桥梁建设杂志

桥梁建设杂志2022年第3期

• 湖北燕矶长江大桥体系构思与总体设计

  湖北燕矶长江大桥集高速公路与城市道路功能为一体，该桥采用单孔跨越通航水域和断裂带的主跨1 860 m双层桥面钢桁梁悬索桥方案。大桥邻近机场，航空限高导致桥塔高度受限、主缆垂跨比偏小、主缆规模偏大。为解决上述问题，提出一种新的不同垂度四主缆悬索桥结构体系，该体系主要特征为：4根主缆横向对称分两侧布置，同侧2根主缆采用不同垂度，加劲梁间隔交错悬吊于2组不同垂度的主缆上，不同垂度主缆按纵向前、后错开锚固于地锚。该体系降低了单根主缆规模，抗风稳定性较好，位于外侧的下主缆的跨中段可降低到桥面之下以增大垂度，较好地解决了桥塔高度受限的建设难题。基于该体系，大桥上主缆跨度布置为（550+1 860+450） m，跨中垂度142.445 m；下主缆跨度布置为（510+1 860+410） m，跨中垂度153.345 m。大桥缆索采用镀锌-铝合金镀层高强钢丝，加劲梁主桁采用华伦式桁架，锚碇采用可换式预应力锚固系统，桥塔采用门楼造型，基础采用钻孔桩。

• 鳊鱼洲长江大桥南汊航道桥主梁施工关键技术

  新建京港澳高铁安九段鳊鱼洲长江大桥南汊航道桥为主跨672 m双塔双索面钢-混混合梁交叉索斜拉桥，主跨及辅助跨主梁采用钢箱梁，标准节段长18 m，重约510 t，锚跨主梁采用预应力混凝土箱梁，重约200 t/m。根据该桥结构特点及水文地质条件，主梁采用现浇支架＋多点顶推＋单悬臂＋双悬臂等混合方案施工。锚跨预应力混凝土箱梁采用“钻孔桩＋钢管立柱＋贝雷梁（大桥Ⅰ号桁梁）”支架现浇方案施工。九江侧钢梁采用单悬臂＋多点顶推施工技术，边跨钢梁、合龙段与结合段同步顶推，省略了九江侧边跨合龙工序；在结合段钢梁与锚跨预应力混凝土梁之间设置锁定结构，保证了结合段施工质量。黄梅侧钢梁采用轻型墩旁托架＋双悬臂+单悬臂施工技术，4号墩墩顶三节段采用轻型托架滑移施工，结合段采用浮吊整体吊装，定位后浇筑结合段混凝土，预应力张拉后进行边跨合龙；黄梅侧边跨和中跨合龙段均采用主动合龙，先边跨合龙后中跨合龙。

• 基于响应面法及粒子群算法的异形斜拉桥索力优化

  为简化异形斜拉桥的索力优化过程，提出了采用响应面法与粒子群算法相结合的索力优化方法。该方法首先通过分析异形结构的受力特点确定优化目标，再利用响应面法将优化目标函数与成桥索力的关系显式化并构建响应面方程，最后结合粒子群算法根据响应面方程进行索力寻优。为验证该优化方法的有效性，以某异形斜拉桥为背景开展索力优化。基于该异形斜拉桥受力特点，以主梁的横梁两端最大剪力差为优化目标、以斜拉索成桥索力为优化变量、以斜拉桥成桥索力均匀性为约束条件，建立了索力优化目标函数进行索力优化。结果表明：优化后该异形斜拉桥主梁的横梁两端最大剪力差减小20.3%，主梁最大弯矩减小13.8%，南北侧边箱梁最大竖向位移差减小25.0%；全桥成桥索力及主梁弯矩均匀性均有所提升，主梁受力、线形更加合理。

• 大跨度铁路钢桁梁斜拉桥竖向刚度评估方法研究

  为评估超出铁路桥涵设计规范中规定跨度的桥梁的竖向刚度合理性，提出基于弦测法幅值与车体加速度关系和车-桥耦合振动分析的大跨度桥梁竖向刚度快速评估方法。首先基于弦测法确定控制弦长，分析设计车速下弦测法幅值与车体加速度关系，根据车体加速度限值相关规定确定弦测法幅值限值；再采用车-桥耦合振动分析得出列车通过大桥的车体响应并反算得到对应弦测法幅值，叠加各因素引起的桥面变形的弦测法幅值后与弦测法幅值限值对比，对桥梁竖向刚度进行评估。采用该评估方法对某时速200 km的（36+96+228+96+36） m大跨度铁路钢桁梁斜拉桥竖向刚度进行评估，结果表明：控制弦长为30 m时可较好反映时速200 km的铁路桥梁竖向变形与车体竖向加速度的对应关系；此条件下考虑升、降温引起的附加不平顺后，双线客车作用下弦测法幅值为7.608 6 mm，满足日常保养标准；一线客车一线货车作用下，弦测法幅值为14.742 6 mm，略高于计划维修标准但满足临时补修标准。

• 先张PC梁快速施工引发的超量预应力损失研究

  先张预应力混凝土（PC）梁通过长线法张拉、蒸汽养护、早龄期放张实现快速施工，但在此期间超量预应力损失相伴而生，显著影响梁体的抗裂性能。为研究超量预应力损失的额度和效应，以某线路先张PC简支梁桥为背景，对1组（3榀）快速施工的先张梁进行预应力监测，并建立有限元模型分析超量预应力损失下梁体抗裂性能的退化。结果表明：长线法张拉导致摩阻预应力损失沿纵向累积，摩阻预应力损失超量46～115 MPa；相比自然养护，蒸汽养护使钢绞线温差预应力损失平均超量50 MPa；早龄期放张时混凝土弹性模量不足，导致弹性压缩预应力损失超量40 MPa；快速施工过程中，预应力损失累计超量153 MPa，致使梁体的抗裂性能下降11%。建议通过改换滚轮式转向器、调整蒸汽养护制度、延后放张等方法优化施工工艺，从而在实现快速施工的同时，保证结构的安全性、适用性、耐久性。

• 自浮式钢箱-软体多级耗能防船撞装置撞击试验研究

  为避免船舶与桥梁相撞时两者出现较大损伤，提出了一种设置在桥塔下塔柱处的新型自浮式钢箱-软体多级耗能防船撞装置。为验证该新型防船撞装置的可靠性，参照实际工程，设计、制作缩尺比为1∶10的新型防船撞装置模型、钢箱防船撞装置模型及无防护的刚性墙模型进行水平撞击试验，结合有限元计算，对比分析各模型破坏模式、动力时程响应及撞击过程中的能量耗散情况。结果表明：相比于钢箱防船撞模型及无防护的刚性墙模型，新型防船撞装置模型受到撞击后，软体能够有效保护船艏；新型防船撞装置对船撞力峰值削减幅度达31.88%。新型防船撞装置可较好削力、削能，可有效减轻撞击过程中船舶、桥墩、防撞设施损伤程度。

• 深槽索股入鞍装备及质量检测系统研发与应用

  温州瓯江北口大桥为主跨2×800 m三塔双层桥面钢桁梁悬索桥，中塔采用刚度较大的钢筋混凝土塔，主索鞍设计为深槽索鞍（深726～907.5 mm），鞍槽内设置14道竖向隔板（厚12～16 mm，横向净距61 mm）。为解决深槽索股入鞍施工工效低、质量控制难等问题，提出采用机械化设备及数字化检测系统替代人工的思路，进行入鞍装备与质量检测系统研发，同时进行装备工艺试验验证和鼓丝、散丝检测验证，最后将其应用于该桥施工中。结果表明：入鞍装备采用自动顶推机构替代人工，实现了索股入鞍的机械化施工，确保了索股均匀压入鞍槽，入鞍施工效率提高了20%～30%；入鞍质量检测系统通过线激光传感器对索股表面进行实时成像，并及时对鼓丝和散丝问题进行报警，确保了索股入鞍质量随时可测可控，简单方便，识别准确且效率高，可有效确保索股入鞍的质量。

• 温度作用下钢桁拱桥活动支座工作性能评估方法研究

  为准确判断钢桁拱桥活动支座服役期间的工作性能，对温度作用下活动支座工作性能评估方法进行研究。以某铁路钢桁拱桥为背景，分析梁体局部温度与支座纵向位移相关性的差异，推导钢桁梁支座纵向位移与温度梯度的关系式；分析支座摩阻力对支座纵向位移的影响，运用间隙迟滞非线性系统建立温致支座纵向位移滞回模型，进而提出用于评估活动支座工作性能的指标——间隙迟滞系统的参数C。采用现场监测数据对评估指标的可靠性进行验证。结果表明：评估指标（参数C）能够反映支座摩阻力的大小和支座纵向位移迟滞特性的强弱，C值增大，活动支座工作性能劣化，可以通过长期数据的积累实现活动支座性能劣化情况的识别。

• 悬索桥BRB中央扣的减震性能研究

  为了解采用屈曲约束支撑（BRB）作为悬索桥中央扣对悬索桥抗震性能的影响，以某主跨485 m双塔简支外张空间缆索悬索桥为背景，研究BRB中央扣的减震效果。采用SAP 2000软件建立全桥动力模型，计算不同屈服力BRB中央扣桥梁模型的地震响应，对比整体较优屈服力BRB中央扣与刚性中央扣、柔性中央扣及无中央扣桥梁模型的地震响应，并基于IDA分析和易损性方法进行桥塔地震易损性分析。结果表明：BRB中央扣屈服力不宜过大或过小，选取时应综合考虑两岸桥塔、支座、梁端的地震响应，对于背景桥梁屈服力为2 000 kN时具有较优的整体减震效果；相比无中央扣模型，常规中央扣可能会放大塔底纵向内力响应，采用合理屈服力BRB中央扣能充分发挥其限位耗能功效，减震效果整体优于常规中央扣；上述4种模型中，BRB中央扣模型桥塔在各级地震作用下发生损伤的概率均最低。

• 基于热点应力法的钢管混凝土桁式拱桥节点疲劳评估

  为准确预测钢管混凝土桁式拱桥节点疲劳寿命，提出一种基于热点应力的疲劳评估方法。该方法采用全桥多尺度三维有限元模型计算节点热点应力幅，并进行回归分析得到钢管混凝土节点的热点应力幅S～N曲线。基于该方法对一座已建成的钢管混凝土桁式拱桥进行节点疲劳评估。结果表明：疲劳易损部位位于1/4跨附近的拱肋上弦节点，起始裂纹位于节点主管表面的冠点处；采用《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64—2015）中的疲劳荷载计算模型Ⅱ和疲劳荷载谱计算得到的疲劳寿命分别为20 210 049次和27 311 265次，采用疲劳荷载谱计算时多车效应纵向修正为14.9%；采用《公路钢结构桥梁设计规范》预测的节点疲劳寿命偏低，导致设计偏于保守。

• AS法架设主缆悬索桥索夹抗滑性能试验研究

  为研究悬索桥主缆索夹与空中纺线法（AS法）成型镀锌钢丝主缆之间的抗滑移性能，以AS法架设主缆的悬索桥——阳宝山特大桥为背景进行抗滑试验分析。在实桥上选择2个测试索夹位，采用千斤顶在被测索夹的一侧施加顶推力，模拟索夹下滑力，测定不同索夹螺杆夹紧力下索夹滑移时的名义摩擦系数，验证索夹在AS法成型镀锌钢丝主缆上的抗滑性能是否满足设计规范要求。结果表明：AS法成型镀锌钢丝主缆与索夹的实际名义摩擦系数均大于规范设计值0.15，平均值达0.21，索夹螺杆设计夹紧力450 kN能够满足索夹抗滑安全系数大于3.0的要求。为持续保持索夹的抗滑能力，建议在桥梁施工和后期运营过程中对索夹螺杆拉力松弛进行监测，以获取索夹螺杆拉力松弛监测数据，为AS法架设主缆悬索桥的索夹抗滑评估及螺杆补张拉周期安排提供依据。

• 拱肋节间钢-混结合部接头剪力钉剪力计算方法

  为准确且简便地计算拱肋节间钢-混结合部接头剪力钉剪力，以某特大跨度拱桥为背景进行研究。针对该桥拱肋E20- E21节间下弦杆的钢-混结合部接头（设前承压板），基于钢材与混凝土之间相对滑移的微分方程，考虑合适的边界条件，推导轴力从钢结构段传递给钢-混结合段时剪力钉剪力的理论求解方法，并进行数值模拟加以验证。结果表明：钢-混结合部接头中多排多列剪力钉的受力规律表现较大差异性，侧面剪力钉传递总剪力的70%；当不设承压板时，理论公式与有限元计算结果吻合较好，最大剪力分别为244 kN和234 kN；当设承压板时，剪力钉最大剪力出现位置远离承压板，有限元计算的最大剪力为51 kN，满足规范要求。

• 基于势流理论的跨海桥箱梁斜向波浪荷载作用研究

  为分析斜向波浪对跨海桥箱梁的影响，提出斜向波浪作用下跨海桥箱梁所受波浪荷载的理论计算方法。该方法基于势流理论建立斜向波浪-桥梁作用的数学模型，利用特征展开匹配法及伯努利原理计算箱梁所受的斜向波浪荷载。以平潭海峡公铁大桥为背景，对比分析淹没状态下箱梁的无量纲波浪荷载理论计算值与水槽试验值，验证所提出理论计算方法的准确性，分析波浪入射角和结构几何特征参数对斜向波浪荷载的影响规律。结果表明：所提出的跨海桥箱梁斜向波浪荷载计算方法准确、高效；波浪入射角对箱梁所受波浪荷载有显著影响，由长周期波浪引起的垂直波浪荷载对入射角的变化更为敏感；在斜向波浪作用下，结构的几何特征对箱梁所受水平方向波浪荷载的影响更为显著。在跨海桥箱梁设计时，建议考虑结构尺寸与斜向波浪入射角对波浪荷载的影响，通过结构优化与合理的桥位布置来降低波浪荷载对桥梁上部结构的影响。

• 基于时域分析的浮式刚构桥浪致动力响应特性研究

  为研究浮式桥梁的浪致动力响应特性，建立了基于动力有限元法和状态空间模型的动力响应时域分析方法。该方法将势流分析得到的波浪力时程与浮体水动力参数应用于动力有限元模型，拟合构建辐射力状态空间模型，实现浮式桥梁的动力时域分析。基于相关文献中的浮式桥梁模型试验数据对该数值方法有效性进行验证。采用建立的方法针对浮式刚构桥在非均匀波浪作用下的动力响应开展时域计算，研究典型非均匀波浪分布条件对桥梁位移、内力等动力性能的影响。结果表明：所建立的时域分析方法具有良好的计算精度，可有效考虑浮式桥梁所受水动力效应；非对称波浪会引起桥梁的扭转运动，导致承台横摇运动和墩底弯矩响应明显提高；非均匀波浪作用下，浮式连续刚构桥主梁的水平面内位移和弯矩响应有所减小，而竖直面内位移和弯矩响应则明显提高。

• 棋盘洲长江公路大桥主桥总体设计

  综合考虑防洪、通航、港口等建设条件限制，棋盘洲长江公路大桥主桥采用主跨1 038 m的单跨钢箱梁悬索桥，一跨跨越长江。该桥加劲梁采用扁平流线型钢箱梁；桥塔采用门形混凝土塔，桥塔基础采用分离式承台+大直径群桩；南、北重力式锚碇分别采用圆形地下连续墙基础和扩大基础，锚碇锚固系统采用无粘结预应力锚固系统；主缆采用标准抗拉强度1 860 MPa的预制平行钢丝索股（PPWS法施工），吊索采用标准抗拉强度1 670 MPa的平行钢丝索股（PWS法施工）外套双层PE防护。设计过程中通过研究地下连续墙重力式复合锚碇基础受力特点和渗流规律，优化了南锚碇工程规模；提出基于频遇组合确定主梁纵向挡块间隙量的计算方法，有效减小了伸缩装置规格；分析正交异性钢桥面板疲劳性能影响因素并进行优化设计，提升了桥面板综合性能。

• 济南齐鲁黄河大桥420m跨网状吊杆系杆拱桥设计

  济南齐鲁黄河大桥主桥采用（95+280）m +420 m +（280+95）m三连拱网状吊杆系杆拱桥。420 m主跨拱肋矢高69.5 m，矢跨比1/6，拱轴线为抛物线。拱肋在拱脚分离，在拱顶连接交汇成整体，拱肋横撑采用一字撑。系梁采用钢-混组合梁，钢梁采用扁平钢箱梁，机动车道范围正交异性钢桥面上铺设厚120 mm的C50纤维混凝土桥面板，轨道交通及人行道、非机动车道区域均为钢桥面系。主跨共88根吊杆，吊杆在梁上标准间距9 m，顺桥向倾角约60°。吊杆均采用55-Φ15.2 mm高应力幅环氧涂层钢绞线，钢绞线标准抗拉强度1 860 MPa。吊杆在拱上采用销接式叉耳板锚固，在梁上张拉端采用带球铰的冷铸锚锚固。该桥具有跨度大、桥面宽、公轨合建等特点，采用网状吊杆布置、高应力幅吊杆体系、组合桥面板系梁等创新设计，桥梁结构安全、合理、经济。

• 大跨铁路斜拉桥平行钢丝斜拉索锚杯调整量设计研究

  斜拉桥平行钢丝斜拉索锚杯长度一般根据锚杯内钢丝的锚固长度及其他构造尺寸确定，对于修正主梁线形偏差的调整量有限。针对大跨铁路斜拉桥中由施工、制造及桥上永久荷载偏差等导致主梁成桥线形偏差较大，而现行规范中的锚杯尺寸可能存在调整量不足的问题，以某千米级公铁两用斜拉桥为背景进行平行钢丝斜拉索锚杯调整量设计研究。采用悬索理论，分析道砟容重离散性引起的斜拉索索力偏差、斜拉索弹性模量偏差及斜拉索锚固点位置偏差对斜拉索无应力长度的影响，以确定合适的锚杯放张与张拉调整量。结果表明：对于铁路斜拉桥，现行规范规定的锚杯张拉调整量基本能够满足要求，放张调整量则可能存在不足；道砟容重离散性对斜拉索无应力长度影响相对最大，设计中应预留相应的锚杯放张调整量；对300 m以上的中、长索，还应考虑斜拉索索力偏差和斜拉索弹性模量偏差的影响，预留锚杯放张与张拉调整量；斜拉索弹性模量建议取2.0×105 MPa，并考虑其在（1.9～2.1）×105 MPa范围内进行设计。

• 悬挂式单轨交通小半径曲线轨道梁截面形式比选研究

  为合理选择悬挂式单轨交通小半径曲线轨道梁的截面形式，以某最小过弯半径100 m、跨径20 m的轨道梁桥为研究对象，基于多体动力学，采用ANSYS软件分别建立开口薄壁形、单侧箱形、顶箱形、顶箱+侧箱组合形截面曲线轨道梁模型，进行经济性及车-桥耦合动力响应比较。结果表明：综合考虑用钢量及轨道梁截面横向惯性矩的提升效果，顶箱形截面性价比最高；轨道梁采用顶箱形截面时列车平稳性最好，其次为开口薄壁形截面及顶箱+侧箱组合形截面，单侧箱形截面列车平稳性最差；对于轨道梁跨中竖向动位移，采用顶箱形截面与开口薄壁形截面的计算结果均较好且相差不大。因此该悬挂式单轨交通小半径曲线轨道梁桥主梁采用顶箱形截面最优。

• 成贵铁路宜宾金沙江公铁两用桥副拱施工技术

  成贵铁路宜宾金沙江公铁两用桥主桥为（116＋120＋336＋120＋116） m双层桥面系杆拱桥，120 m和116 m跨副拱为混凝土简支系杆拱，副拱桥墩均采用钻孔桩基础，上层铁路梁为单箱单室预应力混凝土结构，下层公路梁为π形断面双边主梁预应力混凝土结构。根据副拱各桥墩施工场地特点，钻孔桩基础分别采用陆地钻孔桩、筑岛及水上钻孔平台方案施工；3号墩采用先平台后围堰方案施工，承台采用可拆装式大块双壁锁口钢板桩围堰施工，解决了普通钢套箱围堰的不足，实现了围堰的重复利用；桥墩墩身均采用翻模法施工。综合考虑结构特点及施工现场通行需求，副拱上部结构由下至上施工，公路梁采用现浇支架体系施工；拱肋以公路梁现浇支架和公路梁为基础建立现浇支架体系，拱上立柱直接依托拱肋浇筑，合理利用了主体结构，减小了结构工程量；根据铁路梁施工跨度不同，将现浇支架进行标准化分类，有效提升了施工效率；铁路梁分3段对称浇筑，确保了下部拱肋的对称受力。

• 赤壁长江公路大桥南岸滩桥移动模架双幅交汇过孔施工技术

  赤壁长江公路大桥南岸滩桥为7×（5×50） m预应力混凝土连续梁桥，主梁采用2套下行式移动模架施工。受地形条件的影响，移动模架施工时采用中间拼装、双幅交汇过孔方案，即拼装场地设置在滩桥中部，2套移动模架倒退走行至首孔箱梁处开始施工，在退回首孔箱梁时，2套移动模架通过大跨度下行式移动模架双幅交汇过孔技术完成交汇过孔。在交汇过孔过程中，通过墩旁托架不对称安装避免了左、右幅墩旁托架相互冲突；通过底模桁架旋转、翼模旋转完成不对称开模施工，避免了另一幅移动模架和窄缝现浇梁的影响；通过双向过孔施工技术解决了倒退至首孔箱梁再反向施工的难题。