桥梁建设杂志

桥梁建设杂志2022年第6期

• 沪苏通长江公铁大桥斜拉索高阶振动控制研究

  沪苏通长江公铁大桥主航道桥为主跨1 092 m的公铁两用钢桁梁斜拉桥，最长斜拉索长576.5 m。由于该桥安装的外置式杠杆质量阻尼器位于斜拉索高阶振型节点附近，无法对长斜拉索高阶振动进行有效控制。为有效抑制该桥长斜拉索的高阶振动，在通过实测数据分析斜拉索高阶振动特性的基础上，提出一种安装减振锤的斜拉索高阶抑振措施，减振锤由索夹、锤头、钢绞线和防坠钢丝绳等组成，锤头提供质量,钢绞线提供刚度和阻尼。通过室内模型试验、实桥测试以及实桥监测对减振锤减振性能进行研究。结果表明：减振锤对斜拉索高阶振动有较好的控制效果，可对最长斜拉索（M36号）高阶振动主频附近的5个阶次模态振动进行有效控制；安装减振锤后，桥梁正常运营期间斜拉索的振动加速度控制在0.005g以下，台风“烟花”期间实测斜拉索最大振动加速度为0.012g。在外置式杠杆质量阻尼器与减振锤的协同工作下，该桥斜拉索的低、中、高阶振动均得到较好的抑制。

• 五峰山长江大桥三块式主索鞍设计、制造与施工

  连镇铁路五峰山长江大桥主桥为主跨1 092 m公铁两用钢桁梁悬索桥，大桥设2根直径1.3 m的主缆，主索鞍是实现主缆传力过渡的重要构件。主索鞍受力达7.06×105 kN，设计采用双纵肋传力、铸焊结合、纵向三块式结构，上部鞍槽采用ZG270-480H铸钢铸造、下部鞍体采用Q345R钢板焊接，鞍体纵向长9.12 m（下部）、横向宽4.04 m、高4.30 m，单块鞍体重120 t，主索鞍顶推复位滑移系统采用格栅＋不锈钢滑板＋四氟板装置。主索鞍结构设计计算分析表明：结构应力在容许范围内，结构受力安全。主索鞍由2个厂家制造，分别采用鞍槽朝下、鞍槽朝上2种铸造方位方案，成型采用组芯造型及双层浇道、双浇口浇铸系统、底注式浇铸的铸造工艺方案；鞍体焊接顺序总体由内向外，以二氧化碳气体保护焊为主；鞍体制造机加工采用单块单独机加工和3块整体机加工2种方案。主索鞍在工厂内制造后分块运到施工现场，由塔顶门架依次将边跨侧、中间、主跨侧鞍体吊至塔顶后纵移到位，利用高强度螺栓连接成整体，经多次顶推后顺利到达设计成桥位置。

• 悬索桥高精度主缆索股制作与标记法架设技术研究

  唐茂林，宋神友，李则均，张太科，吴玲正

  为解决恶劣气候条件下悬索桥基准索股难以高精度架设的工程难题，提出了标记对位架设法（标记法），该方法需索股制作精度达1/40 000以上，而目前的索股制作精度达不到该要求。为提高索股制作精度，分析索股制作精度影响因素，从标准丝制作误差、索股标记转移误差、灌锚切割误差、索股顶压后的回缩误差以及编索钢丝非均匀误差等方面进行误差控制，将索股制作精度提高到1/25 000以上；然后进一步提出基于分跨锚固的全标准丝索股制作技术，将索股制作精度提高到1/50 000以上，该精度达到了标记法架设的精度要求。在索股制作精度达到标记法架设精度要求后，提出基于分跨锚固的全标准丝基准索股的标记法架设技术，并将该技术应用于深中通道伶仃洋大桥的基准索股架设中。工程应用结果表明：伶仃洋大桥三跨的索股长度精度均达到了1/60 000以上，验证了标记法架设技术的可行性；该技术不仅有效提高了大桥基准索股架设精度，而且索股架设时，不受环境影响，大大缩短了架设工期，节约了人力、设备投入。

• 基于试验设计与代理模型的中央开槽箱梁气动外形优化方法

  赵林，方根深，展艳艳，陈逸群，葛耀君，

  为克服大跨度桥梁主梁断面气动选型过程中几何参数多、潜在组合多、试验工作量大的难题，提出基于“均匀试验设计+Kriging代理模型”优化策略的桥梁断面气动外形优化方法。以某大跨桥梁中央开槽箱梁颤振性能优化为例，采用该方法进行气动外形优化。基于计算流体动力学（CFD）数值模拟，首先通过“均匀试验设计”合理选取CFD分析工况，再利用“Kriging代理模型”以尽可能少的工况建立主梁几何参数-颤振临界风速关系模型，基于该模型分析不同几何参数对桥梁颤振性能影响规律，获取最优主梁断面。结果表明：“均匀试验设计+Kriging代理模型”优化策略能够在保证模型精度的前提下显著减少计算工况，工作量仅为遍历性试验的0.68%；CFD数值模拟、试验设计与代理模型策略的结合可以快速评估不同几何参数对抗风性能的影响规律，在背景桥梁主梁高度和行车道宽度下，中央开槽箱梁的颤振最优参数为槽宽比D/B=0.12、风嘴角度α=44°、下斜腹板倾角β=11°。

• 预制拼装桥墩环形UHPC接缝受力性能试验研究

  石雪飞，高毅，马骉，何武超

  为评估预制拼装桥墩环形UHPC接缝的力学性能，寻求合理的接缝构造，以宁波市西洪大桥接线工程为背景，进行环形UHPC接缝试件的模型试验与数值模拟研究。设计、制作4个墩柱试件（1个整体现浇试件；3个接缝试件，环缝深度分别为200，250，300 mm），采用四点弯曲加载方案进行局部足尺模型试验。试验结果表明：接缝试件的开裂荷载与整体现浇试件接近，屈服荷载比整体现浇试件小3%～10%，接缝试件出现脆性贯通撕裂，钢筋存在显著滑移。为分析试验现象原因，采用Abaqus软件建模，对试件受力全过程进行数值模拟，分析屈服前、后钢筋拉应力与粘结应力，并分析钢筋搭接长度、环缝深度和保护层厚度对接缝受力性能的影响。有限元分析结果表明：钢筋屈服后发生局部粘结力退化，从而导致大范围粘结失效与UHPC撕裂；环缝深度的影响主要体现在最终破坏模式。建议钢筋保护层厚度尽量不小于2d（d为钢筋直径），钢筋搭接长度不小于11d，环缝深度不小于250 mm；钢筋保护层厚度小于2d时搭接长度不小于14d，环缝深度宜不小于320 mm。

• 桥面坑凼对桥梁冲击效应的影响研究

  钟继卫，，姜玉印，王亚飞，

  为研究桥面坑凼对桥梁冲击效应的影响，以某空心板梁桥为背景进行动载试验和桥梁挠度监测，对比桥面坑凼形成前、后桥梁冲击系数的变化，并通过车桥耦合动力学仿真分析研究坑凼尺寸和行车速度对冲击系数的影响。结果表明：无桥面坑凼时，桥梁动载试验冲击系数均值为0.182，存在桥面坑凼时，桥梁挠度监测的冲击系数均值为0.828，桥面坑凼对冲击效应有明显的放大作用；存在桥面坑凼时，车桥耦合动力学仿真分析的冲击系数最大值对应的行车速度处于低速区，且与坑凼长度的比值接近桥梁结构的基频，桥面坑凼易使桥梁结构在车辆低速行驶时发生共振，且坑凼越深，冲击系数最大值越大。

• 无粘结预应力组合耗能钢筋装配式桥墩抗震性能研究

  朱钊，李源，贺拴海，周敉，

  为了解无粘结预应力组合耗能钢筋装配式桥墩的抗震性能，制作1组该类型桥墩试件进行拟静力试验。分析试验破坏模式及滞回特性，并与现浇桥墩试件结果进行对比；采用OpenSees软件进行不同耗能钢筋配筋率时该类型桥墩的抗震性能研究，基于残余位移及平均等效阻尼比给出兼顾耗能及自复位能力的无粘结预应力组合耗能钢筋装配式桥墩配筋率比值合理区间。结果表明：在耗能钢筋配筋率相近时，无粘结预应力组合耗能钢筋装配式桥墩试件与现浇桥墩试件耗能能力相当且残余位移更小；耗能钢筋配筋率增大可有效提升桥墩的耗能能力、水平承载力、等效阻尼比及初始刚度，但将导致较大的残余位移；耗能钢筋与无粘结预应力配筋率比值为1.42～2.72时，该类型桥墩可同时实现较好的耗能能力及优异的自复位性能。

• 基于时域边界元的跨海桥梁下部结构波浪荷载计算方法

  王东辉，潘俊志，遆子龙

  为解决当前波浪荷载数值模拟计算量大、效率低的问题，提出桥梁下部结构波浪荷载的时域边界元计算方法。该方法通过选取合适的格林函数，将计算域由三维流域降维为水面和结构物面，采用四边形单元对水面和结构物面进行离散，建立边界元积分方程，并在时域下逐步求解结构表面的波压力，随后对波压力进行积分，计算结构波浪力。为验证该方法的正确性，将该方法计算结果与Maccamy圆柱波浪力理论解进行比较，并以平潭海峡公铁大桥为背景，对该桥非通航孔桥下部结构的施工钢围堰进行波浪荷载模拟，与现场波压力监测数据进行对比。结果表明：波浪荷载时域边界元计算方法在保证精度的同时，计算效率较高；该方法在实际工程中有较好的适用性；绕射效应对围堰的波压力大小与分布规律有显著影响，在设计阶段应予以充分考虑。

• 混凝土桥梁受盐碱地中氯离子侵蚀的耐久性研究

  蔺鹏臻，王雲一

  为研究西北干旱农业灌区盐碱地环境对混凝土桥梁耐久性的影响，以定武高速公路排碱沟中桥为背景，现场调研盐碱地土壤和水中的离子含量、桥梁不同部位氯离子分布，研究混凝土试块受盐碱水侵蚀的多维劣化规律，采用数值模拟法分析背景桥梁混凝土受氯离子侵蚀的规律和耐久性寿命。结果表明：灌区盐碱地中含量最高的阴离子为氯离子，氯离子在地面附近的土壤及桥梁结构表面含量最高。受盐碱水侵蚀后混凝土内部氯离子浓度随侵蚀维度增加而增大，同一深度处受一维、二维和三维侵蚀的氯离子浓度比例约为1∶1.13∶1.28，多一个侵蚀维度氯离子浓度提高约13%。经计算，排碱沟中桥受氯离子侵蚀后，桥墩、承台和桩基的耐久性寿命分别为58年、72年和92年，在盐碱地环境下需进一步通过增大保护层厚度提高桥梁的耐久性寿命。

• 高强钢筋UHPC梁抗弯性能及承载力试验研究

  王敏，高立强，王康宁，侍刚，

  为研究高强钢筋超高性能混凝土（UHPC）梁的抗弯性能，以配筋率和钢筋等级为参数，设计制作6根HRB500级高强钢筋和3根HRB400级普通钢筋UHPC梁进行梁体抗弯性能试验研究。试验采用三分点对称加载，根据试验结果分析试验梁的破坏模式、荷载～挠度曲线、裂缝扩展和延性；考虑UHPC受拉贡献进行折减（受拉区等效应力折减系数取0.5），提出正截面承载力简化计算方法，并与试验结果进行对比。结果表明：少筋梁和超筋梁呈脆性破坏，适筋梁呈延性破坏，破坏过程包括无裂缝、裂缝扩展、钢筋屈服和破坏4个阶段；UHPC梁承载力随配筋率的增大而增大，其最小配筋率建议取1.0%；对于HRB500钢筋UHPC梁，界限配筋率约为8.10%，合理配筋率建议取2.5%～5.0%，此范围内的UHPC梁具有较好的延性；UHPC初裂取决于基体的抗拉能力，受配筋率和钢纤维的影响较小，而最大裂缝宽度0.05 mm和0.2 mm时名义拉应力与配筋率基本呈线性正相关；提出的正截面承载力简化计算公式具有较高的计算精度和适用性。

• 波形钢腹板组合槽型梁动力特性研究及参数分析

  荣学亮，欧阳靖，赵品，黄侨，卜建清

  为了解波形钢腹板组合槽型梁的动力特性，采用试验和有限元法对其自振频率和振型进行研究。按照1∶4的缩尺比，制作1根预应力混凝土波形钢腹板组合槽型试验梁进行动力特性试验，建立波形钢腹板组合槽型梁及混凝土腹板槽型梁有限元模型进行对比。基于有限元模型，分析混凝土底板厚度、上翼缘板宽度和梁间横梁设置对波形钢腹板组合槽型梁自振频率和振型的影响，并与混凝土腹板槽型梁结果进行对比。结果表明：波形钢腹板组合槽型梁与混凝土腹板槽型梁低阶（前5阶）自振频率相差较小，变化范围不到10%；高阶（大于5阶）时自振频率变化明显增大，10阶时波形钢腹板组合槽型梁自振频率约为混凝土腹板槽型梁的68%。混凝土底板厚度对波形钢腹板组合槽型梁扭转自振频率影响较大，上翼缘板宽度对波形钢腹板组合槽型梁的扭转自振频率影响较小，梁间横梁设置方案对波形钢腹板组合槽型梁竖弯和扭转自振频率影响均很小。

• 交通流对双幅桥涡振性能的影响风洞试验研究

  谭彪，操金鑫，檀小辉，葛耀君，

  为研究交通流对双幅桥涡振性能的影响，以埃及Rod El平行双幅斜拉桥为背景，制作缩尺比1∶60的结合梁和闭口箱梁节段模型进行弹性节段模型风洞试验。考虑不同风攻角，研究自由车流、稳定车流和不稳定车流3种交通流对结合梁和箱梁2种主梁双幅桥涡振的振幅、风速锁定区间及振动状态的影响。结果表明：双幅桥的竖弯涡振对交通流变化更加敏感，而扭转涡振几乎不受交通流变化的影响；对于结合梁双幅桥，交通流对其竖弯涡振的影响并非单调变化，其中稳定车流状态可以减小竖弯涡振响应并缩短涡振风速区间；对于箱梁双幅桥，交通流对其竖弯涡振有显著的抑制作用，且随着车流密度增加，交通流对竖弯涡振响应的抑制作用逐渐增强。桥面通车时主梁间的振动相位差相对无车状态时有所减小。

• 怀化鸭嘴岩大桥主桥设计

  怀化鸭嘴岩大桥主桥为（200+74+45） m曲线独塔双索面混合梁斜拉桥，采用支腿与主梁固结，桥塔、辅助墩及两侧边墩均采用双向活动支座，横向设置抗风支座的新型组合式刚构体系。主梁采用钢-混混合梁结构，桥面宽36 m，主跨采用正交异性钢桥面板流线型扁平钢箱梁；边跨采用预应力混凝土箱梁。桥塔由塔柱和支腿组成，塔柱采用空间曲线形式，横桥向呈曲线式A形构造，桥面以上采用钢箱塔柱，桥面以下采用预应力混凝土空心塔柱；支腿采用预应力混凝土矩形空心截面。斜拉索采用标准抗拉强度1 770 MPa的高强平行钢丝，空间双索面扇形布置。桥塔墩采用中间设系梁的分离式承台+嵌岩钻孔灌注桩基础。结构计算结果表明，大桥结构刚度及应力均满足要求。主跨钢箱梁采用桥面吊机节段悬臂拼装，边跨预应力混凝土梁采用支架现浇施工，钢塔柱采用塔吊节段拼装，混凝土塔柱和支腿采用支架现浇施工。

• 跨青尼罗河特大桥上部结构设计

  弥恒，赵学焘，周卫

  跨青尼罗河特大桥为东部非洲区域首座大跨径双索面矮塔斜拉桥，主桥跨径布置为（100+180+100） m。大桥采用主梁与桥塔固结、墩梁分离的结构支承体系。主梁采用单箱三室变高度斜腹板预应力混凝土箱梁，中横梁为外挑式，桥塔悬臂支撑在中横梁两侧上，拉索横梁根据受力采用1.25 m或1 m外高。桥塔采用实心钢筋混凝土结构，利用轻钢龙骨+铝单板材料外包，形成船帆状桥塔造型，桥面以上塔高26.0 m（桥塔中心线处高度）。斜拉索采用1 860 MPa镀锌钢绞线，双索面扇形布置，通过桥塔的抗滑分丝管后锚固于主梁两侧。全桥整体及细部分析结果表明，桥梁安全性满足规范要求。

• 基于弹性支承连续梁法的混凝土斜拉桥合理成桥索力计算方法

  付春雨，高振锋，严鹏，唐重平，唐波

  为准确方便地确定混凝土斜拉桥的合理成桥索力，利用结构弯曲应变能最小化原则，将斜拉索视为弹性支承，将主梁和桥塔均视为弹性支承连续梁，提出一种基于弹性支承连续梁模型的混凝土斜拉桥合理成桥索力计算方法。该方法首先计算恒载作用下主梁的弹性支承力，作为斜拉索的竖向分力，求得斜拉索的合理成桥状态索力初始值，再根据塔偏变形引起的索力变化修正索力初始值最终得到合理成桥索力。以增江特大桥为工程背景，采用本文方法计算合理成桥索力及在该索力下的主梁弯矩、应力、结构位移等成桥结构响应。结果表明：所计算出的成桥索力中，恒载作用下主梁支承力产生的索力初始值占比大，而塔偏修正值占比小；该索力能够使混凝土斜拉桥结构达到合理成桥状态，同时其计算过程简化，计算量小，可为混凝土斜拉桥合理成桥索力计算提供一种新思路。

• 福厦高铁泉州湾跨海大桥主桥施工控制关键技术

  周仁忠，黄灿，郑建新，

  福厦高铁泉州湾跨海大桥主桥为（70＋130＋400＋130＋70） m双塔双索面钢-混结合梁斜拉桥，主梁为混凝土桥面板＋槽形钢箱梁的结合梁。边墩及辅助墩墩顶梁段采用起重船吊装至墩顶存梁；塔区5个梁段采用起重船吊装至墩旁支架拼装，纵向滑移就位；标准梁段采用桥面吊机对称悬拼。为确保成桥线形和内力满足设计要求，采用MIDAS软件建立全桥有限元模型进行成桥和施工全过程有限元分析，采用全过程自适应几何控制法进行施工控制。在该桥主梁施工时，设置三向塔梁临时锚固结构；桥塔施工时采取预抬高措施；钢箱梁制造时进行压缩量与温度补偿，并设置钢箱梁横向预拱度；按“塔直梁平”的成桥目标进行多次正装迭代计算，得到各斜拉索索力和无应力长度；在辅助跨和边跨合龙时，使合龙段与墩顶存梁梁段标高和角度顺接；中跨采用“顶推＋配切＋索力调整”的主动合龙方法，实现了中跨快速高精度无应力合龙。通过以上施工控制，该桥合龙后全桥线形平顺，主梁标高实测值与设计值最大误差18 mm，斜拉索索力实测值与设计值最大误差2.8%，均满足设计要求。

• 悬吊式桥面系吊杆拱桥的梁桥体系改造技术

  贺果蒙，朱世峰，刘昂，韩永平，

  成渝高速公路新龙坳立交桥主桥为单孔跨径120 m（净跨117.80 m）的交叉吊杆中承式混凝土提篮拱桥，采用悬吊式桥面系。该桥1995年建成通车，2006年曾进行加固改造，2017年全桥检查发现存在横梁间限位梁牛腿破损严重、混凝土构件开裂、加固用钢板及吊杆下锚头锈蚀等病害，需再次维修加固改造。为提高桥梁安全性、降低后续维护成本、确保桥下铁路运营安全，结合结构病害和桥位处环境，提出悬吊式桥面系拱桥的连续梁桥体系加固改造技术。在原混凝土横梁两端顺桥向各增设5个独柱式桥墩和1道钢桁纵梁，钢桁纵梁通过桥下顶升与原横梁共同受力实现体系转换，将悬吊式桥面系吊杆拱桥主跨部分变为（21.3＋2×25.5＋21.3） m四跨空间框架连续梁体系。为了解改造后的桥梁性能，采用MIDAS Civil软件建模，进行改造后桥梁的整体与钢桁纵梁局部受力性能数值分析，并进行全桥荷载试验。结果表明：改造后桥梁各构件受力均满足规范要求，桥梁具备较高的安全储备。