桥梁建设杂志

桥梁建设杂志2021年第4期

• 常泰长江大桥主航道桥桥塔方案研究

  常泰长江大桥主航道桥为主跨1176m的公铁合建双塔斜拉桥，由于跨度和主梁自重均较大，该桥桥塔具有塔高、体量大、索力大、塔端锚固构造及施工较为复杂的特点。根据桥塔结构特点，开展桥塔方案、索塔锚固方案等一系列研究，创造性地提出采用钢—混混合空间钻石型桥塔（简称SCDT）和钢箱—核芯混凝土组合索塔锚固结构（简称SCAS）。空间钻石型桥塔将平面钻石形桥塔方案的中、下塔柱沿纵向分解形成框架结构，能大幅提高桥塔纵向刚度及斜拉索利用效率、极大地减小桥塔在施工和使用期可能出现的非受力方向开裂风险。钢箱—核芯混凝土组合索塔锚固结构将核芯混凝土布置在截面中性轴位置，主要用于承受上塔柱的轴向压力，外围钢箱结构承受弯矩，该锚固结构能充分发挥钢和混凝土材料的结构力学性能，且景观效果好、传力途径明确、受力合理。

• 黄茅海跨海通道总体方案及创新技术

  黄茅海跨海通道全长31.26 km，跨海段长约14.5 km，设置2座主桥跨越3条航道。2座主桥分别采用主跨2×720 m三塔斜拉桥方案和主跨700 m双塔斜拉桥方案。综合通航、建设风险和线形指标等因素，比选确定了中线“大C湾”线位方案。采用极简美学设计思想，结合台风登陆区灾害防控要求，提出了变截面独柱式桥塔+分体式钢箱梁+中央辅助索的超大跨三塔斜拉桥结构体系和关键结构，显著提升了三塔斜拉桥主梁竖向刚度，颤振临界风速达90 m/s。研发了风嘴+隔涡板组合气动控制措施，可有效抑制分体式钢箱梁的涡激振动。

• 考虑桩土作用的船桥碰撞动力性能及影响因素分析

  为了解桩土作用下船桥碰撞时桥墩的受力特性及影响因素，以南京长江三桥北主墩为背景，选取3类共5种桩土模型，采用ANSYS软件建立船桥有限元模型进行碰撞分析。研究不同桩土模型下的船桥碰撞动力性能差异、船舶航速和质量对桥墩船撞动力性能的影响，并比较采用相关经验公式和各国桥梁设计规范评估撞击力时的适用性。结果表明：当船舶航速和船舶质量较小时，3类桩土模型得到的撞击力差异不大；撞击力与船舶航速近似成线性函数关系，与船舶质量成幂函数关系；船桥碰撞动力性能随船舶航速和质量的增加而增大；经验公式与各国桥梁规范中，使用Knott公式计算撞击力较为准确，使用我国铁路桥涵设计规范会导致抗撞评估偏于不安全。

• 基于运营纵坡控制的大跨铁路和公铁合建桥竖向刚度设计方法

  为合理设计大跨铁路和公铁合建桥梁的竖向刚度，提出了一种基于运营纵坡控制的竖向刚度设计方法，该方法以保障列车安全通行、乘客乘坐舒适性为目标，选取最大牵引纵向坡度、最小溜逸纵向坡度、纵向坡度差、曲率半径以及车—桥动力响应为控制指标，对桥梁的竖向刚度进行控制，采用该方法对某公铁合建三塔斜拉桥方案进行竖向刚度设计验证。结果表明：该方法能较好地实现大跨铁路和公铁合建桥梁的竖向刚度设计，在保障结构和行车安全的前提下能够降低工程投资、提高桥梁设计的经济性。算例验证结果显示该方法的各项计算结果均满足各控制指标要求，竖向刚度合理。该方法还可根据运营纵向坡度反推合理的成桥纵向坡度和桥面线形。

• 考虑环境腐蚀的海上施工栈桥承载性能分析

  为研究环境腐蚀对波流共同作用下的海上施工栈桥承载性能的影响，以平潭海峡公铁大桥海上施工栈桥为背景，建立考虑杆件弹塑性、节点局部柔性和环境腐蚀的栈桥有限元模型，采用非线性分析方法计算栈桥在不同波流条件、不同腐蚀时间下的承载力，对其波流承载性能进行分析。结果表明：栈桥极限波流承载力随着腐蚀时间增长而减小，腐蚀时间为20年时承载力下降48%并趋于稳定；通过提出的腐蚀时间与极限承载能力的数学关系可快速获取不同影响参数下海上施工栈桥的损伤临界线，提高了评估效率；考虑腐蚀后，在相同重现期波流荷载作用下，结构损伤程度会明显加重。该栈桥在100年一遇波流作用下，服役6年内只会出现轻微损伤，服役7年后可能会出现中度损伤，11年后可能会出现严重损伤。

• 深中通道60m混凝土箱梁架设过程临时支点方案研究

  深中通道浅滩区非通航孔桥上部结构为跨度60 m的混凝土箱梁，梁面宽20~24m。由于箱梁重量大、梁面宽，2个支点受力易造成混凝土开裂，因此在箱梁施工过程中，箱梁每端横向均设置3个临时支点，对应箱梁的3道腹板。为选取合适的箱梁临时支点刚度、支点高差，建立实体有限元模型，对箱梁横向受力进行分析。结果表明：存放及吊装工况下箱梁横向应力随支点刚度比均呈先减小后增大变化趋势。存放工况下，当每端3个临时支点刚度均设为1000 kN/mm时箱梁横向拉应力最小，为0.51～0.66 MPa；各支点高差控制在±2 mm时箱梁横向拉应力最小，为0.69～0.72 MPa。吊装工况下每端边支点刚度设为1000 kN/mm、中支点刚度设为300 kN/mm时箱梁横向拉应力最小，为0.66～0.74 MPa。在此基础上拟定临时支座尺寸为900 mm（长）×900 mm（宽）×100 mm（高），刚度1000 kN/mm对应临时支座高度方向设置为40 mm钢板+60 mm橡胶垫，刚度300 kN/mm对应临时支座高度方向设置为10 mm钢板+90 mm橡胶垫。

• 拉林铁路藏木大桥施工期风速概率预测方法

  为保障大跨度桥梁在施工期间的抗风安全性，以拉林铁路藏木大桥（主跨430 m的中承式钢管混凝土拱桥）为工程背景，提出了适用于工程推广应用的风速超前概率预测方法。即采用数据驱动的变分模态分解（VMD）将原始风速进行多尺度分解，通过特征选取技术重新组合多阶分量，形成仅包括可预测信息和干扰预测精度信息的两组序列；采用ARIMA-GARCH组合模型获得确定性的风速预测结果；最后基于纯随机性检验的循环迭代方法准确获得风速序列中蕴含的不确定性信息，并采用单变量核密度估计方法得到具有概率意义的风速区间预测结果。将所述方法风速预测结果与风速实测值进行对比，结果表明：所述预测方法风速预测精度高、区间带宽窄，95%置信度的上包络值可为桥梁施工期风灾辅助决策、防灾减灾提供更为可靠的参考依据。

• 极端气候下小箱梁截面平均温度简化计算方法研究

  为准确预测混凝土小箱梁桥主梁顺桥向的温度胀缩变形，对极端气候条件下该类桥梁主梁截面平均温度计算方法进行研究。以某座混凝土小箱梁桥为背景，采用MIDAS软件建立小箱梁截面有限元模型模拟其温度场，计算极端气候条件下小箱梁截面平均温度极值。提出基于100年重现期的环境温度极值和日太阳总辐射最大值的平均温度简化计算方法（方法1）、月平均日气温极值和日太阳总辐射最大值的平均温度简化计算方法（方法2）。结果表明：建立的有限元模型能准确模拟结构实际温度场，建议采用极端气候条件下截面平均温度极值预测混凝土小箱梁桥主梁顺桥向温度胀缩变形；小箱梁截面平均温度极值与环境温度极值呈线性正相关；方法1可较精确地预测极端气候条件下小箱梁截面平均温度极值，但较复杂；为便于应用，可采用方法2，但其精度稍低于方法1。

• 多跨连续梁桥体系转换时支座反力与位移计算方法

  为方便计算多跨连续梁桥体系转换过程中的支座反力与梁体位移，提高其计算效率，基于力学基本原理，推导了适用于不同截面与节段长度的连续梁支座反力与位移计算公式。以15跨一联连续梁桥——海子湖特大桥为对象，采用有限元法对所提出的理论公式进行验证，并对该桥多次体系转换过程中支座反力与梁体位移的变化规律进行研究。结果表明：有限元模拟值与所提出的理论公式的计算值吻合较好，支座反力与梁体位移的相对误差不超过5%；支座反力主要受两侧梁节段的合龙温度影响，在截面面积相等的情况下，温度作用导致的支座反力不受后续施工过程的影响。与有限元建模计算相比，所提出的理论公式可更方便快捷地计算温度作用下连续梁的支座反力与梁体位移，便于实际施工应用。

• 节段预制桥梁架桥机协作受力及吊杆拆除方法研究

  节段预制逐跨拼装桥梁施工过程中架桥机—吊杆—主梁共同参与受力，受力状态复杂。为了解该协作体系受力情况并选择合适的吊杆拆除方法，以南昌市洪都高架桥为背景，采用有限元软件MIDAS Civil建立桥梁—架桥机的施工全过程协作模型，计算架桥机及主梁位移、吊杆力、主梁应力，分析架桥机抗弯刚度、吊杆面积对结构受力性能的影响，并对吊杆拆除方法进行研究。结果表明：预应力张拉完成后，吊杆仍存在较大拉力，主梁受力须考虑架桥机协作效应。架桥机刚度的增加能有效削弱架桥机—主梁协作受力效应；吊杆截面面积对削弱协作受力效应不明显。相比于吊杆逐对拆除法，采用架桥机整体落架法拆除吊杆时，吊杆最大拉力不超过初始吊杆力，安全性更好，且施工操作简便，因此最终采用架桥机整体落架法拆除吊杆。

• 考虑存梁期影响的节段悬拼混凝土桥徐变变形分析

  为研究存梁期对采用节段悬拼法施工的混凝土桥梁的徐变变形及施工线形的影响，以宁波舟山港北通航孔桥为背景，采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型，研究不同徐变模型对加载龄期的敏感性，对比分析实际工程箱梁节段的桥梁徐变变形和预拱度与设计值的差异。结果表明：针对节段悬拼桥梁，建议采用JTG D62—2004模型进行徐变变形分析，徐变计算中应考虑存梁期的影响；当存梁时间较长时，可以用90 d至实际存梁期平均值之间的龄期代替实际存梁期计算桥梁徐变变形；施工线形可以按设计工况的预拱度进行控制，按实际存梁期工况计算的成桥预拱度进行成桥检验，小于L/5000（L为桥梁跨度）的误差可计入成桥预拱度中。

• 大尺寸钢箱梁温湿度场分析

  为了解钢箱梁内部温度场与湿度场变化规律，以南沙大桥（原虎门二桥）工程坭洲水道桥钢箱梁为背景进行研究。考虑钢箱梁受太阳辐射、外环境气流、内部输送干燥空气（相对湿度45%）等影响，采用CFD数值模拟对昼夜不同区间下其内部温、湿度场进行分析，并与现场实测对比验证。结果表明：白昼恒温区间（14:00~17:00），钢箱梁内温度实测值与模拟值最大误差为4.1%；跨中横隔板之间相对湿度最低，通入45%干燥空气可有效避免钢箱梁腐蚀；夜晚降温区间（17:00~20:00），钢箱梁内温度实测值与模拟值最大误差为3.7%，横隔板顶部温度降幅较小，底部钢板快速降温至最低；持续通入45%的干燥空气，钢箱梁内相对湿度大于55%的区域呈跨中向两侧、自底向上扩散趋势，U肋近壁面相对湿度最高（64.7%），腐蚀风险增大。

• 超大跨径柱式塔斜拉桥结构创新与应用

  针对斜拉桥存在的结构体系发展相对滞后、实现超大跨径目标尚存在诸多困难的问题，对柱式塔斜拉桥结构进行了创新。以芜湖长江公路二桥为工程依托，提出了超大跨径斜拉桥分肢菱形柱式塔及四索面分体弧底钢箱梁新型结构，研制了同向回转拉索体系、飘浮体系斜拉桥二维阻尼约束体系，形成了超大跨径柱式塔斜拉桥成套技术。通过计算验证超大跨径柱式塔斜拉桥创新结构的可靠性和稳定性，结果表明：分肢菱形柱式塔及四索面分体弧底钢箱梁新型结构提升了整体结构的受力性能，同向回转拉索体系解决了索塔传统锚索开裂难题，二维阻尼约束体系提高了大跨度桥梁的抗风、抗震性能，实现了顺桥向、横桥向振动的协同控制。

• 郑万铁路大宁河大桥设计关键技术

  郑万铁路大宁河大桥主桥采用一跨282 m的中承式钢筋混凝土拱桥。主拱拱脚采用新型大直径斜桩＋竖桩基础，能更好地与地形地质匹配，结构更经济、更环保；主拱圈采用2个平行单箱单室拱肋，由劲性钢管混凝土骨架外包C55无收缩混凝土构成，拱圈劲性骨架采用钢管混凝土桁架拱结构，通过外包混凝土特殊分层分段方案改善拱圈各构件的内力；主梁采用钢—混连续结合梁，双纵肋形截面；桥面由预制混凝土板和现浇混凝土层两部分组成，既可以省去桥面现浇层的模板，又能加强主梁的整体性；吊杆采用Φ7 mm平行钢丝成品索；在拱肋横梁支座处设置专门研发的钢棒式阻尼器，在正常使用及地震作用下对结构进行适度约束。采用有限元法对全桥及各结构进行受力分析，结果表明：全桥满足安全及舒适性要求；主拱桩顶及承台应力分布较复杂，与普通群桩基础有很大不同；拱圈强度及裂缝宽度满足规范要求；拱圈外包混凝土、劲性骨架钢管及管内混凝土的承载能力均得到充分发挥。

• 港珠澳大桥九洲航道桥设计

  充分考虑桥址处自然条件和通航要求，港珠澳大桥九洲航道桥采用主跨268 m五跨连续斜拉桥。主梁采用钢—混组合梁，在主梁边跨侧设置变宽段，为桥塔提供布置空间，同时避免了引桥非标准设计。桥塔采用风帆造型，由竖直主塔柱和曲线副塔柱组成，采用钢—混组合结构；塔、梁间采用固结约束，桥塔处梁底不设横梁和支座；斜拉索采用竖琴形中央双索面；塔端锚固采用带有上拉杆的框架结构，以满足紧凑截面钢塔结构受力要求；梁端采用锚管穿过箱形联系横梁锚固，以便张拉。主墩基础采用行列式布置的嵌岩桩，单墩设22根直径2.2 m的钻孔桩。大桥设计寿命按120年考虑，钢结构外表面采用“环氧富锌底漆＋环氧云铁中间漆＋氟碳面漆”涂装体系，钢结构内表面采用“环氧富锌底漆＋环氧厚浆漆”涂装体系，并在主梁、桥塔内设置除湿系统。主梁采用分幅大节段吊装的方法施工，钢塔采用大节段吊装后竖向转体施工。

• 基于改进密封性能的悬索桥索夹分析与优化设计

  为改进悬索桥主缆索夹密封性能，以江苏省龙潭长江公路大桥为背景进行研究。采用ANSYS软件建立考虑主缆非线性横截面力学特性的索夹与主缆紧固作用分析有限元模型，研究索夹螺杆偏心距、索夹横截面尺寸对索夹体应力和主缆压缩变形的影响规律；并对索夹螺杆偏心距、嵌合构造及端口密封进行优化设计。结果表明：索夹体以承受面内弯拉应力为主，最大应力在圆弧段与连接耳过渡的变截面处，螺杆偏心距增加会导致索夹变截面处应力增大，增大索夹变截面处倒圆角半径使该处截面增厚，会降低索夹应力；索夹螺杆偏心距和截面尺寸对主缆横截面压缩变形影响很小。根据研究成果，将索夹螺杆孔壁到内壁间厚度由2.5 mm调整到10 mm,避免了内壁开槽孔对索夹密封性的不利影响；采用双层嵌合构造及端口搭接式环缝密闭措施，均有助于提高索夹对主缆的密封效果，有利于主缆防腐。

• 五峰山长江大桥缆索系统施工控制技术

  连镇铁路五峰山长江大桥为主跨1 092 m的公铁两用悬索桥，采用双主缆地锚式结构，其缆索系统由索鞍、主缆、索夹及吊索组成。该桥缆索系统施工过程较为复杂，为保证缆索系统施工满足验收标准的要求，对其主要参数敏感性进行分析，并开展施工精细化控制。结果表明：索鞍位置、主缆弹性模量、温度、主缆不圆度等参数均会对缆索体系的施工精度带来影响。根据施工全过程分析，在该桥缆索系统施工控制中，主索鞍共顶推11次，南、北塔累计顶推量分别为190 cm、196 cm；考虑实际钢丝直径、弹性模量和索鞍处曲线修正等，确定大桥主缆索股无应力长度为1 931.974～1 934.428 m；在主缆架设完成、紧缆后，测量实际空缆线形，按实际空缆线形对索夹位置及吊索长度进行修正。大桥缆索系统施工实测偏差结果均满足安装验收标准的要求。

• 广州明珠湾大桥主桥中跨合龙技术

  广州明珠湾大桥主桥为（96＋164＋436＋164＋96＋60） m中承式钢桁拱桥，采用双层桥面布置，主梁采用N形三主桁钢桁梁结构。主桥采用斜拉扣挂法、拱梁同步架设；中跨合龙时，拱肋与主梁分别采用“多点同步合龙”与“节点拼装合龙”法进行先拱后梁施工，以提高大桥的合龙效率。通过敏感性分析确定该桥采用26号、29号墩顶、落梁为主，竖向、横向、纵向顶拉为辅的合龙措施调整拱肋合龙口空间姿态。该桥中跨合龙施工中，在边跨采用抗倾覆压重设计，以控制大桥悬臂施工阶段由自重产生的倾覆力矩；在26号、29号墩顶支座处布置顶、落梁及纵移装置，以消除合龙口高差与转角位移，实现精准对位；在拱肋与主梁合龙口设置微调装置，以实现钢梁合龙口间距微调；在27号主墩设置顶推装置，使结构整体纵移0.085 m，实现上、下拱肋同步合龙；主梁合龙节点杆件拼装后，利用吊杆与顶拉装置调节高差与合龙口间距，实现大桥无应力精确合龙。

• 芜湖长江三桥北引桥50.2m现浇梁施工关键技

  方柯,，刘爱林

  芜湖长江三桥北引桥W3~0号墩跨度为3×50.2 m，下层铁路桥采用预应力混凝土简支箱梁（顶板宽12.2 m、底板宽5.26 m），上层公路桥采用预应力混凝土连续箱梁（顶板宽15.99 m、底板宽9.19 m），上、下层梁中心线不重合。根据该桥结构特点及桥址区地质情况，下层铁路梁采用“支架现浇＋箱梁横移”方案施工：仅在左幅公路梁正下方搭设现浇支架，先在支架上施工右幅铁路梁，然后将右幅铁路梁沿铁路墩顶横移至右幅公路梁正下方，最后在支架上施工左幅铁路梁；上层公路梁采用“支架现浇＋支架横移”方案施工：先将下层铁路梁横移至公路梁正下方，在右幅铁路梁顶搭设支架，待右幅公路梁施工后将支架整体沿铁路梁顶横移至左幅，最后在支架上施工左幅公路梁。待公路梁施工完成且支架拆除后，再将铁路梁横移至设计位置。

• 宁波三官堂大桥主桥合龙控制关键技术

  宁波三官堂大桥主桥为（160＋465＋160） m连续钢桁架桥，主梁采用2片主桁，变高N形桁式，全焊结构，一跨过江。中跨合龙段Z15节段上、下弦杆及斜腹杆长度分别约为23，26，17.5 m，合龙段重约600 t，弦杆和斜腹杆分别有8个和4个合龙口。中跨合龙段采用整体吊装、温度配切法合龙。合龙施工中，根据天气预报确定了合龙温度为9 ℃；在每根弦杆的上、下箱口分别布置3个测点，通过测量悬臂端口坐标，准确计算吊装及温度变形，得到弦杆和斜腹杆的配切长度，进行精确配切合龙；利用临时支撑体系减小吊装变形，通过上、下弦杆临时锁定装置中的拉杆和双拼I50工字钢分别抵抗温度拉力和压力，顺利完成合龙，合龙后弦杆与斜腹杆焊缝宽6～15 mm，满足要求。