桥梁建设杂志

桥梁建设杂志2023年第1期

• 常泰长江大桥主航道桥桥塔横向偏位及其控制方案研究

  张明金，周远洲，沈孔健，苑仁安，郑清刚

  常泰长江大桥主航道桥为（142+490+1 176+490+142） m公铁两用双层桥面斜拉桥，下层桥面采用上游侧布置两线城际铁路、下游侧布置4车道一级公路的非对称布置，造成大桥横桥向恒载非对称。为研究该桥桥塔在横桥向非对称恒载下的横向偏位以及控制方法，采用MIDAS Civil软件建立主桥桁架有限元模型，分析了不对称恒载对桥塔的作用模式、桥塔横向偏位成因，研究增设体外预应力索和塔上锚点偏移2种桥塔横向偏位控制方案的可行性。结果表明：上塔柱可简化成悬臂梁受力模式，桥塔横向偏位主要受空间斜拉索的横桥向分力和竖向分力控制，横桥向分力起主要控制作用；增设体外预应力索可有效控制桥塔的横向偏位，可操作性强；通过偏移锚点能够改善桥塔的横向偏位情况，但需要综合考虑主梁和桥塔的线形和内力，且可移动的距离受限，综合考虑该桥最终采用设置体外预应力索方案。

• 武汉汉江湾桥主桥设计关键技术

  武汉汉江湾桥主桥为（132+408+132） m中承式连续钢桁拱桥，桥面车行道按双向6车道布置，并预留拓宽至8车道条件。主桥拱肋采用变高度N形桁式两主桁钢桁架结构。主桁标准间距34 m，汉口岸边跨受限于总体线形，主桁间距由34 m变化至39.5 m。主桁中支点附近下弦杆根据受力要求采用Q690qE高性能桥梁钢。车行道桥面采用正交异性钢桥面板，车行道桥面下U形纵肋与钢桥面采用全熔透焊接设计。通过主桁节点弯折、钢桥面横坡变化等构造措施简化了主桁、联结系、桥面系的空间关系，降低了杆件制造难度，实现了桥面结构的曲线变宽。

• UHPC和预制榫卯混合连接装配式RC桥墩拟静力试验

  林上顺，林永捷，夏樟华，林长庚，赵锦冰

  为研究现浇超高性能混凝土（UHPC）和预制榫卯混合连接构造对装配式钢筋混凝土（RC）桥墩抗震性能的影响，以某实桥为背景，按缩尺比1∶5、轴压比0.1设计、制作了4个桥墩试件（ZT-1试件为整体现浇；CFST-1试件为钢管混凝土榫卯和灌浆套筒混合连接；UT-1试件和UT-2试件为现浇UHPC和预制榫卯混合连接，UHPC湿接缝分别位于墩底及距离墩底200 mm处）。通过桥墩试件的拟静力试验，分析各试件的破坏模式，并对比各试件的滞回曲线、骨架曲线、延性性能、耗能能力及刚度退化等参数。结果表明：4个试件均为压弯破坏，ZT-1试件和UT-2试件的塑性铰位于墩底，CFST-1试件和UT-1试件发生了塑性铰上移的现象；与ZT-1试件相比，UT-1试件和UT-2试件的峰值荷载分别提高了3.52%和7.09%，位移延性系数分别提高了2.22%和4.60%；与CFST-1试件相比，UT-1试件和UT-2试件的峰值荷载均小于CFST-1试件，但UT-1试件和UT-2试件的位移延性系数分别提高了18.38%和21.14%；UT-2试件的整体耗能能力优于UT-1试件；UT-1试件和UT-2试件的承载能力下降较为缓慢，且变形能力较强，说明现浇UHPC和预制榫卯混合连接的装配式RC桥墩具有较好的抗震性能。

• 焊接微裂纹缺陷对顶板与纵肋构造疲劳性能影响研究

  宋松科，张翔，杜桃明，侯宇博，权新蕊

  为研究焊接微裂纹缺陷对正交异性钢桥面板顶板与纵肋构造疲劳性能的影响，首先采用扫描电子显微镜对实际桥梁结构的焊接断面进行缺陷检测，统计分析微裂纹尺寸和分布特性，然后基于既有试验和有限元分析方法，结合断裂力学理论，评估不同微裂纹缺陷对构造细节劣化效应的影响，并分析焊接微裂纹关键特征参数对构造细节疲劳性能的影响。结果表明：顶板与纵肋构造的焊趾及焊根处普遍存在微裂纹缺陷，焊根处微裂纹尺寸（平均值150.7 μm、标准差100.8 μm）大于焊趾处（平均值29.8 μm、标准差17.4 μm）；顶板与纵肋构造细节主导失效模型主要由微裂纹尺寸决定；构造细节疲劳寿命直接由焊接微裂纹尺寸决定，其疲劳强度为100～200 MPa；疲劳裂纹最终扩展方向与焊接微裂纹初始角度无关，仅受实际受力状态影响。

• 线性剪切流作用下设置沉井施工期受力特性研究

  康啊真，张东明，顾宇航，金可，祝兵

  为研究水流作用对设置沉井施工期受力特性的影响，采用线性剪切流模拟非均匀流，建立水流-圆形设置沉井相互作用模型，分析不同施工阶段圆形设置沉井与水流的相互作用情况，并与均匀流作用进行对比。结果表明：线性剪切流作用下圆形设置沉井水流力及水流力矩随流速的增加均呈平方关系。线性剪切流呈表面流速大、底层流速小的规律，对结构尾流区的涡漩有显著抑制作用，与均匀流作用相比，线性剪切流作用下结构受力偏小。随着沉井不断下沉，结构吃水深度增加，过水断面进一步压缩形成了绕流，引起局部压力及水流力成倍增加。

• 混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩抗震性能研究

  为了解混合接头（灌浆套筒和钢管剪力键相结合）及方钢管约束对装配式方形截面混凝土桥墩抗震性能的影响，分别制作混合接头连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+无约束的装配式方形截面混凝土桥墩试件各1根开展拟静力试验及有限元计算，分析各桥墩试件的破坏模式、结构延性、耗能能力、强度退化、刚度退化、残余位移等抗震性能及影响参数。结果表明：装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的破坏形态基本相同，均为压弯破坏。与无约束的装配式混凝土桥墩试件相比，装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的水平荷载峰值和位移延性系数更高；与灌浆套筒连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件相比，采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件滞回曲线更饱满、无明显捏缩，抗震性能更好。对于混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩，增大轴压比和降低长细比可提高桥墩的承载力，但降低了延性；增大约束系数可提高桥墩的承载力和延性，建议混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩的轴压比≤0.3，长细比≤12，约束系数取0.58～0.90。

• 基于地震易损性的斜拉桥斜置式黏滞阻尼器参数优化

  马祖桥，马长飞，苏锐涵，陈亮，冯欢

  为获得超大跨径斜拉桥斜置式黏滞阻尼器的合理参数，提出将基于全概率理论的斜拉桥地震易损性分析方法应用于该类阻尼器参数优化设计中。该方法综合考虑桥梁结构地震动的随机分布特点，同步建立斜拉桥顺桥向、横桥向的黏滞阻尼器参数-地震易损性曲面，以桥梁体系地震易损性最小为目标函数，分析顺桥向与横桥向的易损性曲线变化规律及优化参数，并综合顺桥向及横桥向参数优化结果，得到斜置式黏滞阻尼器的合理参数。以主跨806 m的芜湖长江公路二桥为背景，进行斜置式黏滞阻尼器参数优化设计。结果表明：基于全概率理论的斜拉桥地震易损性分析方法能够综合考虑桥梁结构的地震响应因素，并能根据设计目标对斜置式黏滞阻尼器进行参数优化设计；芜湖长江公路二桥优化后的斜置式黏滞阻尼器与主梁之间的夹角宜设定为26.3°，阻尼系数为3 213 kN·（m/s）-0.26。

• 掺钢纤维无配筋UHPC矩形梁抗扭性能试验研究

  周聪，汪建群，贾文博，祝明桥，罗许国

  为研究掺钢纤维无配筋超高性能混凝土（UHPC）矩形梁的抗扭性能，分析钢纤维类型对梁体纯扭受力行为的影响，设计制作4根UHPC矩形梁［包括未掺钢纤维试件1根；掺短圆直、长圆直、端钩钢纤维试件各1根（钢纤维长分别为13，20，13 mm，直径均为0.2 mm，体积掺量均为2%）］，并设计1套纯扭加载装置进行试件纯扭试验。基于试验结果，分析各试件在纯扭作用下的扭矩～扭率曲线、开裂和极限扭矩、扭矩～应变曲线、裂缝分布等，并推导UHPC矩形梁的抗扭承载力计算公式，将计算值与试验值进行对比验证。结果表明：掺入钢纤维使UHPC试件由脆性破坏变为延性破坏，且开裂和极限扭矩均有明显提升，最大提升幅度分别为45.6％和100.6%；当体积掺量不变时，钢纤维类型对无配筋UHPC梁开裂扭矩和扭率影响较小，但对极限扭矩和扭率以及裂缝分布有较大影响；掺端钩纤维试件和掺长圆直纤维试件的抗扭承载力和延性均优于掺短圆直纤维试件；掺钢纤维UHPC梁在纯扭作用下的主拉和主压应变显著高于未掺试件，表明钢纤维可以有效“桥联”UHPC基体；试件的抗扭承载力试验值和计算值比值的平均值为0.93，标准差为0.09，说明提出的抗扭承载力计算公式具有良好的精度。建议实际工程中的无筋或少筋UHPC构件采用端钩或长圆直纤维，以改善结构的抗扭延性和裂后承载力。

• 基于深度学习与漏磁探伤的桥梁缆索检测预警系统研究

  孟庆领，张云，王海良，黄欣，宋金博

  为准确、全面地评估桥梁缆索的损伤，开发了基于深度学习和漏磁探伤的桥梁缆索检测预警系统。该系统主要由检测平台和预警平台两部分组成，利用检测平台中爬索机器人的高清摄像头和磁传感器列阵收集缆索表面的缺陷图像及漏磁信号数据，随后将缺陷图像输入到深度学习模型中对其进行自动分类与识别，利用小波分析处理漏磁信号数据以确定内部高强钢丝锈蚀缺陷位置，并根据检测到的数据提出了五级预警。为验证桥梁缆索检测预警系统的可靠性，利用该系统对4座在役斜拉桥的缆索进行检测。结果表明：该系统嵌入的深度学习模型和经过小波分析处理后的磁信号能够准确识别桥梁缆索表面的缺陷特征和内部钢丝锈蚀位置；该系统中预警平台可以将检测信息及时发送给管养部门，便于其采取相应的补救措施。

• 主索鞍位移滑动副结构模型试验研究

  为选择更适合的主索鞍位移滑动副材料，以燕矶长江大桥为背景开展试验研究。参照该桥主索鞍位移滑动副的构造和边界条件，制作钢-不锈钢、无储脂坑的聚四氟乙烯（PTFE）板-不锈钢、有储脂坑的PTFE板-不锈钢和改性聚甲醛（POM）减摩层板-不锈钢4组滑动副材料短尺寸滑块，通过顶推试验测试4组滑块的滑动摩擦系数和结构强度，再优选2组滑动副材料制作长尺寸滑块，观察顶推试验后滑块的变形和破坏情况并进行比选。结果表明：4组短尺寸滑块在良好润滑条件下的滑动摩擦系数分别为0.083、0.017、0.013和0.018，PTFE板-不锈钢滑块在试验后均发生了塑性变形，屈服强度均低于13.59 MPa，改性POM减摩层板-不锈钢和钢-不锈钢滑块的结构强度显著大于PTFE板-不锈钢滑块；优选有储脂坑的PTFE板-不锈钢和改性POM减摩层板-不锈钢进行长尺寸滑块试验，试验后有储脂坑的PTFE板-不锈钢滑块顶推力逐次增大，变形明显，改性POM减摩层板-不锈钢滑块的表面无变形，无破坏；改性POM减摩层板-不锈钢滑块的滑动摩擦系数与PTFE板-不锈钢滑块接近，结构强度显著大于PTFE板-不锈钢滑块，为推荐的位移滑动副材料。

• 风屏障破坏所致风载突变对桥梁列车行车安全影响研究

  吴肖波，张迅，韩艳，何旭辉

  为研究桥上风屏障局部破坏对桥梁列车行车安全性的影响，以某四塔公铁两用斜拉桥为背景，进行列车动力响应和行车安全性影响参数分析。推导列车通过风屏障破坏段时车辆和桥梁的风荷载，并通过桥梁和列车节段模型风洞试验，测得计算所需气动力系数；在此基础上建立风-车-轨-桥耦合振动模型，研究了风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速对列车动力响应及行车安全的影响。结果表明：突风效应会导致列车横向位移达到最大值，遮风效应会使列车横向加速度达到最大值；随风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速的增加，列车动力响应随之增加；风屏障破坏会增加列车的轮重减载率和脱轨系数，并且高风速下各节车辆在风屏障破坏段的脱轨系数差异较大；仅在风速不大于10 m/s时，列车可以180 km/h的车速安全通过风屏障破坏段。

• 波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁桥设计参数分析

  查上，邓文琴，刘朵，张建东，

  为明确波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁桥关键设计参数的合理取值范围，以3×30 m波形钢腹板结合梁桥通用图为研究对象，建立波形钢腹板工字钢-混凝土结合板梁有限元模型进行参数敏感性分析。研究翼缘板宽厚比、波形钢腹板高厚比、横隔板间距及钢梁高跨比等对结构受力性能的影响，并给出关键设计参数合理取值建议。结果表明：波形钢腹板工字钢梁跨中处受压上翼缘板宽厚比小于23、支点处下翼缘板宽厚比小于19时可满足结构稳定性要求；跨中处波形钢腹板高厚比不宜大于265，支点处腹板厚度由抗剪需求控制；波形钢腹板横向刚度大于平钢板，横隔板间距可放宽至支点处翼缘板宽度的35倍；波形钢腹板工字钢结合板梁桥的钢梁高跨比可取1/28～1/18，经济合理高跨比约为1/25。

• 规则波浪作用下对称八边形沉井受力数值模拟研究

  为研究对称八边形沉井结构较传统沉井结构对周围流场遮蔽效应与受力激增的改善作用，采用数值模拟方法进行沉井结构受力特性分析。基于RNG κ-ε湍流模型及RANS方程，采用Flow3d软件建立水槽三维数值模型，在验证数值模型有效性的基础上，分析对称八边形、圆端形和矩形沉井结构在入射角为0°、30°、45°、60°、90°的规则波浪作用下，各结构周围流场的流速分布特性与波浪力，并与《港口与航道水文规范》（JTS 145—2015）的计算结果对比。结果表明：对称八边形沉井结构可有效改善传统沉井结构对周围流场的遮蔽效应与受力，使结构周围流场流速分布更均匀；与入射角为0°相比，入射角为30°～60°时，对称八边形、圆端形、矩形沉井结构所受的最大总水平波浪力激增1.5～1.8倍，建议在实际工程设计中考虑入射角的影响；入射角为90°时，规范计算的矩形沉井结构波浪力低于数值模型计算的对称八边形沉井结构波浪力。入射角为0°～90°时，规范计算的圆端形沉井结构波浪力均高于数值模型计算的对称八边形沉井结构，建议采用圆端形沉井结构计算方法指导对称八边形沉井结构设计。

• 重庆凤来特大桥总体设计

  重庆凤来特大桥主桥为计算跨径580 m的上承式钢桁拱桥。该桥设计过程中，选取主跨710 m单跨悬索桥、主跨600 m斜拉桥和计算跨径580 m的上承式钢桁拱桥3个方案，从结构特点、施工技术和经济性3个方面进行分析比选。由于计算跨径580 m的上承式钢桁拱桥方案具有结构简洁、整体刚度大、对V形河谷地形适应性好、上部结构施工难度低和造价最低的优势，因此最终采用该桥型方案。主拱拱轴线采用悬链线，计算矢高116 m，计算矢跨比1/5，拱轴系数2.0，拱肋采用双片主桁，上、下游两榀主桁平行布置，横向中心间距20.2 m；主桁上、下弦杆采用箱形截面，截面内宽1.8 m，内高1.8 m。结合原位试验和基坑有限元计算结果，拱座采用重力式拱座，扩大基础，自然山体两侧基坑边坡开挖后，采用预应力锚索和喷锚支护。拱上立柱采用等截面钢箱排架结构。拱上主梁采用工字形钢板梁+预应力混凝土桥面板的组合梁。通过结构计算，拱肋、平联和斜撑等各钢结构杆件强度和整体刚度、稳定性均满足要求。采用斜拉扣挂、缆索吊装方案进行主拱节段、立柱单元以及主梁构件安装。

• 东莞滨海湾大桥主桥总体设计

  东莞滨海湾大桥主桥采用对称空间扭索独柱塔斜拉桥，跨径布置为（60+200+200+60） m，塔梁固结体系。桥塔采用钢-钢壳混凝土混合塔，高149.8 m，中、下塔柱采用钢壳混凝土组合结构，利用钢材的可塑性满足桥塔建筑造型及外观质量的需求，利用内、外壁钢壳与混凝土的相互约束作用提高钢结构稳定性并形成核心混凝土，充分发挥两种材料优势；上塔柱采用纯钢塔，局部构件传力清晰且有效减轻结构自重；钢塔柱与钢壳混凝土组合塔柱交界面通过承压隔板、塔壁板、竖向加劲肋等保证传力连续。主梁采用分离式钢箱梁，全宽60 m。塔梁固结处桥塔结构连续，主梁通过局部加厚的顶、底板及多道纵、横隔板与桥塔连接。斜拉索为锌铝合金镀层平行钢丝索，标准抗拉强度1 770 MPa。结构分析表明，该桥静力、抗震、抗风性能均满足规范要求。该桥利用BIM平台融合建筑、设计、计算、钢结构智能化制造及装配化架设等应用场景，可为类似桥梁建设提供参考。

• 上跨京沪高铁钢桁梁桥耐久性及安全防护设计

  廊坊市交通中心工程上跨京沪高铁段采用跨度布置为（118+268+118） m的上加劲连续钢桁梁桥。为保证桥梁结构的使用寿命，对该桥耐久性及安全防护进行设计。采用梁端压重、固定支座体系、优化局部构造细节、超高性能混凝土复合桥面铺装体系等多项结构设计措施保证桥梁结构自身的耐久性；采用长效涂装体系结构防腐措施保证钢结构外部防腐的耐久性。采用可视化检查小车、养护维修小车及健康监测系统等结构外在养护设备，保证结构运营期间及时得到检修与管理，耐久性得以维护。针对上跨既有高速铁路桥梁安全防护的特殊要求，采用桥面安全防护、新型防脱落高强度环槽铆钉及多功能防落梁措施，满足了施工及运营情况下桥梁安全防护要求，防护效果较好。

• 临港公铁两用长江大桥主桥桥塔施工关键技术

  陈正，于志兵，徐代宏，韩冰，陈博

  川南城际铁路临港公铁两用长江大桥主桥为主跨522 m双塔双索面钢箱梁斜拉桥，桥塔为钻石形钢筋混凝土结构，塔高250.8 m，设中、下横梁各1道及上横梁2道。桥塔采用液压爬模施工，其中下塔柱与下横梁采用同步施工；中、上塔柱与中、上横梁及连接板采用异步施工。在中、上塔柱施工时，中、上塔柱间设置6道主动横撑，解决了塔柱、横梁异步施工时内倾塔柱因自由长度过长导致其根部受力较大的问题，避免了开裂；中横梁采用附壁支架施工，设计简洁且耗材少，整体安装快速便捷，承载性能好；连接板采用无水平推力弧形拱架施工，解决了跨度大、承载力要求高的问题；风洞与上横梁采用落地式组合支架施工，既解决了狭小空间内部支撑构件的安拆问题，又满足承载力强、稳定性高、风险小的要求。

• 五峰山长江大桥铁路二期恒载铺设技术

  刘亦奇，

  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，该桥加劲梁一期恒载为501 kN/m，二期恒载为318.1 kN/m，其中二期恒载中的铁路道砟为189.4 kN/m。加劲梁采用不携带二期恒载整节段架设、合龙后铺设二期恒载的方法施工。由于二期恒载达到加劲梁恒载的38.8%，加劲梁合龙后，加劲梁线形未达到成桥线形，在铁路道砟集中摊铺过程中，面临着加劲梁桥面系局部应力分布不均的难题。针对该桥特点，通过分析，该桥有砟轨道采用分阶段对称隔断与连续摊铺相结合的方案施工，将4线铁路分4个阶段进行铺设，阶段1和阶段2采用对称隔断的方式进行底砟及预留线道砟摊铺，阶段3和阶段4采用单向连续的方式进行连镇线轨枕及面砟摊铺。该摊铺方案引起的主缆线形变化较为平缓，避免了施工过程中加劲梁桥面系局部应力集中的问题，采用所提出的方案施工后该桥线形及加劲梁内力控制均较好。

• 超大尺寸承台预制混凝土围堰施工与计算分析

  李文俊，李哲

  马来西亚石晶咖大桥主桥为（200＋400＋200） m预应力混凝土双塔斜拉桥，主墩承台采用八边形结构，长42.5 m、宽30 m、高5 m。该桥主墩承台采用预制混凝土围堰施工，围堰主要由围堰壁板系统（包括预制混凝土壁板、现浇湿接缝、安装支撑）和围堰底板系统（包括预制混凝土底板、底板梁、现浇湿接缝、局部现浇混凝土层）组成。为缩短建设工期，提高施工便捷性和安全性，结合马来西亚水上建设条件，围堰采用分块设计、分块施工方案，即壁板及底板分块工厂预制，现场拼装后焊接连接钢筋，而后浇筑混凝土形成整体。为验证施工方案的安全性，采用MIDAS Civil软件建立围堰有限元模型，分析高水位和低水位2种最不利工况下围堰结构的弯矩。计算结果表明：2种工况下结构的受力均满足规范要求，该桥采用的预制混凝土围堰施工方案可以满足结构安全性要求。该桥承台围堰底板已完工，底板各部位受力状况与设计基本一致。

• 高速铁路无独立合龙段的T构桥主梁施工技术

  杜松，翁方文，周毅

  新建福厦铁路泉州湾跨海大桥为时速达350 km的高速铁路桥，其海上浅滩区部分引桥为15联（50＋50） m T形刚构桥。主梁为单箱单室预应力混凝土箱梁，采用挂篮对称双悬臂浇筑施工，T构未设置独立合龙段，而是采用浇筑最后一节边跨直线现浇段的方式直接实现T构梁段合龙。主梁施工过程中，墩顶0号块（A0节段）采用三角托架法现浇施工，三角托架安装后进行预压，然后采用一次浇筑成型工艺浇筑节段混凝土；A1～A12悬臂节段采用全封闭式挂篮悬臂施工；在A13边跨直线现浇段施工时，对落地钢管支架法、边墩三角托架法、墩顶吊架法、挂篮悬臂浇筑法进行综合比选，最终选择挂篮悬臂浇筑法施工。A13边跨直线现浇段施工时，利用挂篮底平台作为其底模系统、挂篮外侧模板作为其外侧模板，采用3拼I14型钢对挂篮底纵梁进行支撑，在墩帽处垫石两侧用Ø20 mm精轧螺纹钢对挂篮进行对拉，增强了模板稳定性；通过平衡配重的设置及支座约束解除时机的控制，保证了A13节段施工质量。结构受力及线形均满足设计要求。