32 毫米到 40 毫米不等。拱肋拼接板的厚度是 32 毫米。
拱肋预制件之间通过螺栓连接且为法兰形式，在拱顶推力期间才需使用法兰片上安装的螺栓。由于拱肋厚度为 32 毫米，完成整个拱肋的连接需 40000 多个螺栓以及约 100 吨法兰片。
然而，仅依靠法兰连接无法完成拱肋装配。拱形拱顶在推力作用下会产生很大弯矩。所以必须安装垫片来连接其上下弦。因此，拱形拱顶弦杆的连接部位使用了成对的垫片。拱形拱顶借助纵向支撑弦杆连接在一起。
拱门横撑的横截面是 1.0 米乘以 1.2 米；其他风撑的横截面为 800 平方毫米；弦杆和撑壁的厚度是 20 毫米。拉杆的连接处是用螺栓焊接的。弦杆通过焊接连接，墙壁通过螺栓连接。拱肋拱顶的结构是半径为 300 米的圆形曲线；拱肋由 10 米长的块体组成。用于连接拱顶和跨度结构的锚点间距为 10 米，吊杆倾斜角度为 60°。这个角度是经过多次反复计算后才确定下来的，并且是根据一个标准进行选择的。这个标准就是：在临时荷载的任何位置，拱顶的弯矩都要达到最小。因为吊杆索到达拱顶的角度是一个恒定的值，所以能够统一锚点的设计。另外，85%的拱顶在内部布局方面是相同的，唯一的不同之处在于需要设计与风撑的装配接头。
被动锚点在加劲梁上，主动锚（张拉端）在拱顶上。梁上的锚固单元是铰接的。因为在斜拉索安装时，锚固结构的旋转角度超出了允许值（±0.3°）。吊杆安装在设计位置时，既发生了拱形拱顶的变形，又发生了“拉紧”的变形。
在桥梁施工开始之前，进行了多项计算。这些计算大部分与安装阶段相关。包括加劲梁纵向滑动的计算；还有风洞试验；以及滑动拱形拱顶的计算；要计算拱形拱顶合拢以收紧和随后降低临时支撑的情况；要计算吊杆元件的安装顺序；还有特殊辅助结构及装置的计算以及运行计算。
组装工作
网拱的主要优势在于能够降低材料成本。不过，任何拱桥都存在弱点，那就是其组装过程，相较于传统拱桥，网状拱桥的施工更为困难。在这种情形下，拱桥是在现场进行组装和安装的。其一，要将构成拱形支撑的主梁与拱形结构分开，接着在临时支撑上进行滑动，之后再从支撑的两端沿着主跨方向推动拱形拱顶。加劲梁的安装涉及到两种跨度的组合梁的纵向推力，一种是拱跨 5 - 6，另一种是相邻跨 1 - 5。在临时结构的安装时间和材料强度方面，考虑了多种拱形拱顶安装方案，包括用浮船运输后吊装到设计位置，用桁架升降机安装拱形拱顶，还有拱形拱顶推力，以及用安装在 5 号和 6 号支撑上的塔架安装拱形拱顶。经过比较，最终采用了垂直 - 径向推力法。顶推是在半径为 300 米的垂直圆曲线上开展的。据悉，这种顶推在世界范围内是首次进行的。
工程成本分析的依据在于，此方案所需的辅助钢结构数量为最少，且施工时间较短。拱形拱顶的推力具有一些特殊性，这决定了工程的主要要求。其一，拱形拱顶在平面图上的构造较为多变，这表明拱顶轴线之间的距离在顶推开始时是 3.8 米，而在顶推结束时变为 26 米。其二跨度50米拱形钢结构，临时支撑的高度很高，要在临时支撑上进行顶推。存在一条垂直环形曲线，这是第三个特征。推力线与拉紧面的倾斜角为 36°。拱形拱顶总长度为 412 米，它使用 36 米长的超前梁从主梁两侧向拱顶中心推进。叠加的半拱的最大控制台长度为 76 米。整个推进过程包含 19 个阶段。有两次技术停顿：一次是在支腿支撑在中间临时支撑上之后，拆除了最外侧的临时支撑；另一次是在拱顶前移块支撑在中央临时支撑上之后，拆除了支腿。最后一个阶段是合拢拱顶组件，之后拆除支撑块并拧紧拱顶。
装有运输小车的导向架用于在推力作用下支撑大型砌块，且位于滑道的跨度上。导向架在无负载时可横跨桥梁轴线移动。上部结构中，导向架的纵向位置由其自身的止动器来固定。止动器的力会传递到滑道梁上。有四个千斤顶作为推动装置，每个千斤顶的起重能力为 300 吨，且每个梁轴有两个千斤顶。在组装好的拱顶部分移动时，纵向力被千斤顶自身的挡块和运输小车所吸收。大梁每个轴上的推力最大能达到 390 吨，运输小车只是沿着桥梁的轴线进行移动，横向挡块的存在使得不会有横向位移。
临时推力支撑被安装在张紧系统上，并且通过拉杆得以固定。所有的临时支架都配备了滚动轨道，这样就能实现可变拱顶推力。在每一个临时支架上，都准备好了一套高度可以变化的滑块，其滑块表面的摩擦系数为 0.07。拱顶在持续的大地测量控制之下进行推移以及组装。在拱顶块经过中央临时支撑的滚动路径之后，支腿块被拆除。在顶升期间，借助 Dywidag 杆件固定拱顶，并且还利用它重新装载千斤顶以及连接砌块。因为半梁的结构具有多种变化，所以不能通过侧挡板来调整结构在临时支撑上计划推力的位置。要确保推力梁设计位置的唯一办法是对滑道上的顶力进行调整，而顶力是由计算机控制的。在施工期间，对临时支撑的垂直度进行了大地测量方面的控制。同时，也对临时支撑的受力以及拉索的受力进行了控制。顶推完成后，要拆除临时结构。同时，需要安装吊杆。因为临时支撑和滑道给这一过程带来了困难，所以所有吊杆被分成了三组来进行张拉。一组是需要临时支撑的吊杆；一组是只能在部分拆除中央临时支撑后才能安装的吊杆；还有一组是只能在完全拆除中央临时支撑和滑道后才能安装的吊杆。
吊杆的安装是分批进行的，并且要拆除临时结构，所以难以找到最佳的吊杆安装顺序，也难以计算所有的安装状态。在计算拉索结构时，寻找吊杆元件安装的合理顺序是很困难的任务之一。工程师们借助离散优化方法，找到了既符合吊杆系统供应商所有设计标准，又符合总承包商进度要求的吊杆安装顺序。吊杆系统安装完毕后，车行道铺设了沥青混凝土。接着计算吊杆张拉力的最终精确调整，以获取跨度的设计轮廓，同时将实际吊杆与设计值的偏差降到最低。计算运用非线性数学编程方法。之后，吊杆系统安装公司的专家们在很短时间内完成了吊杆的提取工作。同时，在拱桥处安装了装饰元素，并且在吊杆系统交接处也安装了装饰元素，这些装饰元素为大桥增添了新的建筑风格。
布格林斯基大桥成为城市的地标之一，它在高度和视野方面占据主导地位。大桥两侧广袤的土地，其中包括毗邻布格林斯基丛林园、岛屿和海滩等休闲区的部分，也多了一个重心点。2014 年 10 月，新西伯利亚布格林斯基大桥投入使用，吸引了众多专家和贵宾的热情评论。所有专家都指出了这座创纪录大桥的独特性以及它的战略重要性。新西伯利亚市市长办公室道路建设部下令建造了这座大型基础设施。总设计师是 JSC Institute Stroyproekt，总承包商是 JSC Sibmost。目前，新西伯利亚市政府正准备开展第四座鄂毕河大桥项目。Stroyproekt 公司在该桥的公开设计竞赛中取得了胜利。
