桥梁建设杂志

桥梁建设杂志2023年第2期

• 丹江口水库特大桥总体设计

  詹建辉，廖原，丁望星，阳晏，唐守峰

  丹江口水库特大桥采用跨径布置为45.8 m＋（106.2＋760＋106.2） m＋45.8 m的双塔部分地锚式混合梁斜拉桥，梁塔分离、梁台固结。主梁采用混合梁，宽31.6 m，主跨创新地采用分离式双钢箱+正交异性钢-UHPC组合桥面结构轻型组合梁，并在跨中采用具有阻尼锁定功能的无轴力连接装置；边跨采用预应力普通混凝土边主梁；钢-混结合面设置在主梁主跨距桥塔20 m处。桥塔采用下塔柱内收的H形塔，桥塔基础采用整体式承台+大直径群桩基础。桥台创新地采用重力-碳纤维增强复合材料岩锚组合式地锚桥台。斜拉索采用标准抗拉强度为1 860 MPa的Ø7 mm平行钢丝索，桥塔每侧设24对斜拉索，边跨斜拉索12对锚固于梁上、12对锚固于地锚桥台上，在桥塔处设竖直0号斜拉索作为竖向支承。

• 马鞍山公铁两用长江大桥主航道桥Z4号墩围堰施工关键技术

  顿琳，王令侠，

  马鞍山公铁两用长江大桥主航道桥为（112＋392＋2×1 120＋392＋112） m三塔钢桁梁斜拉桥，Z4号墩承台为矩形倒圆角结构，平面尺寸89.2 m×54.7 m，高10 m。承台采用先平台后围堰方案施工，围堰为双壁钢套箱结构，平面尺寸93.6 m×59.1 m，高35 m，高度方向上分为4层（顶节为单壁，其余为双壁）。底节围堰采用分块制造、水中浮态连接的施工技术，解决了围堰在长江航道整体制造、运输的难题，同时简化了施工工序，保证了围堰快速化施工。底节拼装后对称、分块接高第2节和第3节双壁钢套箱围堰，然后分区取土下沉，通过在围堰各分块上设置高精度空间姿态测量装置，依据数据分析结果动态调整围堰分块后拼接角度及下沉过程中的姿态，保证了围堰顺利下沉到位。底隔舱和封底混凝土采用插管法分区、交替浇筑，并在底隔舱上增加横向支撑，解决了因底隔舱跨度较大，封底混凝土灌注时底隔舱和围堰侧板连接处受力较大的问题。围堰抽水后封底混凝土止水效果良好，已顺利完成承台浇筑施工。

• 桥梁大型沉井基础建造技术发展与展望

  张永涛，杨钊，李德杰，曾旭涛，朱俊涛

  沉井基础在大型桥梁主墩、锚碇基础中得到广泛应用，并在沉井工程勘察、工程设计与施工技术方面取得了一定的进展。在工程勘察技术发展方面，地质参数获取方法在现有理论分析法、室内试验法、现场试验法的基础上进一步发展了现场载荷板试验法，研制了侧摩阻力监测装置，对地基承载力、侧摩阻力等地质参数认识不断加深。在工程设计技术发展方面，通过对平面形式与尺寸、结构安全、软弱地基砂桩加固等方面不断进行优化设计，形成了适用于大型沉井的结构与地基处理的设计方法。在沉井施工技术发展方面，针对沉井浮运定位与着床，提出了井孔封闭助浮、多阶段多方式长距离浮运技术，以及液压千斤顶多向快速定位着床技术，研发了锚系定位系统；针对锅底开挖下沉的不足，提出了全节点支撑、中心块状支撑等新型开挖下沉工艺；针对高压射水结合泥浆泵设备取土的不足，研制了四绞刀快速破取土设备、可自移动式快速取土设备、机械臂水下定点取土机器人等新型设备；针对人工监测的不足，采用信息化监测系统进行沉井施工监测，形成了自动监测-风险预警-辅助决策控制-设备自动化执行的智能化监测控制技术；在沉井工业化建造技术方面进行了有益探索，将取土平台与供气管、供水管、排泥管、施工电缆桥架等进行了集成化设计，推动了大型沉井的应用与发展。但在大型沉井理论、智能化装备、智能化建造方面还存在不足，随着工程建设的不断发展，地质参数高精度获取、理论分析方法、大型沉井设计与施工规范、特殊地层建造技术、工业化与智能化施工是大型沉井建造技术发展的方向。

• 西堠门公铁两用大桥高桩承台基础波流荷载特性研究

  肖海珠，魏凯，胡楷宇，李小珍

  西堠门公铁两用大桥主桥5号桥塔采用高桩承台深水基础，承台为六边形截面，长68 m、宽46.4 m、高10 m，桩长88 m。为了解该跨海桥梁高桩承台深水基础在海洋环境下的波流荷载特性，对高桩承台基础在不同波流条件下所受波流力展开研究。采用CFD软件Flow 3D建立三维波流数值水槽模型，实现波流耦合数值仿真，在通过缩尺模型水槽试验验证可靠的基础上，采用数值仿真计算高桩承台基础不同构件在波流同向、反向及纯波时，不同流速条件下所受波流力，并分析群桩波流力的非均匀特性，提出群桩波流力非均匀性系数γ和桩基系数K以表征群桩波流力特性。结果表明：高桩承台基础在纯波及波流同向时横桥向波流力变化不大，在波流反向时横桥向波流力显著增加，其最大值为纯波条件下最大值的1.13倍；承台所受横桥向波流力在波流同向时随流速增大而减小，在波流反向时一定流速范围内随流速增大而增大；群桩主要受水流力作用，所受作用力随流速增大而增大；群桩波流力非均匀性系数γ最大可达75.9%。

• 大纵肋正交异性钢-免蒸养UHPC组合桥面板力学性能研究

  刘益铭，张清华，卜一之，田启贤，

  为明确大纵肋正交异性钢-免蒸养UHPC组合桥面板的力学性能，进行免蒸养UHPC材料力学性能试验、构件静力模型试验与疲劳模型试验，分析其材料基本力学性能、剪力钉抗剪性能、组合桥面板抗弯性能及疲劳性能。结果表明：免蒸养UHPC材料的弹性模量略高于高温蒸养UHPC材料，其他力学性能指标相较于高温蒸养UHPC材料均有不同程度的降低；免蒸养UHPC中剪力钉的破坏模式表现为剪力钉根部剪断并伴有焊环局部UHPC压溃，组合桥面板名义开裂应力为13.7 MPa，满足结构抗裂性要求；组合桥面板的疲劳破坏模式表现为UHPC结构层开裂，继而纵肋与横隔板连接焊缝焊趾处疲劳开裂，组合桥面板的疲劳寿命最终由焊接细节的疲劳强度所控制；纵肋与横隔板连接焊缝的等效疲劳强度为157 MPa，满足现行规范要求。

• 配置纤维增强筋的钢-UHPC组合桥面板抗弯性能试验研究

  王中文，陈杰，魏川，李明哲，张清华

  为提升钢-UHPC组合桥面板的结构性能，考虑采用纤维增强筋替代UHPC中的钢筋。为研究配置纤维增强筋的钢-UHPC组合桥面板的弯曲抗裂性能，寻求合理的纤维增强筋，设计、制作4组钢-UHPC组合桥面板试件（抗裂筋分别采用钢筋、CFRP筋、GFRP筋和BFRP筋，每组2个），开展弯曲试验，以钢筋试件为参照，对比3类纤维增强筋试件的挠度、应变和裂缝发展规律。结果表明：各类试件的荷载～挠度曲线、荷载～应变曲线和荷载～最大裂缝宽度曲线的发展均与抗裂筋的力学性能密切相关；抗裂筋的弹性模量决定了钢-UHPC组合桥面板试件的抗弯刚度和裂缝控制能力，CFRP筋具有与钢筋相当的弹性模量，故其抗弯刚度大、裂缝控制能力强，而GFRP筋和BFRP筋弹性模量显著小于钢筋，故其裂缝控制能力较差；抗裂筋的抗拉强度决定了钢-UHPC组合桥面板试件的抗弯承载力，3类纤维增强筋的抗拉强度均高于钢筋，故其极限承载力均高于钢筋试件。为确保钢-UHPC组合桥面板的抗裂性能，建议必要时采用CFRP筋替代钢筋。

• 基于摇摆机械铰连接的自复位桥墩抗震性能研究

  为减少自复位桥墩的摇摆界面可能由压力造成的混凝土压碎和预应力损失，同时加快预制桥墩与承台的连接速度，基于某采用钢筋提供耗能能力及恢复力的可恢复铰（简称RH铰），提出一种新型摇摆机械铰。该新型摇摆机械铰（简称摇摆铰）首先将RH铰的普通钢筋改为无粘结预应力筋和U形耗能器，分别为桥墩系统提供自复位能力和耗能能力，形成球形机械铰（简称球形铰），再增大支点与墩中心线的距离使重力提供稳定力矩。对该摇摆铰与球形铰结构构造进行对比分析，推导摇摆铰桥墩和球形铰桥墩的荷载～位移关系，对比2种桥墩的滞回曲线，并以某四跨连续梁桥为背景，采用非线性时程分析方法对比分析采用摇摆铰和球形铰桥梁的地震响应。结果表明：摇摆铰桥墩的滞回曲线呈典型的旗帜形，而球形铰桥墩的滞回曲线可用弹塑性曲线表示；在相同条件下，摇摆铰桥墩比球形铰桥墩具有更强的水平承载能力和自复位能力；与采用球形铰的桥梁相比，采用摇摆铰的桥梁中墩处主梁峰值位移更大，中墩墩底剪力相近，残余位移更小，自复位性能更优。

• 深中通道西人工岛岛桥结合部受波浪力作用试验研究

  戈龙仔，刘高，陈汉宝，

  波浪力作用下人工岛岛桥间易出现波能集中和雍水等情况，为了解该区域的力学性能及波浪特性，以深中通道西人工岛岛桥结合部为背景，开展缩尺比为1∶40的岛桥结合部受波浪力作用试验。分析岛桥结合部所受波浪力及波浪特性参数，结合规范公式对波浪特性参数的调整系数进行推导，并对桥梁进行结构优化。结果表明：深中通道西人工岛岛桥结合部最大顶托力、侧向力分别为4 126.66 kN、96.54 kN，最大压强为123.72 kPa，与设计值对比，结合部越浪量、波峰面高程、波浪力、最大压强调整系数取值范围分别为1.84～1.95、1.14～1.65、1.64～2.91、1.27～1.42；若采取整体抬高桥梁结构0.5 m的结构优化方案，半封闭区域水动力条件改善明显，越浪量和波浪力均能减少50%以上，建议条件允许时采用该方案。

• 南京仙新路过江通道主桥抗风性能风洞试验研究

  于俊杰，肖海珠，蒋帆影，张明金

  仙新路过江通道主桥为跨径布置（580+1 760+580） m的悬索桥，桥塔高267 m，加劲梁采用整体式闭口钢箱梁。为研究该桥运营阶段抗风性能，通过1∶50缩尺比加劲梁节段模型风洞试验分析大桥的驰振性能及提高大桥颤振性能的气动措施；通过1∶140缩尺比全桥气弹模型风洞试验，验证大桥的颤振、静风稳定性，并研究桥梁的抖振响应。结果表明：该桥在常遇风攻角范围内（-3°～+3°）不具备发生驰振的必要条件，加劲梁断面具有良好的驰振稳定性；加劲梁原始断面的颤振稳定性不满足规范要求，在中央防撞护栏间增设0.67 m高中央稳定板后，颤振临界风速高于颤振检验风速并具有一定的富余量；采用优化措施后，大桥具备良好的静风与颤振稳定性，加劲梁、桥塔在设计风速下各测点抖振响应值较小且均未发生不稳定振动或发散性振动。

• 大跨钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋竖转施工抗风性能研究

  为保证大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋竖转施工过程的抗风安全，以某主跨342 m钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋竖转施工为背景，研究该桥劲性骨架拱肋在竖转施工过程中的抗风性能及抗风措施。根据竖转施工特点，采用ANSYS软件分别建立2种最不利施工状态（拱肋竖转临界状态和拱肋合龙前状态）有限元模型计算风致响应，提出设置浪风索的抗风措施以提高抗风稳定性。结果表明：拱肋在2种最不利施工状态下会产生显著的拱顶横向位移和拱脚转轴连杆应力，危及拱肋施工安全；设置浪风索能有效降低处于竖转施工阶段的拱肋在横风作用下的拱顶横向位移和拱脚转轴连杆应力，且浪风索应力满足要求，可保证竖转施工安全。浪风索截面面积对拱脚转轴连杆应力影响较小，对拱顶横向位移影响较大，同时考虑到施工中浪风索张拉力的不均匀性，设计时宜适当增加浪风索截面尺寸，以提升结构整体抗风安全储备。

• 双工字钢组合梁桥偏载扭转效应分析及计算

  马海英，李清岭，石雪飞，刘琛，周子杰

  为了解双工字钢组合梁桥偏载扭转效应对钢主梁应力的影响，并能准确计算其扭转应力，以淮河特大桥引桥为背景，进行有限元及理论计算。采用ANSYS软件建立引桥有限元模型，结合有限元计算结果，理论分析钢主梁跨中及支点处的扭转翘曲正应力和弯曲正应力；研究桥梁跨径、钢主梁高度、桥面板厚度、横梁间距、钢主梁间距等参数对钢主梁扭转效应的影响；提出采用修正系数计算偏载系数及考虑弯扭耦合效应的钢主梁扭转应力简化计算方法，并与有限元结果进行对比。结果表明：偏载作用下钢主梁的纵向正应力大于均布荷载作用，最大超过20 MPa，偏载作用下的扭转效应不能忽略；钢主梁间距对钢主梁翘曲效应影响较大，其余参数影响较小；提出的钢主梁扭转应力简化计算方法与有限元法计算结果偏差较小。

• 变截面波形钢腹板PC组合连续箱梁横向受力性能研究

  赵品，荣学亮，王涛，卜建清，

  为研究变截面波形钢腹板PC组合连续箱梁的横向内力分布规律及有效分布宽度，以某连续梁桥为背景，设计、制作一片三跨变截面波形钢腹板PC组合连续箱梁的缩尺模型，通过试验与有限元模拟相结合的方法进行试验梁横向内力研究。按分级加载方式分别在试验梁中跨跨中与边跨跨中进行单点与双点加载，并采用Abaqus软件建立试验梁有限元模型，分析各工况下跨中截面的横向内力，以及中支点、横隔板对横向内力分布的影响；最后推导有效分布宽度计算公式，并与现行桥规值对比。结果表明：沿中线单点加载时，试验梁的横向应力由中腹板位置的顶板向两侧逐渐递减，偏载时两侧边腹板的横向应力差值较大，偏载工况下畸变与横向翘曲现象较明显，可采用增大腹板线刚度或增加横隔板厚度等措施进行改善；中支点对横向应力的分布具有较大的影响，工程应用应考虑中支点的影响；设置横隔板对抵抗跨中横向负弯矩具有较好的效果，横隔板处顶板横向应力明显减小；与有效分布宽度试验值相比，按桥规计算得到的有效分布宽度值较为保守，建议对现行桥规值进行适当修正。

• 牛田洋大桥主桥钢桁梁设计

  汕头市牛田洋大桥主桥为（77.5+166.1+468+166.1+77.5） m公轨两用钢桁梁斜拉桥。主桥采用双层桥面布置，上层为双向8车道一级公路兼城市快速路，下层为双线跨座式轨道交通。该桥采用半飘浮体系，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结构，主桁采用三角桁，桁高11 m，2片主桁中心间距16 m；副桁上弦杆采用平行四边形箱形截面，弦杆顶板中心线间距37.2 m。主梁共63个节间，标准节间长15.1 m，主跨及次边跨公路桥面系采用纵横梁体系正交异性整体钢桥面板，边跨公路桥面系采用纵、横梁支撑的混凝土桥面板；下层轨道交通无桥面板，设置下平纵联。索梁锚固采用锚拉板式钢锚箱。主梁标准节段采用两节间大节段全焊制造。边跨、次边跨钢桁梁采用顶推法施工，主跨钢桁梁采用悬臂吊装法施工。

• 成都西一线跨绛溪河大桥设计

  曾春清，徐勇，屈健，李林

  成都西一线跨绛溪河大桥为（55+175+55） m三跨连续曲线异形钢拱桥，桥宽51 m。拱肋呈空间扭曲形态，两拱肋于主跨跨中交汇，拱脚处拱肋与边纵梁结为一体，拱间无其他横向联系，曲线内、外侧拱肋均采用单箱单室钢箱结构。主梁采用纵横梁+正交异性钢桥面板，设4根纵梁，均采用单箱单室钢箱梁。主跨内对称布置8对吊杆，呈扇形布置。桥墩采用矩形实体墩，桥台采用重力式桥台，基础均采用群桩基础。3号墩采用纵向固定、横向滑动的减隔震支座，2号墩及1号、4号桥台均采用双向滑动减隔震支座，并在桥台中间设置横向剪力键。应用BIM技术进行上部钢结构100%的正向设计，确保结构设计的合理性；采用MIDAS Civil和Abaqus软件进行结构性能分析，计算结果表明该桥受力性能满足规范要求。该桥采用先梁后拱的总体施工方案。

• 考虑不平衡力矩作用下的转体球铰设计方法研究

  全伟，张志强，刘旭政，邓林，

  针对平转法转体桥梁转体球铰常规设计法忽略不平衡力矩造成球铰设计安全储备不足或后期转体困难等问题，提出考虑不平衡力矩作用下的转体球铰设计方法，以成都某T构转体桥为背景进行研究。采用MIDAS FEA软件建立转体球铰部分有限元模型，分析钢制球铰半径改变对结构受力的影响规律；然后推导不平衡状态下球铰应力计算公式，通过转体结构的受力关系，根据撑脚是否着地的设计目标，按结构对称与非对称，给出球铰半径的确定方法，进而确定启动力矩等其他设计参数；最后结合转体桥梁工程实例验证该方法的适用性及准确性。结果表明：考虑不平衡力矩作用下的球铰设计方法适用于当前不同转体工程实例，其适用范围更广、安全性更好；转体球铰设计时应预先考虑不平衡力矩对球铰设计的影响。

• 高速铁路上承式连续钢桁组合梁合理设计参数研究

  为给高速铁路上承式连续钢桁组合梁的结构设计提供理论支撑，以某高速铁路主跨172 m跨运河上承式连续钢桁组合梁桥为背景，进行合理设计参数研究。分析桁高、边中跨比及桥面板是否设置预应力筋对结构静力特性以及用钢量的影响，并进行车-桥耦合振动分析。结果表明：主桁桁高合理取值为主跨跨径的1/12，此时桥梁结构能够获得较好的技术及经济指标；边中跨比取0.4～0.5时，结构静力特性均能满足规范要求，取0.5时最为合理；混凝土桥面板不适宜设置纵向预应力筋，为避免中支点附近桥面板开裂，采用UHPC超高性能混凝土是较好的解决方案；该桥型在上述设计参数下，列车运行速度在350 km/h及以下时，舒适性指标可达到“优秀”。

• 采用塔锚式架设法施工自锚式悬索桥可行性研究

  针对自锚式悬索桥“先梁后缆”法施工影响交通和环境的问题，提出塔锚式架设法。该方法借助边跨加劲梁延长主缆力的传递路径，通过塔梁临时锚固装置将主缆水平力由边跨加劲梁临时传递至桥塔，实现中跨加劲梁的“先缆后梁”架设。为研究塔锚式架设法的可行性及桥塔的复杂受力行为，以某双塔三跨自锚式悬索桥为背景，采用MIDAS Civil软件建立全桥模型，同时建立桥塔ANSYS实体模型和桩基与桩周土体FLAC 3D有限差分模型，分析桥塔压弯耦合失效、塔柱变形失效、桥塔基础推移失效3种桥塔失效模式，并分析垂跨比、加劲梁自重、边中跨比、桥塔墩高对桥塔压弯耦合失效模式的影响。结果表明：在中跨加劲梁吊装过程中，桥塔关键截面内力均在允许承载能力范围内，3种失效模式下各项指标均满足规范要求，说明塔锚式架设法可行。桥塔压弯耦合失效模式下，随垂跨比的减小、加劲梁自重的增加，桥塔塔底截面和塔梁连接处截面内力轨迹均呈现增大趋势；随桥塔墩高的增加，桥塔塔底截面内力明显增大，而塔梁连接处截面内力几乎没有变化；边中跨比对桥塔关键截面的内力轨迹影响程度有限，可以忽略。建议塔锚式架设法主要应用于加劲梁自重较小（如钢箱梁、钢-混组合梁等）、桥塔墩高较矮、塔基抗推性能较好的双塔三跨自锚式悬索桥。

• 武汉杨泗港长江大桥锚碇型钢锚固系统施工关键技术

  李永旗，申世靖

  武汉杨泗港长江大桥主桥为主跨1 700 m的双层公路钢桁梁悬索桥，该桥重力式锚碇由地下连续墙、帽梁、内衬、锚碇混凝土组成，采用型钢锚固系统（由后锚梁和锚杆组成）。锚碇基坑开挖后进行锚碇混凝土及型钢锚固系统施工，锚碇混凝土竖向分14层（每层分3块）浇筑，后锚梁和锚杆在工厂内加工制造，分批次随锚碇混凝土分层安装，通过定位支架（由后端支架、中间支架、前端支架、连接杆组成）进行空间位置调整。在该桥型钢锚固系统施工中，通过设置具有足够强度、刚度及稳定性的宽翼缘型钢定位支架，减小了分层混凝土浇筑对已定位后锚梁及锚杆精度的影响；通过无棱镜空间定位法控制锚杆前端中心位置，确保了锚杆安装精度，提高了锚杆测量速度、效率及安全性；通过对构件进行及时限位，避免了施工振动造成的构件位置偏移，有效减少了重复调整次数；通过两次钻孔成孔工艺确保了精制螺栓成孔精度。该桥型钢锚固系统安装用时120 d，其锚杆纵向偏位在10 mm内、横向偏差在5 mm内、锚固点高程偏差在5 mm内，均满足设计要求。

• 深中通道海中锚碇上方钢箱梁架设方案比选

  薛志武，梁丰，

  深中通道东、西泄洪区非通航孔桥采用110 m跨连续钢箱梁体系，两桥均有2孔钢箱梁上跨伶仃洋大桥海中锚碇，受锚碇自身和围堰等结构物影响，架设难度大。针对工程特点，提出大节段吊装、小节段顶推和大节段顶推3种架设方案，结合施工效率、临时结构用量、设备投入和施工风险等方面的对比分析。考虑到大节段顶推方案临时结构投入少，工期可控，同时避免了新设备的投入，综合经济性最优，最终确定采用该方案进行锚碇上方钢箱梁架设。采用ANSYS有限元软件建立钢箱梁板壳单元模型，对钢箱梁顶推全过程进行仿真分析。仿真分析结果表明：钢箱梁在中腹板局部进行加固后可满足顶推受力要求，大节段顶推方案安全可行。该方案实际施工过程高效、平稳，平均顶推速度可达20 m/d。