桥梁建设杂志

桥梁建设杂志2023年第3期

• 张靖皋长江大桥南航道桥北锚碇地下连续墙施工工艺试验研究

  戴俊平，李奔琦，王瑞

  张靖皋长江大桥南航道桥为主跨2 300 m的双塔双跨吊钢箱梁悬索桥，南、北锚碇基础均采用支护转结构复合地下连续墙结构。北锚碇地下连续墙（长118.05 m、宽75.05 m、深67 m）分为一期槽段（封闭钢箱混凝土结构）、二期槽段（钢筋混凝土结构），一期钢箱外伸的4道钢筋网片与二期钢筋笼外伸的2道钢筋网片采用无接触搭接，形成新型排插钢筋刚性接头。北锚碇地下连续墙采用先一期槽段后二期槽段的工艺施工。为解决排插钢筋刚性接头质量要求高、一期钢箱变形风险大、相邻槽段混凝土灌注过程中防绕流难度大等难题，采用BC40铣槽机“纯铣法”成槽，一期钢箱和二期钢筋笼采用长线法分节段匹配制作，采用特制刷壁器刷洗接头处钢筋上的泥渣，在一期钢箱两侧设置隔离箱并回填碎石，在一期钢箱侧壁与槽壁间设置注浆水袋并在注浆水袋之间回填碎石。为验证工艺的可行性和适应性，在与北锚碇地层相近处开展3个槽段（2个一期槽段和1个二期槽段）的足尺模型工艺试验。结果表明：地下连续墙成槽垂直度不大于1/800，排插钢筋搭接长度偏差不超过3 cm，接头处刷壁效果良好，施工质量满足要求；一期钢箱变形不超过4.5 mm，应力不超过18 MPa，应力和变形可控；混凝土灌注防绕流措施有效。该桥北锚碇施工工艺方案总体可行，能够指导实际施工。

• 马鞍山公铁两用长江大桥主航道桥桥塔混凝土抗裂技术研究

  龙勇，刘爱林，董继红，黄斌，盖珂瑜，

  马鞍山公铁两用长江大桥主航道桥为千米级三塔钢桁梁斜拉桥，边塔高308 m、中塔高345 m，桥塔采用钢-混组合结构，中、下塔柱采用C60混凝土结构，塔柱横截面壁厚1.4～3.0 m。为提高该桥桥塔混凝土抗裂性能，在优选原材料的基础上，提出添加降黏剂的混凝土配合比进行优化比选；优选分别掺加16%减缩型和12%抗裂型降黏剂的混凝土配合比进行1.4 m（未设冷却水）和3.0 m（设置冷却水）壁厚塔柱的足尺模型试验。结果表明：降黏剂的掺入可显著降低混凝土的塑性粘度和开裂温度，提升混凝土的应力储备，延缓混凝土到达温峰的时间，提高混凝土的抗裂性能；足尺模型混凝土表面外观质量均良好、均未出现有害裂纹。由于掺加16%减缩型降黏剂配合比混凝土的性价比更优，因此该桥Z3号、Z4号桥塔最终采用该配合比方案，提高了混凝土外观质量及抗裂性能，拆模后的塔柱混凝土表面平整光滑、色泽一致，无有害裂纹。

• 基于深度学习的桥梁非线性气动力模型研究

  张文明，冯丹典，葛耀君

  为准确模拟桥梁断面气动力的非线性特性和流体记忆效应，构建了基于深度学习的非线性气动力降阶模型。引入前馈神经网络（FNN）和长短时记忆（LSTM）网络2种深度学习框架，利用CFD强迫振动数值模拟获取非线性气动力数据，采用谐波叠加法合成强迫振动位移信号；结合2种框架的结构特征，以断面位移为输入、气动力为输出，针对性构建了用于网络训练、验证和测试的数据集。以某三塔悬索桥钢箱梁断面为例，分别建立基于FNN和基于LSTM网络的气动力降阶模型，并针对不同频率、自由度的强迫振动和自由振动等工况，评估对比了模型的性能。结果表明：2种降阶模型均可较好地模拟任意合理振动工况下断面非线性气动力，计算效率较数值模拟有极大提升，其中，基于LSTM网络的降阶模型具备更优的非线性气动力模拟性能。

• 悬索桥主缆除湿过程中钢丝尺度流动特性研究

  宋神友，陈焕勇，程潜，倪雅，郑章靖

  为精确预测悬索桥主缆内除湿空气的流动阻力，以深中通道伶仃洋大桥主缆为研究对象，针对钢丝束截面中微米至毫米级尺度下的空气流动特性进行数值研究。考虑到钢丝堆积方式和通气方向的不同，对钢丝六面体堆积水平通气、钢丝六面体堆积垂直通气和钢丝方形堆积水平通气3种物理模型下的空气流动特性进行数值模拟研究，并与经验公式进行对比；分析来流速度、钢丝间距及钢丝排数对钢丝束内空气流动特性的影响。结果表明：钢丝之间空气的流速较大，钢丝六面体堆积垂直通气时，空气流动所受阻力最大；钢丝束进出口单位距离压差随来流速度的增大而增大，且构建钢丝实体模型计算的钢丝束进出口单位距离压差大于采用经验公式计算的结果；钢丝间距越小，空气流经钢丝束时受到的阻力越大，且阻力系数最大值出现在钢丝六面体堆积垂直通气的情况；钢丝排数对截面空气流动特性的影响较小。

• 西堠门公铁两用大桥岩锚锚碇承载特性研究

  甬舟铁路西堠门公铁两用大桥主桥采用主跨1 488 m斜拉-悬索协作体系桥，金塘岛侧采用岩锚锚碇。为研究该桥岩锚锚碇的承载特性，基于地质概化模型、岩体力学参数，构建岩锚锚碇结构与岩体互相作用的三维数值模型，分析预应力和主缆荷载作用下围岩变形特征与塑性区分布规律及超载作用下岩锚的破坏模式与围岩稳定安全系数。结果表明：按顺序施加预应力和主缆荷载后，岩体最大变形分别为2.75 mm、1.99 mm；施加预应力有利于减小岩锚锚碇系统的变形；在承受主缆荷载时岩锚锚碇系统工作性能良好，带动了较大范围的深层岩体参与承担主缆荷载；岩锚破坏模式是从后锚室上方破坏并向上部发展；初步判断岩锚围岩稳定安全系数为7.0；建议岩锚体上方不宜大范围削坡扰动岩体，并采取增加框架锚索、锚杆防护等加固措施。

• 西堠门公铁两用大桥索梁锚固区域受力分析及传力机理研究

  李刚，何东升，刘宇辰，濮留纯，卫星

  甬舟铁路西堠门公铁两用大桥主桥为主跨1 488 m斜拉-悬索协作体系桥，主梁由3个流线型扁平钢箱梁组成，斜拉索梁端采用内置于边箱风嘴部位的钢锚箱锚固，钢锚箱与箱梁纵腹板双侧连接。为研究该桥索梁锚固结构的受力特性和焊缝传力机理，确保锚固结构承载安全可靠，选择全桥索力荷载最大的S26号钢锚箱索梁锚固结构进行局部受力研究。采用Abaqus软件建立索梁锚固区域多尺度有限元模型，分析不同施工阶段对索梁锚固结构受力状态的影响，以及索梁锚固结构处于不同索力工况下，锚固区域应力分布和焊缝传力机理。结果表明：钢锚箱锚固结构设计合理、安全可靠；锚箱结构受力相对独立，基本不受梁段施工阶段边界条件变化影响，而与锚箱相连内腹板则存在约17%的应力变化；索梁锚固区域整体应力水平较低，但存在明显的应力集中现象，主要分布在锚箱与腹板相连的6条焊缝附近，且随着索力荷载增大，应力集中现象更为突出；锚箱与腹板相连的6条焊缝分配索力合理，但不同焊缝等效应力沿焊缝方向呈现不同分布形式，且随着索力荷载增大，焊缝等效应力分布特征更加显著。

• 千米级铁路悬索桥梁端支座位移长期变化规律分析

  刘华，刘兴旺，，陈斌，

  为掌握环境温度对大跨铁路悬索桥梁端支座位移及支座累计位移的影响，以某千米级公铁两用悬索桥为背景进行研究。基于该桥结构健康监测系统2021年的梁端支座位移长期监测数据，采用相关性基准值设定方法将梁端支座位移数据回归到合理区间，基于差分累加法获得支座累计位移，通过划分时段分析温度变化率对支座位移与环境温度间相关性的影响。结果表明：支座位移与环境温度间存在显著线性正相关关系；实测主梁伸缩系数和经验计算值基本吻合，全年南、北侧上游支座位移变化幅值和季度总累计位移基本一致，主梁两侧梁端变形具有高度的一致性；列车过桥时会导致主梁振动，支座大概率会发生小幅瞬间滑动现象，释放因主梁微小变形所产生的摩阻力；支座累计位移与桥梁结构体系有关，铁路悬索桥支座累计位移远小于公路缆索结构体系桥梁；温度变化率及其绝对值的大小对支座位移与环境温度间的相关关系存在一定的影响，温度变化率越稳定且绝对值越接近于0，两者相关关系越强。

• 山区桥梁设计风参数实测方法及与规范结果对比研究

  白洪涛，张志田

  针对山区桥梁设计风参数难以确定的问题，提出结合地形模型风洞试验、现场风观测、气象站数据统计分析确定山区桥梁设计风参数的方法。采用地形模型风洞试验确定桥址风场空间分布；利用短期内桥址现场与气象站同步观测结果对比确定两地风速缩放关系；再根据气象站长期风速资料确定风速概率分布模型，并结合风速缩放关系、桥址风场空间分布得到桥址各位置的设计基准风速以及检验风速。以某拟建跨峡谷大跨悬索桥为背景，应用该方法确定了该桥设计风参数，并与《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T 3360-01—2018）计算结果进行对比。结果表明：山区桥址平均风速沿桥轴线呈不均匀分布，具有明显的方向性；桥址平均风速在高风速时以东南风向与西北风向为主，且东南风向形成负攻角，西北风向形成正攻角，风攻角正负具有明显的风向依赖性；平均风攻角随着风速的增加而降低，但仍明显高于我国规范规定范围；-3°～+3°小风攻角下，规范方法得到的检验风速高于实测方法，偏安全，对于大风攻角，规范方法偏危险。

• 斜拉桥异形钢索塔锚固区受力敏感性因素分析

  新首钢大桥主桥为主跨280 m的不对称倾斜拱形钢塔斜拉桥，斜拉索为空间异形索面。由于斜拉索锚固区与变截面扭曲钢塔的空间衔接关系不断变化，导致异形钢索塔锚固区的受力非常复杂。为了解复杂钢索塔锚固区的受力特性，以为该区域局部合理优化提供依据，采用CATIA软件建立索塔锚固区有限元模型，对影响该区域局部受力的主要因素进行敏感性分析。结果表明：影响索塔锚固区的主要敏感性因素包括斜拉索横向偏角、钢锚箱腹板厚度、锚腹板的底部夹角；斜拉索有横向偏角时，锚腹板角点应力对角点约束刚度敏感，且在距离角点4～5 cm处布设加劲肋最为有效；在锚腹板高度一定的前提下，锚腹板与承压板衔接点应力对锚腹板底部夹角较为敏感；锚固区应力扩散区域有限，边、中跨锚固区之间受力相互影响小。

• 孔跨布置对大跨度铁路悬索桥刚度的影响研究

  苏朋飞，胡所亭，郭辉，孙大奇，

  为探究孔跨布置对大跨度铁路悬索桥刚度的影响规律，以某主跨1 092 m的公铁两用悬索桥主桥为背景，采用MIDAS Civil软件建立不同数量边跨（0～4边跨）的悬索桥有限元模型，对5种模型的主跨竖向刚度、跨中横向位移及梁端变位等指标进行对比分析。结果表明：孔跨布置对大跨度铁路悬索桥的主跨竖向刚度、跨中横向位移、梁端竖向转角、梁端横向折角、梁端横向位移、梁端纵向位移和桥梁自振特性有较显著的影响，但随着边跨数量的增加，影响逐渐趋于收敛；孔跨布置对主缆重力刚度影响较小。大跨度铁路悬索桥无边跨时，桥梁的梁端竖向转角、横向折角和纵向位移均明显增大，设计时应慎重选用；单边跨时，桥梁的梁端横向位移较大（横向限位支座约束时，对应的横向反力较大），需采取相应措施；地形条件允许时，建议增加边跨数量，同时加强梁端位移荷载组合方法、长效控制措施和高性能梁端伸缩装置的研究。

• 中承式钢管混凝土拱桥拱肋关键参数影响分析

  为寻求钢管混凝土拱桥拱肋关键参数的合理取值，分析拱肋关键参数对钢管混凝土拱桥结构力学行为、桥梁景观和工程造价等方面的影响。以净跨径360 m中承式钢管混凝土拱桥为背景，结合既有经验，以矢跨比系数（矢跨比倒数）、拱轴系数和主管管径为单因子变量建立17个主桥有限元模型，研究恒载作用下各关键参数对主拱内力、变形和稳定性等的影响规律。结果表明：随着矢跨比系数增大（矢跨比减小），拱肋的竖向刚度减小，弦管轴力和拱脚水平推力增大，关键截面偏心距标准差呈波浪形变化，主拱稳定系数先增大后减小；上弦管拱顶处轴力对矢跨比系数的敏感性高于拱脚处，下弦管相反。随着拱轴系数的增大，关键截面偏心距标准差先减小后增大，拱肋成拱后马鞍形效应越突出；拱脚截面、L/4（L为主拱跨径）截面和拱顶截面弦管轴力对拱轴系数敏感性较高，L/8截面和3L/8截面的较低。管径为1～1.2 m时关键截面偏心距标准差基本相同，随着主管管径增大，主拱稳定系数增大。背景桥梁矢跨比、拱轴系数和主管管径分别取1/4.0、1.55、1.2 m时可兼顾景观、受力和经济性。

• 基于VMD-SVD的桥梁挠度监测温度效应分离方法研究

  为实现桥梁挠度监测信号中温度效应的分离，提出一种基于VMD-SVD的挠度监测信号温度效应分离方法。该方法首先利用奇异值分解（SVD）对信号进行降噪，然后利用变分模态分解（VMD）对降噪后的信号进行分解，得到日温差效应分离结果；同时考虑到年温差效应的频率接近0与长期挠度难以分离，对采样频率进行修正，使年温差效应的频率远离长期挠度，利用VMD实现长期挠度和年温差效应的分离。为验证VMD-SVD信号分离法的可行性，以武汉某大跨斜拉桥为背景，采用MIDAS Civil软件建立大桥有限元模型进行挠度模拟分离，并对桥梁实测挠度监测信号进行温度效应分离。结果表明：挠度监测信号经SVD降噪处理后，温差效应分离精度显著提高；修正采样频率可解决长期挠度与年温差效应难以分离的问题；桥梁实测挠度监测信号温度效应的分离结果具有空间上的相关性和时间上的连续性，该方法可有效分离桥梁挠度监测信号中的温度效应。

• 丹江口水库特大桥桥塔设计

  陈景丽，沈峰，刘敬，魏奇芬，廖原

  丹江口水库特大桥为主跨760 m的双塔部分地锚式轻型组合梁斜拉桥，采用梁塔分离、梁台固结的结构体系。综合考虑当地人文特色及山水环境特征，桥塔采用下塔柱内收呈倒八字的H形混凝土结构，两岸桥塔高度分别为194.09 m、199.41 m，塔柱采用D形截面，上、下横梁为单箱单室矩形截面。0～13号、14～24号斜拉索分别采用混凝土齿块、钢锚梁锚固于塔端，桥塔下横梁不设置竖向支座，0号斜拉索提供竖向支承。利用有限元软件对桥塔各施工及运营工况进行计算，并对索塔锚固区钢锚梁局部进行精细化分析，计算结果表明桥塔及索塔锚固区钢锚梁各项力学指标均满足规范要求。

• 溧阳景詹沙河大桥空间异形钢拱桥设计

  励晓峰，包龙生

  溧阳景詹沙河大桥为（80+123+45） m的大跨径空间异形钢拱桥，采用空间异形钢拱与三跨曲线钢箱梁组合的结构，标准桥宽13.5 m。该桥拱肋以古琴造型为设计元素，拱肋内外边线采用幂次修正的对勾函数，截面为六边形，高62 m。全桥共设10根斜吊杆，上端采用耳板集中锚固于拱顶，下端采用锚箱与主梁连接，沿弧形道路中心线自然形成扇形索面。曲线主梁采用等高度单箱多室钢箱梁，梁高2.5 m，主墩，边墩处设置观景平台。主墩由钢拱脚和钢斜杆组成V构，可以有效减小主跨跨径、抵抗曲线钢箱梁外倾、部分平衡拱脚的水平力和弯矩。边墩采用V形立柱，桥头两侧为重力式桥台。经计算，拱脚节点、拱梁固结节点和拱顶吊杆锚固节点等关键节点构造的受力均符合要求。水中曲线钢箱梁采用带浮托顶推滑移的方法施工，主拱近似直线段采用在桥面上先纵向滑移再横向滑移最后竖向转体的方法施工。

• 西安绕城高速上跨西安北客站转体斜拉桥设计

  西安绕城高速上跨西安北客站桥梁主桥采用跨径布置（100+240+100） m的双塔混凝土斜拉桥，桥面全宽31.4 m，双向6车道。该桥采用连续梁支承体系，并设置摩擦摆支座和阻尼器的抗震构造。主梁采用C60混凝土双边纵梁结构形式，每根斜拉索对应设置1道横梁。桥塔采用榴锦造型，外形为弧形曲线，采用C60混凝土，横向由2个塔柱组成，下设整体式承台及钻孔灌注桩基础。该桥采用转体法施工，转体系统采用钢球铰支座，分上、下两片，设计竖向承载力为385 000 kN。斜拉索采用Øs15.2 mm、标准抗拉强度1 860 MPa的环氧涂层钢绞线。边墩采用三柱式框架墩，墩顶设盖梁，墩底下设承台及钻孔灌注桩基础。对结构进行静力、动力分析，各项指标均满足规范要求；对转体过程的混凝土上、下转盘进行局部受力分析，扣除局部加载的影响范围，各点的拉、压应力均满足规范要求。桥塔采用“支架法+爬模法”现浇施工；主梁采用“支架现浇+牵索挂篮悬浇”施工，平面转体跨越既有铁路。

• 越龙山人行玻璃悬索桥总体设计

  刘丰洲，许伟龙，吴强强

  越龙山人行玻璃悬索桥为主跨710 m的空间索面地锚式人行玻璃悬索桥。该桥主缆垂跨比为1/11.8，采用大张开量的空间索面，跨中设置3对柔性中央扣，桥下设置空间索面的抗风缆，以提高桥梁整体抗风稳定性，主索鞍采用竖向摩擦隔板技术以提高索鞍的抗滑移安全系数。桥塔采用门式结构，由混凝土塔柱和钢横梁组成。根据地形因素，西北侧及东南侧主缆设置隧道式锚碇，东北侧及西南侧主缆设置重力式锚碇，抗风缆设置岩锚桩结构。加劲梁采用纵横梁格构体系，纵梁采用4道工字钢，横梁采用箱梁形式，外侧2道纵梁间距由跨中8.5 m按抛物线变化至桥塔处17.5 m，中纵梁3 m宽度范围内设置玻璃桥面，外侧设置压型钢板超韧性混凝土桥面。

• 丹江口水库特大桥地锚式桥台CFRP预应力岩锚施工技术

  丹江口水库特大桥为主跨760 m双塔双索面部分地锚式混合梁斜拉桥，边中跨比为0.2，边跨端部设置空腔式箱形台身＋岩锚的组合式地锚式桥台。为提高地锚式桥台在横桥向不平衡土压力作用下的抗滑稳定性，在1号地锚式桥台台身外侧墙中心线位置布置14组（每组2束）高性能竖向CFRP预应力岩锚结构，该岩锚结构由CFRP预应力锚杆和RPC粘结介质构成，分为地上锚固段、自由段和地下锚固段3段。该岩锚结构采用后安装工艺施工，即CFRP预应力锚杆先在工厂加工制作，整体运输至现场后单根整体安装下放。为验证CFRP预应力岩锚结构的可靠性、注浆工艺的可行性，在CFRP预应力岩锚主体结构施工前进行足尺模型工艺试验。工艺试验结果表明：CFRP预应力岩锚结构具有良好的锚固性能及足够的安全储备，注浆工艺可行。地锚式桥台施工时在墙身位置预埋管道，桥台及上部主梁施工后从梁面顶部通过预埋管道进行地下锚固段孔道钻孔施工，清孔后进行CFRP预应力锚杆整体下放安装，之后进行孔道注浆，最后进行CFRP预应力锚杆张拉、封锚，完成岩锚施工。该桥28束CFRP预应力岩锚已施工完成，且岩锚注浆密实，注浆强度满足设计要求。

• 大跨钢桁结合梁悬索桥现浇桥面板拉应力优化研究

  唐茂林，李超，陶齐宇，王昆

  为改善大跨钢桁结合梁悬索桥现浇桥面板的拉应力，解决现浇桥面板在负弯矩区易开裂的问题，以四川卡哈洛金沙江大桥（主跨1 030 m的钢桁结合梁悬索桥）为背景，对现浇桥面板拉应力优化进行研究。采用有限元软件BNLAS建立桥梁三维模型，通过施工阶段分析揭示现浇桥面板拉应力产生的机理，研究浇筑长度、桥面板浇筑顺序、工作面数量3个因素对浇筑后桥面板与钢桁梁应力的影响。结果表明：减小现浇桥面板浇筑长度可有效降低其浇筑后最大拉应力，但当浇筑长度较小时，继续减小浇筑长度对降低桥面板拉应力的效果会减弱；不同桥面板浇筑顺序对桥面板浇筑后的应力有较大影响，将工作面在主跨范围内均匀布置可以得到较优的应力；增加工作面数量可进一步降低桥面板的拉应力，降低浇筑过程中钢桁梁杆件最大应力，工作面数量从2个增加到4个，对降低现浇桥面板浇筑后最大拉应力效果较好。建议该桥现浇桥面板施工采用浇筑长度84 m、工作面数量4个、工作面沿主跨均匀布置的方案。

• 人工岛填筑对紧邻高架桥桩基受力影响与填筑方案研究

  董子龙，傅鹤林，侯禹辰，卢金栋，刘洪震

  深中通道工程东人工岛在广深沿江高速高架桥下方填筑施工，为了解其施工对紧邻高架桥的影响并选取合理的填筑方案，对采用不同分层填筑厚度、顺序、方向的填筑方案进行有限元分析比选；对最终采用的填筑方案中桩基水平位移、固结沉降进行监测，并对固结沉降简化计算方法进行研究。结果表明：填筑方案的选取应以桩基水平位移为主控项目；对于锁口钢管桩+内支撑保护形式的桩基，采用先围护内填筑较先围护外填筑的桩基水平位移小，横桥向交替填土较顺桥向交替填土的桩基水平位移小，分层填筑厚度0.5 m较1.0 m的桩基水平位移小，钢板桩+内支撑保护形式桩基也有类似规律；先内后外、横桥向分层交替填土、控制填筑厚度的填筑方案为最优方案。监测结果显示：该填筑方案可有效控制桩基水平位移，实现了既定控制目标；提出的固结沉降简化计算方法可用于可行性研究阶段中类似土层固结沉降的初步估算。

• 高填方堆载对邻近桥梁桩基受力影响分析及处理

  李志伟，杨岳峰，赵剑豪，李继光，刘鹭，

  为保证邻近高填方堆载的桥墩桩基安全，研究高填方堆载作用对邻近桥梁桩基受力的影响，并采取合理的处理措施。以某邻近高填方堆载的山区公路桥梁为背景，采用有限元法和现场检测相结合的方式，分析桥面及桥墩横桥向偏位、填方坡体位移、桩基变形及内力，并进行桩基抗弯及抗剪承载力验算及现场复核。结果表明：在高填方横桥向堆载作用下，桥梁墩柱和桩基将产生横桥向偏位，内、外侧桩的变形性状基本一致，且最大偏位发生在桩顶区域；受桩顶系梁所形成的门式刚架约束影响，外侧桩轴力显著增大，内侧桩轴力显著降低；内、外侧桩的桩身弯矩最大值均发生在桩顶区域，且内侧桩桩顶弯矩和桩身弯矩均大于外侧桩。针对受力计算及现场检测结果，采取高填方卸载及反压、墩柱及桩基纠偏、裂缝处理等措施，有效地保障了桥梁的安全。