桥梁建设杂志

桥梁建设杂志2021年第6期

• 牛田洋大桥主桥结构设计

  汕头牛田洋大桥主桥为公轨两用半飘浮体系双塔斜拉桥，跨径布置为（77.5+166.1+468+166.1+77.5） m。公轨分层布置，上层通行8车道公路，下层通行双线跨座式轨道。主桥采用纵、横向正交分离的减隔震约束体系。主梁采用带副桁的板桁结合钢桁梁，空间三角形桁式，桁高11 m、宽16 m，标准节间长15.1 m，采用大节段全焊制造。中跨、次边跨公路桥面采用正交异性钢桥面板，边跨公路桥面采用混凝土桥面板。塔柱采用厝角头造型，全高182.9 m，设3道横梁。塔柱基础采用哑铃形承台+大直径变截面钻孔灌注桩。斜拉索采用Φ7 mm平行钢丝索，强度等级为1 770 MPa。理论分析和试验研究表明，大桥具备良好的静、动力性能。

• 黄茅海超大跨三塔斜拉桥结构体系研究

  鲜荣，徐源庆，刘得运，李冲

  黄茅海大桥为（100+280+2×720+280+100） m超大跨独柱塔双索面三塔斜拉桥。为研究该桥合理结构体系，使大桥在活载作用下满足主梁最大挠度L/450的性能目标，通过理论和数值计算的方法分析塔-梁约束体系、边跨辅助墩数量、斜拉索布置形式等对大桥竖向刚度的影响。结果表明：中塔弹性约束+边塔阻尼约束体系是较为合理的三塔斜拉桥约束体系，黄茅海大桥最终采用该约束体系，中塔弹性约束刚度为6.5×105 kN/m，边塔阻尼系数为10 000 kN·（m/s）-0.3；边跨设置辅助墩、增设辅助索均可提升三塔斜拉桥竖向刚度，黄茅海大桥采用设置1个辅助墩和5对辅助索的方案，辅助索采用传统钢索。设置交叉索对三塔斜拉桥竖向刚度的提升很有限，且会造成斜拉索受力和施工复杂，因此该桥不建议设置交叉索。

• 亮化工程斜拉索气动特性试验研究

  郑史雄，周强，杨风帆，张宁

  为研究安装类半圆形新型亮化灯具后斜拉索的抗风稳定性，以某斜拉桥斜拉索亮化工程为背景，通过风洞静力三分力和动力试验对其驰振及涡振性能进行分析。风洞试验模型斜拉索直径与原桥保持一致，取具有代表性的75，100，120 mm 3种直径带灯具的斜拉索进行试验。根据静力三分力试验结果和Den Hartog驰振理论，计算得到3种直径带灯具的斜拉索的驰振力系数，最小驰振力系数平均值为-4.2，具备发生驰振现象的必要条件。进一步对不同风攻角及不同风向角进行动力试验，结果表明：当风攻角为90°时，直径100 mm及120 mm带灯具的斜拉索发生小振幅涡振；当风向角为20°及25°时，直径100 mm带灯具的斜拉索发生小振幅驰振，驰振风速分别为30.3 m/s和39 m/s；3种直径带灯具的斜拉索均未发生大振幅驰振及涡振现象。

• 基于配束和材料优化的连续刚构桥下挠控制技术

  为解决大跨径连续刚构桥由混凝土徐变引起的过量下挠问题，提出了基于配束和材料优化的跨中下挠控制技术，以主跨215 m大跨径PC连续刚构桥——广佛肇高速公路北江大桥为背景进行研究。采用荷载零弯矩法对该桥预应力配束方案进行优化，建立杆系有限元模型，对传统配束和零弯矩法配束2种方案下的墩顶处主梁应力分布进行分析；采用改善混凝土配合比的方法提升C60混凝土的体积稳定性，优化C60低收缩低徐变混凝土材料，并开展收缩徐变试验；通过数值模拟与现场实测相结合的方法，分析验证下挠控制技术在北江大桥中的应用效果。结果表明：相比采用传统配束方案和普通混凝土，零弯矩法配束和低收缩低徐变混凝土2种方法结合应用预计可使北江大桥10年跨中下挠下降约70.8%，跨中下挠控制效果显著。

• 悬索桥已紧固索夹螺杆轴力超声纵波测量方法

  为快速、准确测量悬索桥已紧固索夹螺杆的轴力，提出适用于该类螺杆轴力检测的超声纵波测量方法。该方法采用螺杆张拉设备将已紧固索夹螺杆张拉至设计荷载状态并测量出对应的螺杆夹持长度，根据螺杆轴力与回波声时的理论关系计算该螺杆的无应力回波声时，进而计算螺杆轴力。选用6根M52索夹螺杆并采用不同夹持长度进行MTS张拉试验，采用上述方法计算螺杆的无应力声时，并与实测值对比，结果表明：无应力回波声时计算值与实测值的最大偏差对应的轴力偏差为3.38%，两者均值偏差对应的轴力偏差为0.31%。实桥应用情况表明该法具有良好工程实用性，且在螺杆长度公差较小而要求全桥快速普检时，可采用该法得到小批量抽测螺杆的无应力回波声时均值作为无应力回波声时基准进行全桥螺杆轴力计算。

• 基于协整与卡尔曼滤波方法的悬索桥船撞事故识别

  针对传统协整方法难以对桥梁进行结构健康在线监测的情况，提出一种基于协整与卡尔曼滤波的改进方法。该方法以协整系数作为状态向量，以协整方程作为观测方程，结合卡尔曼滤波递推算法，可实现对协整系数的在线估计；根据协整系数的动态变化，判断结构的异常状况。以武汉阳逻长江公路大桥一次船撞事故为背景，基于协整与卡尔曼滤波方法分析该桥的实测挠度数据，对事故发生时刻及船撞位置进行识别。结果表明：采用协整与卡尔曼滤波方法可准确识别出船撞时刻，并根据不同测点高程协整后的统计结果可进一步识别船撞位置。

• 钢筋超高性能混凝土梁抗剪承载力及力学性能分析

  为研究钢筋超高性能混凝土（R-UHPC）梁抗剪性能及承载力，进行了不同剪跨比、钢纤维掺量、UHPC抗压强度、配箍率的R-UHPC梁抗剪试验。对比不同设计参数下试验梁的破坏形态、钢筋应力及延性性能，分析各因素对R-UHPC梁抗剪承载力的影响；基于细观理论分析纤维对R-UHPC梁抗剪性能的贡献，提出基于分项叠加法的单独考虑纤维抗剪贡献的R-UHPC梁抗剪承载力计算方法，并通过试验结果及规范计算结果对该理论方法精度进行验证。结果表明：R-UHPC梁裂缝开展得较充分，破坏时呈多缝开裂状态；随着剪跨比、钢纤维掺量、UHPC抗压强度、配箍率的增大，R-UHPC梁破坏形态由剪压破坏逐渐转为弯剪复合破坏；配箍率和纤维掺量的提高可以显著提升R-UHPC梁的延性；提出的单独考虑纤维抗剪贡献的R-UHPC梁抗剪承载力计算公式具有较好的分析精度。

• HRB400钢筋与超高性能混凝土粘结性能试验研究

  为研究锚固长度、超高性能混凝土（UHPC）保护层厚度、钢纤维掺量和钢筋直径4种参数对HRB400钢筋与UHPC粘结性能的影响，制作16组横截面尺寸为150 mm×150 mm的钢筋-UHPC锚固试件进行中心拔出试验，分析不同参数下钢筋与UHPC的粘结强度。结果表明：当锚固长度由2倍钢筋直径增加到4倍以上钢筋直径时，试件破坏模式由钢筋未屈服拔出变为钢筋屈服拔出，钢筋与UHPC的粘结强度大幅降低；钢筋保护层厚度小于2倍钢筋直径时，保护层厚度越大粘结性能越好，超过该厚度后对粘结性能基本无影响；钢纤维掺量由0增加到1.5%时，粘结强度增加，钢纤维掺量在1.5%～3.0%范围变动对粘结强度的影响可忽略不计；不同钢筋直径（16，20，25，28 mm）对粘结强度的影响差别不大。经比较，各因素对钢筋与UHPC粘结性能影响程度从大到小依次为：锚固长度、UHPC保护层厚度、钢纤维掺量和钢筋直径。

• 伍家岗长江大桥软岩隧道锚现场缩尺模型试验研究

  宜昌伍家岗长江大桥为主跨1 160 m的钢箱梁悬索桥，为了解该桥江北侧隧道锚的承载能力，在现场同类软岩中建造1∶12隧道锚缩尺模型，进行设计载荷试验、超载试验、破坏试验及流变试验研究。现场试验过程中对锚塞体模型及围岩变形量、应力等进行监测，分析锚塞体模型及围岩的受力变形特征及流变特征，并依据相似原理类推实桥隧道锚及围岩的受力变形特征及流变特征，对比实桥隧道锚数值模拟结果。结果表明：在1P缩（P缩为缩尺模型设计拉力）荷载时，左、右锚塞体模型最大变形量在0.2 mm左右，7P缩荷载时，锚塞体模型锚面最大变形量为2.36 mm；破坏试验中，隧道锚模型的超载稳定性系数为7～8；在1P缩、3.5P缩、7P缩荷载时，锚塞体模型变形、流变特征均不明显；由缩尺模型试验及数值模拟结果可推得伍家岗长江大桥江北侧隧道锚设计方案的承载能力为7P～8P（P为实桥设计拉力），大桥江北侧隧道锚方案满足工程需求。

• 基于高性能材料的超大跨混合梁斜拉桥结构性能研究

  为研究基于高性能材料的超大跨度混合梁斜拉桥的结构性能，针对主跨1 600 m的双塔双索面斜拉桥结构体系，拟定了钢拉索+钢主梁+普通混凝土桥塔（SSN）、CFRP拉索+RPC主梁+RPC桥塔（CRR）、CFRP拉索+钢-RPC混合主梁+RPC桥塔（CHR）3种不同材料的索-梁-塔组合方案。对3种方案结构的静力及抗震性能进行对比分析，并以结构整体屈曲稳定系数为主要指标研究CHR方案混合主梁钢-RPC结合面的合理位置。结果表明：3种方案斜拉桥结构的静力及抗震性能均满足要求，而CHR方案结构性能更优；结构整体屈曲稳定是控制超大跨度斜拉桥结构体系设计的主要因素之一，CHR方案可有效提高斜拉桥结构的整体屈曲稳定性；对于CHR方案，当混合主梁钢-RPC结合面设置于主跨内1/4～1/3主跨位置时，结构整体稳定性较好。

• 临猗黄河大桥组合梁负弯矩区力学性能优化措施研究

  王彬，刘来君，季建东

  山西临猗黄河大桥主桥采用（112＋14×128） m＋（14×128＋120） m连续钢箱组合梁桥，采用钢箱梁顶推到位后安装桥面板的方案施工。由于主桥联长、跨度大，为改善组合梁负弯矩区力学性能，采用MIDAS Civil 2019软件建立主桥第一联上部结构有限元模型，分别研究桥面板分批安装、支点混凝土双结合（钢箱梁上、下翼缘均结合混凝土）构造、支点升降、支点张拉体外束4种优化措施对连续组合梁负弯矩区受力性能的影响。结果表明：增大桥面板分批安装次数能明显增大跨中区域桥面板压应力；采用支点混凝土双结合构造能够降低支点负弯矩区钢箱梁下翼缘应力；采用两端到中间的顺序进行支点升降能够提高支点负弯矩区桥面板压应力储备；支点张拉体外束对负弯矩区优化效果随着混凝土收缩徐变逐渐降低。基于研究结论，该桥主桥设计采用桥面板分批安装、支点混凝土双结合构造、支点升降3种措施对负弯矩区进行优化，不采用支点张拉体外束措施。

• PC空心板梁裂缝变化抗弯足尺试验研究

  刘红义，张劲泉，周建庭，杨镇吉，姜震宇

  为了解预应力混凝土（PC）空心板梁运营期裂缝变化情况，对某服役22年PC空心板梁进行抗弯加载试验。通过弹性试验、开裂试验、重裂试验以及破坏试验，对试验梁的挠度、裂缝以及裂缝的产生、开合、延伸过程进行了分析，并采用Abaqus有限元软件对试验梁破坏试验进行了模拟。结果表明：试验梁破坏时跨中挠度约为L/47（L为计算跨度），服役22年后仍具有较好的延性和足够的强度；试验梁破坏试验随着荷载增加，在跨中底板首先出现横向裂缝，然后是腹板竖向裂缝，腹板竖向裂缝由跨中向两端依次产生，主要分布在L/4～3L/4范围内，破坏时最大竖向裂缝宽5.0 mm，未发现纵向裂缝。非线性有限元模拟结果与试验结果趋势基本一致，为服役预应力混凝土空心板梁的极限承载能力分析提供借鉴。

• 城市高架变宽预制节段梁结构设计与关键技术研究

  为对城市高架变宽预制节段梁的设计与施工提供依据，考虑设计轻型化、标准化和施工快速化的原则，比选预制节段梁不同变宽方式，分析表明“多个单箱单室+挑臂长度渐变”为6车道及以上中心城区高架桥较适合的变宽方式。以南昌市洪都大道高架桥为背景，针对该变宽方式进行箱梁结构初步设计，并提出变宽预制节段梁横向异步架设施工方法。经有限元验算，采用该变宽预制节段梁结构进行横向异步架设时各箱梁之间受力不均匀，横梁横向弯曲、扭转效应显著。进一步研究箱梁轴向刚度、横梁横向弯曲刚度及箱梁间距等参数对结构受力的影响，提出了箱梁差异化设计和结构分幅2种设计优化方式，最终采用结构横向分幅异步架设的方式解决了初始结构的受力问题。该变宽预制节段梁结构设计与施工方法在洪都大道高架桥中取得了较好的应用效果。

• 连续梁桥超大吨位减隔震支座选型与参数设计

  为给连续梁桥超大吨位减隔震支座（竖向承载力超过100 000 kN）的抗震设计提供依据，以某在建的支座竖向承载力达135 000 kN的大跨度公轨合建连续梁桥为例，采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型，通过非线性时程分析方法比选不同连续梁桥减隔震设计结构体系，并对超大吨位减隔震支座进行参数设计。结果表明：纵、横向双向减隔震支座体系适用于横桥向地震控制设计的大跨度连续梁桥，该体系中的超大吨位减隔震支座最适合采用摩擦摆减隔震支座；设计时可采用引入美国AASHTO规范中的隔震支座调整系数λ及相应的上限摩擦摆状态（UFPS）和下限摩擦摆状态（LFPS）的方法进行摩擦摆减隔震支座抗震设计控制；抗震设计中需根据不同的目标状态确定不同的控制区域范围，从而保证超大吨位减隔震支座隔震性能满足设计要求。

• 张吉怀铁路芙蓉镇酉水大桥方案比选

  张吉怀铁路于芙蓉镇采用桥梁方式跨越酉水河，酉水大桥桥址处河岸两侧坡陡谷深，呈非对称“U”形，拱桥为经济合理的桥型，跨度约300 m。结合桥址地形、地质与两岸既有道路分布，对桥式结构、拱肋形式、拱上结构进行研究比选。经综合比选，酉水大桥选择跨径292 m的非对称上承式拱桥方案，该方案与地形匹配性最好，避开了陡边坡地段，充分利用既有道路作为施工便道，工程投资最少；拱肋采用双肢钢管混凝土桁架结构，该拱肋承载力高、施工方便、景观效果好；拱上结构采用钢-混组合刚构连续梁方案，该方案充分发挥刚构整体性强、刚度大、拱上高墩结构尺寸小、施工方便等优势。拱肋及钢-混组合梁的钢结构、预制板采用缆索吊装，混凝土梁采用悬臂挂篮浇筑。

• 鳊鱼洲长江大桥北汊航道桥N15号墩超长桩施工技术

  新建京港高铁安九段鳊鱼洲长江大桥北汊航道桥为（49＋2×140＋49） m单箱六室预应力混凝土箱梁斜拉桥。桥位地质条件复杂，N15号墩下伏巨型溶腔，设计采用 15根Φ2.5 m超长桩基础，桩身穿过溶腔进入溶腔底板持力层，因岩溶复杂，成孔难度大。为确定桩底标高，掌握溶腔发育情况，指导成孔施工、研究并确定岩溶处理方案，在逐桩地质钻探基础上，对巨型溶腔进行三维地质CT物探，建立BIM三维地质模型，确定了超长桩桩底标高，其中5根桩有效桩长超过100 m，最大钻孔深度达152.15 m。施工中，采用重载钻孔平台、KTY5000大型旋转钻机、气举反循环法成孔；应用桩周预注浆稳固、护筒复打跟进、孔内抛填黏土和片石造壁、大直径高强长导管水下混凝土灌注等技术，完成了超长桩基施工。成桩后，经超声波检测发现，桩身质量优良，完整性好，全部为Ⅰ类桩。

• 珠海洪鹤大桥主桥施工关键创新技术

  珠海洪鹤大桥主桥由磨刀门水道主航道桥和洪湾水道主航道桥2座斜拉桥串联而成，2座主航道桥均为主跨500 m的双塔双索面结合梁斜拉桥。该桥水中主墩均采用Φ2.8 m钻孔灌注桩群桩基础，主梁采用钢-混结合梁结构。针对钻孔深度深、基岩倾角大且强度高等施工难点，采用了“旋挖钻＋回旋钻”的组合成孔技术，充分发挥2种钻机在不同地层的钻进性能优势，具有快速、优质、节能、环保等特点；针对超深多层串珠式溶洞成孔慢的难题，优化成孔钻头的结构形式，并利用反循环冲击钻成孔技术，不仅提高了溶洞成孔工效及成孔质量，而且有效避免了出现卡钻、偏孔等事故；针对主墩临近航道或位于浅滩区，大型船舶无法直接施工的难题，主墩墩顶区钢梁架设采用了无支架法快速架设技术，具有安全风险低、成本投入少等优点。

• 芜湖长江三桥主桥边墩钢梁架设技术

  芜湖长江三桥主桥为主跨588 m双塔双索面非对称矮塔斜拉桥，主桥钢梁为三角形桁式的双主桁箱桁组合结构。边墩钢梁节段包含每个边墩墩顶位置及相邻主跨侧铁路梁、公路梁节段，共计4个节段。为克服吊装有效作业空间小、水浅浮吊无法站位、地层特殊顶推临时墩设置困难等不利条件，结合钢梁节段结构和尺寸，边墩钢梁节段采用800 t变幅式架梁吊机悬臂架设。首先架梁吊机前移站位于梁端，采用非标准站位将待架钢梁节段按特定次序叠放至墩顶及墩旁托架上；然后架梁吊机后退至节点正上方，采用标准站位提升安装主跨侧铁路梁、公路梁；最后架梁吊机后退至节点后方，采用非标准站位结合“等长吊带＋不等高吊耳”吊装技术完成剩余边墩墩顶梁段安装。梁段提升时，为避让已预置梁段及既有构筑物，采用了汽车吊辅助分次拼装斜杆及竖杆技术。边墩钢梁采用的架梁吊机标准站位及非标准站位吊装架设技术，安装工序简单，对位精度高，成本经济。

• 广州明珠湾大桥主墩吊箱围堰定位施工技术

  广州明珠湾大桥主桥为（96＋164＋436＋164＋96＋60） m中承式三主桁钢桁拱桥，该桥27号主墩采用25根直径2.5 m钻孔桩基础、高桩承台，承台尺寸56.5 m（横桥向）×17.5 m（顺桥向）×5.5 m（高）、底标高-2.84 m，桥位处于往复流环境下。27号主墩基础采用双壁钢吊箱围堰兼做钻孔平台方案施工。围堰加工后采用气囊法下水，浮运至墩位处定位、下沉、挂桩，在围堰上铺设钢平台作为钻孔平台；然后进行桩基施工，桩基施工后拆除围堰上铺设的平台；最后进行围堰封底、抽水、承台施工。在围堰定位时，采用靠墩＋定位船＋重锚定位系统进行施工，其中靠墩布置在围堰上游侧，定位船布置在下游侧，重锚布置在大、小里程方向。围堰定位后，其纵、横向最大偏差分别为30 mm、20 mm，倾斜度2‰，满足设计要求。