桥梁建设杂志

桥梁建设杂志2023年第4期

• 深中通道伶仃洋大桥主缆除湿防腐性能优化

  陈焕勇，徐军，李鹏，张啸晨

  为提高深中通道伶仃洋大桥主缆的除湿防腐性能，对该桥主缆除湿防腐措施及构造进行设计优化。通过对主缆内部不平衡的除湿过程进行分析，在传统转轮除湿技术的基础上，提出固定出口含湿量的冷凝除湿方式，干燥空气的制备从单一的转轮除湿优化为冷凝+转轮复合除湿，使主缆中相对湿度长时间维持稳定状态，保证其在高温高湿环境中的防腐耐久性。同时优化了防护构造，主缆缠丝区防护构造采用Z型缠丝+缠包带，非缠丝区索夹环缝密封采用卡槽+环形增强密封圈，直缝密封采用空心橡胶弹簧式密封条，螺杆紧固件采用整体式防水螺母密封，有效提高了主缆防护的气密性。

• 考虑四肢桥塔遮风效应的常泰长江大桥风-车-桥耦合振动研究

  韩旭，向活跃，李镇，苑仁安，李永乐

  常泰长江大桥主航道桥为跨径布置（142+490+1 176+490+142） m的双塔双索面双层公铁两用斜拉桥，采用空间钻石型桥塔。为保证该桥因四肢桥塔遮风效应引起风速突变时的行车安全性和舒适性，通过风洞试验测得车-桥组合状态下列车及桥梁的气动力系数和四肢桥塔区桥面风环境，分析线路位置的影响，在此基础上采用ANSYS软件建立该桥有限元模型，采用Matlab编制风-车-桥耦合振动分析程序，研究桥塔遮风效应对风-车-桥耦合振动性能的影响，对比分析风速和车速对列车动力响应的影响。结果表明：四肢桥塔遮风效应会引起连续2次风速突变，风速突变率达86%；四肢桥塔遮风效应使列车车体竖向加速度最大值由0.22 m/s2增加到0.76 m/s2，横向加速度最大值由0.20 m/s2增加到0.62 m/s2；风速越高，桥塔引起的列车动力响应突变程度越明显；不同车速下桥塔遮风效应对列车动力响应的影响较为接近。

• 悬索桥多阶竖向涡激振动塔梁阻尼减振系统研究

  华旭刚，张建辉，万田保，孙英杰，陈政清，

  为控制大跨度简支体系悬索桥的多阶竖向涡激振动，提出一种塔梁阻尼减振系统（在桥塔外伸牛腿与加劲梁之间布置耗能阻尼器），以武汉鹦鹉洲长江大桥为背景进行参数分析和减振效果研究。采用ANSYS软件建立大桥整体有限元模型，采用复模态方法分析阻尼器安装位置与阻尼系数对桥梁阻尼比的影响，给出3种优化准则，以选取最优阻尼系数和阻尼器安装位置，并将该系统应用在实桥中。结果表明：塔梁阻尼减振系统能同时提高桥梁多个竖弯模态的阻尼比，在相同阻尼系数下，模态阶数越高，最大附加阻尼比越大；随阻尼系数的增大，各阶竖弯模态的附加阻尼比先增加后减小，各阶竖弯模态均存在最大附加阻尼比和最优阻尼系数；随阻尼器安装位置与桥塔中心线距离的增大，各阶竖弯模态的附加阻尼比逐渐增大，最优阻尼系数逐渐减小，有利于降低阻尼器成本；实际安装阻尼器后大桥实测阻尼比较安装前有明显的提升。说明塔梁阻尼减振系统能够有效地控制大跨度简支体系悬索桥的多阶竖向涡激振动。

• 基于激光点云的预制混凝土箱梁外观尺寸检测方法研究

  为精确评估复杂施工环境下具有弯扭变形的预制混凝土箱梁的外观尺寸制作精度，基于三维激光点云提出预制混凝土箱梁的外观尺寸和整体变形全流程检测方法。该方法针对扫描点云的非均匀性，提出了点云混合压缩算法，较好地保护了曲率特征和低密度区点云。通过点云边界识别、点云面域分割提取特征线和特征面；对实际扫描中点云缺失面进行填充；采用切片投影法提取构件局部断面点云以进行尺寸计算。以某单跨高架桥8片预制混凝土箱梁为检测对象，针对7个典型尺寸检测项目，计算分析了其点云计算值和现场测量值的绝对差值，依据《公路工程质量检验评定标准 第一册 土建工程》（JTG F80/1—2017）评估了箱梁整体尺寸的制作精度，运用统计学方法评估整体变形形态。结果表明：箱梁7个尺寸检测项目共132组对比数据中80.3%的绝对差值保持在10 mm以内，验证了本文点云特征提取及尺寸计算方法具有较高精度；箱梁整体尺寸制作质量基本合格；箱梁上拱线形更接近三次多项式曲线，腹板相对扭转角保持在2°以内，表明箱梁并未产生过大的扭转变形。

• 偏载作用下超宽幅分体钢箱梁扭转效应分析

  肖海珠，周林君，卫星，何东升，肖林

  为研究不同成桥偏载作用下宽幅分体钢箱梁的扭转效应及结构参数对扭转效应的影响规律，以西堠门公铁两用大桥主桥斜拉-悬索协作区段宽幅分体钢箱梁为背景进行有限元分析。该桥为主跨1 488 m的斜拉-悬索协作体系桥，主梁为由3个流线型扁平钢箱通过箱形横梁连接组成的超宽幅分体钢箱梁。采用Abaqus软件建立该桥斜拉-悬索协作区段宽幅分体钢箱梁精细化有限元模型，计算3种偏载工况作用下钢箱梁3个典型截面（吊索作用截面、无横梁连接截面、斜拉索作用截面）顶、底板扭转翘曲正应力；分析腹板厚度、横梁宽度以及吊索横向间距对宽幅分体钢箱梁扭转效应的影响。结果表明：3种偏载工况作用下宽幅分体钢箱梁扭转效应明显，其中无横梁连接截面扭转效应最为突出，设计时应予以关注；增大腹板厚度可以降低钢箱梁顶、底板扭转效应，增大横梁宽度会增大顶板、腹板中间位置附近的扭转翘曲正应力，但会降低底板的扭转翘曲正应力最大值；吊索横向间距对扭转效应影响较小。

• 联合卷积神经网络与长短期记忆深度网络的桥梁损伤识别

  为准确评估桥梁结构状态，提升损伤识别效率，提出基于联合卷积神经网络（CNN）与长短期记忆（LSTM）深度网络的桥梁损伤识别方法，并用振动台试验数据进行验证。结合CNN空间特征和LSTM时间特征提取能力，构建桥梁结构损伤识别架构；提取5类时频域损伤特征，经对比分析后，采用结合平均频率和平均能量的组合特征进行损伤识别；基于振动台试验数据及其有限元模型数据识别了斜拉桥模型的损伤，并将识别结果分别与CNN、LSTM的识别结果对比。结果表明：采用联合CNN与LSTM深度网络建立的损伤识别方法可有效识别出桥梁的损伤位置和损伤程度，且偏差小，识别结果优于CNN、LSTM；未布置传感器的位置损伤识别精度较低；轻微损伤识别准确率相对较低。

• 单箱双室波形钢腹板-钢底板组合梁滑移效应研究

  刘世忠，毛亚娜，马驰，徐浩，贡保甲

  为了解剪切变形、剪力滞效应及滑移效应对单箱双室波形钢腹板-钢底板组合梁力学性能的影响，基于能量变分原理，推导该类组合梁的总挠度、界面滑移量及正应力解析解。以某等截面简支单箱双室波形钢腹板-正交异性钢底板组合梁为背景，通过理论分析、模型试验和有限元计算相结合的方法，分析考虑滑移效应的组合梁关键截面总挠度、界面滑移量及混凝土顶板横向正应力。结果表明：在集中荷载作用下，组合梁的总挠度、界面滑移量和横向正应力的解析解与实测值及有限元解吻合良好；由于附加弯矩的存在，剪切变形及界面滑移效应对组合梁总挠度的影响均不能忽略；组合梁的总挠度和界面滑移量随剪力钉抗剪刚度的增大不断减小，但减小的趋势逐渐放缓。施工设计时，可将剪力钉的抗剪刚度控制在挠度变化趋于平缓的范围内。

• 体外预应力UHPC梁预应力筋极限应力增量理论研究

  邓继华，李冬亮，颜凌志，周亚栋，

  为了解UHPC抗拉性能对体外预应力UHPC梁的影响，开展体外预应力UHPC梁受力至破坏全过程非线性分析，建立体外预应力UHPC梁预应力筋极限应力的计算方法和适用公式。首先在假定通长范围内体外预应力筋为常应变受力特性的前提下，采用迭代法精确求解体外预应力筋应变增量；然后编制体外预应力梁全过程非线性分析程序，并进行程序验证；最后参照国内外规范提出适用于体外预应力UHPC梁的预应力筋极限应力计算公式，以21根模拟体外预应力UHPC梁为研究对象，对比公式和非线性程序计算值。结果表明：体外预应力UHPC梁全过程非线性分析方法在计入UHPC抗拉性能的基础上精确考虑了体外预应力筋的受力特点，方法正确；考虑UHPC抗拉强度前、后计算所得的体外预应力筋极限应力增量相差2%～5%，说明UHPC的抗拉强度对体外预应力筋极限应力增量有一定影响；提出的公式具有一定的参考价值。

• 基于卷积神经网络的钢桥面板疲劳裂纹识别方法研究

  石林泽，程斌，董华能，刘天成

  为准确识别钢桥面板在车辆反复荷载作用下产生的疲劳裂纹，构建了一种用于Lamb导波信号分析和疲劳裂纹扩展尺寸识别的卷积神经网络方法。该方法先用小波函数对导波信号进行卷积处理，获取导波特征，然后对时域参数和频域参数进行优化，最后运用全连接网络对导波特征与先验性裂纹尺寸信息进行学习，实现疲劳裂纹扩展过程中的裂纹尺寸智能识别。以某大跨度钢箱梁斜拉桥钢桥面板的疲劳裂纹扩展过程监测为背景，通过数值模拟和实桥测试，并与小波变换法和傅里叶变换法进行对比，验证该方法的有效性和优越性。结果表明：卷积神经网络方法提取得到的导波特征随裂纹尖端扩展的变化趋势具有明显且稳定的规律性，裂纹扩展长度识别结果与裂纹真实值之间的识别误差均在1 mm内。卷积神经网络方法适用于工程实测中导波信号处理分析，可在钢桥面板裂纹监测中推广应用。

• 铁路连续槽形梁桥静力特性分析

  刘全民，张智凯，饶露，吴天群，宋立忠

  为给铁路连续槽形梁桥结构简化计算和优化设计提供理论依据，以某（40+64+40） m箱形截面铁路连续槽形梁桥为背景，进行铁路连续槽形梁桥静力特性分析。采用ANSYS软件建立该桥空间实体有限元模型，分析桥梁变形、控制截面应力分布、边梁和道床板的受力特点以及边梁和道床板分担纵向弯矩的比例，并对不同截面槽形梁桥的边梁与道床板承担纵向弯矩比例进行对比。结果表明：在恒载及列车活载作用下，中支座附近边梁向槽内倾斜，槽口减小；主跨跨中和边支座附近边梁外斜，槽口略微扩大；全桥各截面边梁下缘最大压应力明显大于道床板下缘最大压应力，截面下缘应力分布不均匀现象显著，剪力滞效应突出；该桥边梁和道床板在主跨跨中截面分担纵向弯矩的比例为1.41∶1，在两中支座处截面的分担比例分别为3.78∶1和4.00∶1，主跨跨中截面边梁承担弯矩的比例较低；槽形梁桥边梁与道床板的弯矩分担比例与二者的竖向抗弯刚度比呈正相关；箱形截面槽形梁相较其它截面槽形梁具有更大的抗弯刚度，可实现更大的跨度。

• 超大长宽比加劲型钢箱混凝土柱轴压性能分析

  程高，姬子田，周松腾，苟文忠

  为研究加劲肋构造形式和截面长宽比对超大长宽比矩形钢箱混凝土柱轴压性能的影响，通过钢箱混凝土柱屈曲分析，预测其轴心受压时的屈曲模式，提出最小加劲刚度比简化公式，以优化开孔板加劲肋设计。在此基础上，以某高速公路匝道桥薄壁墩为例，设计3组（无肋、设置刚性加劲肋、设置柔性加劲肋，每组5个）矩形钢箱混凝土柱试件，采用Abaqus软件建立各试件有限元模型，分析各试件的破坏模式、混凝土轴向应力分布和轴压承载力。结果表明：无肋和设置柔性加劲肋时试件轴压破坏屈曲模式相同，设置刚性加劲肋可改变试件轴压破坏屈曲模式；与无肋矩形钢箱混凝土柱相比，若矩形钢箱混凝土柱沿壁长方向均匀设置加劲肋，达到极限荷载时截面大部分区域混凝土轴向应力分布均匀，有效限制钢板向外屈曲，提高了钢箱与混凝土的组合作用；钢箱混凝土柱承载力提高系数随截面长宽比的增大呈逐渐减小趋势，刚性加劲肋试件的承载力＞柔性加劲肋试件的承载力＞无肋试件的承载力，加劲肋与混凝土的黏结可使试件具有更高的极限承载能力；提出的最小加劲刚度比简化公式对加劲肋设计具有较好的指导作用。

• 波形钢腹板组合梁双开孔钢板连接件横向抗弯性能研究

  为研究波形钢腹板组合梁双开孔钢板连接件的横向抗弯性能，以地约科1号大桥（波形钢腹板连续刚构桥）为背景，分析波形钢腹板与混凝土顶板双开孔钢板连接件（简称“T-PBL连接件”）在横向弯矩作用下的破坏模式及抗弯性能。以穿孔钢筋直径为变量，设计了3个试件，进行横向抗弯静力试验，并将试验值与现行《波形钢腹板组合梁桥技术标准》（CJJ/T 272-2017）中的理论值进行对比。结果表明：穿孔钢筋直径对T-PBL连接件试件破坏形态影响较小，在横向弯矩作用下试件的破坏形态均为受拉侧底部混凝土拉裂，同时受拉侧混凝土与钢翼缘板发生较大的剥离；试件的荷载～位移曲线分为弹性阶段、弹塑性阶段和屈服阶段；增大穿孔钢筋直径可以提高T-PBL连接件试件横向抗弯承载力，现行行业标准中对于T-PBL连接件的横向抗弯承载力计算方法较为保守，尤其对于大直径的穿孔钢筋试件，其安全储备较高。

• 平均风效应对悬索桥全过程颤振性能的影响研究

  为准确评估大跨悬索桥的颤振性能，建立平均风与气弹效应一体化气动力时域模型，研究平均风效应对悬索桥颤振临界风速与后颤振响应特性的影响。采用阶跃函数法建立悬索桥加劲梁断面的气动自激力时域模型，并通过伪稳态气动力扣除法解决时域分析中直接叠加气动自激力与平均风荷载会导致部分气动力被重复考虑的问题，从而构建平均风与气弹效应一体化气动力时域模型。以某大跨悬索桥为背景，基于该模型分析该桥加劲梁的颤振临界风速和后颤振性能。结果表明：平均风效应对加劲梁颤振临界风速具有一定的影响，考虑平均风效应后，加劲梁颤振临界风速稍有提高；平均风效应对加劲梁后颤振响应特性影响显著，考虑平均风效应后，加劲梁后颤振响应达到稳态极限环振动（LCO）所需的时间比不考虑平均风效应时明显缩短，且最终的LCO幅值也有所增大；后颤振频率随着风速的增加呈现递减趋势，相同风速下，考虑平均风效应时的振动频率比不考虑时有所降低。

• 波形钢腹板-钢底板组合箱梁抗火性能研究

  郑尚敏，沈强，程海根，唐维胜，管冲

  为研究波形钢腹板-钢底板组合箱梁的抗火性能，以某简支波形钢腹板-钢底板组合箱梁为研究对象，采用ANSYS软件建立组合梁的热-力耦合有限元模型，分析组合梁的温度分布、挠度变化、抗弯承载力衰退规律，并进行参数敏感性分析。结果表明：火灾作用下波形钢腹板-钢底板组合箱梁截面沿高度方向产生较大的温度梯度；组合梁挠度在火灾暴露初期、中期和后期三阶段分别呈现缓慢增长、快速增长和极速增长的特征；组合梁抗弯承载力衰退速率随受火时间的增加呈现先增大后减小的趋势；组合梁耐火时间随着荷载比的增大而减小，改变钢腹板型号和腹板加劲肋数量对组合梁耐火时间影响较小，增设底板加劲肋可有效延缓组合梁的挠度发展进入火灾暴露后期，从而增加其耐火时间。

• 独塔地锚回转缆悬索桥设计关键技术

  济新高速黄河三峡大桥为独塔地锚回转缆悬索桥，主缆跨度布置（540+185） m，垂跨比1/16，桥塔采用门形钢筋混凝土塔，北岸采用覆表式重力锚、南岸采用扩大基础重力锚，加劲梁采用钢桁梁、正交异性钢桥面板的板桁结合体系。单跨简支加劲梁一端固定、一端自由，横向设置抗风支座+限位剪断装置的约束体系。通过比选，回转缆索鞍系统采用了三索鞍体系，采用L形双滑动副底座系统以满足双向压力作用。主缆采用近六边形斜向非对称的索股编排方式，解决了回转端和塔顶主缆弯曲平面方向存在90°的转角差、索股扭曲交叉不易整形入鞍的问题。加劲梁节点设置钢牛腿和吊索连接，解决了回转缆立面展布空间需求问题。主缆采用优化后的PPWS法架设，钢桁梁采用缆索吊安装。

• 杭州市彭埠大桥主桥钢梁设计

  杭州市彭埠大桥主桥为（73.4+122+4×240+122+73.4） m公轨两用多跨悬链形上加劲钢桁梁桥，采用双层桥面布置，上层通行双向8车道公路，下层通行双线地铁与两侧各5.5 m宽的慢行系统。主桥钢梁横向采用2片主桁，桁宽36.8 m，桁高12 m，节间长10、12 m，主桁钢梁节点为全焊接整体节点，采用两节间半桁片结构设计及拼装方案；上、下层桥面均采用正交异性钢桥面板，竖撑杆位置与上层公路桥面纵梁及下层轨道桥面边纵梁位置对应；为改善上、下层横梁受力，钢梁所有节点处均设置横向联结系；钢梁设置悬链形上加劲弦杆，杆件全高从1.2 m渐变为2.8 m。钢梁采用先架设平弦部分钢桁梁，再施工上加劲系统的总体顺序，平弦部分钢桁梁架设采取双向顶推施工。施工过程中钢梁最大顶推重量为22 000 t，最大顶推长度为565 m，最大悬臂长度为80 m。采用MIDAS Civil软件对该桥运营阶段及施工阶段进行受力验算，结果表明该桥结构刚度较大，运营阶段及施工阶段钢梁受力满足规范要求。

• 基于BIM技术的复杂曲面桥塔三维造型设计

  长益复线至兴联路大通道工程（过江段）跨湘江主桥采用主跨380 m双塔斜拉桥，桥塔总体采用“湘江绣月”方案，大量采用空间曲面进行装饰。采用建筑信息模型（BIM）技术对该桥开展桥塔曲面的正向造型设计。首先，通过BIM模型构建参数化曲面空间，根据塔柱、塔冠、塔顶装饰、塔底装饰等不同部位的结构特点，针对性地采用多截面曲面、填充曲面、扫掠曲面等三维手段开展空间曲面参数化设计，在三维空间中确定塔冠、塔顶、塔底等部位空间曲面结构的设计参数；然后，由三维模型辅助二维绘图，综合采用断面输出、参数表输出等方法，完成三维曲面的二维出图表达；最后，在精细化三维模型基础上，进一步开展了可视化渲染、3D打印、有限元计算、工程量统计等一系列BIM技术应用，取得了良好效果。

• 马鞍山公铁两用长江大桥大节段钢桁梁滩地长距转运、存放关键技术

  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，钢桁梁采用全焊节段设计、制造，标准节段长28 m，节段最大重量约1 800 t。边跨及辅助跨钢桁梁采用顶推架设，主跨钢桁梁节段采用架梁吊机原位起吊悬臂架设。为解决该桥岸上和滩地范围钢桁梁节段无法船运至起吊位置架设的难题，提出在Z4号墩附近设提升站，提升站与Z3号墩间设运梁栈桥（平行于施工栈桥），提升站提升钢桁梁节段至运梁栈桥上，再运输至起吊位置或存放于运梁栈桥上的方案。提升站采用立柱＋纵梁＋横梁的门式结构，通过横梁顶设置的4套提升系统和纵梁顶设置的2套纵移系统，实现了钢桁梁节段的同步提升、纵移和下放。运梁栈桥采用钢管桩＋双层分配梁＋焊接工字形主纵梁＋钢轨的结构形式，对齐钢桁梁边桁双幅布置，标准跨度15 m，降低了防洪影响。钢桁梁节段转运时采用4台轮轨式运梁台车运输，通过液压油缸保持各支点反力恒定，保证了运输中钢桁梁和运梁栈桥受力安全。钢桁梁节段运输到存放位置后，运梁台车油缸卸落，通过钢桁梁节段支点处的垫梁支撑在运梁栈桥主纵梁两侧的存梁立柱上，台车驶离，实现了钢桁梁节段存放。

• 川滇金沙江大桥重力式锚碇非闭合式拱形咬合桩基坑支护体系设计

  周咏凯，李清培，邓亨长，何立，强永林

  沿江高速川滇金沙江大桥主桥为1 060 m单跨双塔钢桁梁悬索桥，云南岸采用重力式锚碇（基础平面尺寸65.0 m×69.5 m，最大开挖深度约29.2 m）。受锚碇基坑坡面起伏影响，不同开挖面土压力差异巨大，各开挖面无法通过荷载环向效应实现轴向推力自平衡，故提出一种适应山区陡峭地形的非闭合式拱形咬合桩基坑支护体系（由拱形咬合桩、角点抗力桩、压梁及预应力系杆索组成）。该体系仅在东侧和北侧设置基坑支护结构，通过咬合桩拱形效应将坑外土压力转化为拱轴方向推力，最终由设置在西北、东北及东南侧的角点抗力桩及桩后被动土压力共同承担。为验证结构安全性，对基坑边坡稳定性、支护结构内力及抗力、支护结构刚度进行计算分析。结果表明：最不利工况下，基坑边坡稳定状态良好，支护体系抗力有较大富余，结构刚度满足要求。该基坑开挖历时35 d，开挖过程平稳顺利，现场实测支护结构最大水平位移40 mm，实测值与计算值变化趋势基本一致。理论与实践表明，该新型支护体系结构安全可靠，可为山区桥梁深基坑建设提供新思路。

• 中马友谊大桥主桥深水基础临时结构设计及施工技术

  援马尔代夫中马友谊大桥主桥为（100＋2×180＋140＋100＋60） m混合梁V形支腿连续刚构桥，主墩均采用高承台群桩基础。该桥主墩基础施工面临珊瑚礁地层、深海、长周期波涌浪、航空限高及31个月超短工期等不利条件，桩基础采用全栈桥+钻孔平台方案施工，承台采用有底单壁钢吊箱围堰方案施工。在深水基础临时结构设计时，采用高桩大跨栈桥，应用半刚构体系将栈桥跨度提高至46.4 m；通过试桩等效水平推力试验得到钢管桩在波流循环作用下礁灰岩地层承载力设计依据；研发一种带叠合底板的钢吊箱围堰，解决了素封底混凝土开裂失效的问题。施工时，通过钢管桩打入性分析验证了大直径钢管桩在礁灰岩地层中施沉的可行性；研发高精度海浪预报系统，寻找作业窗口，保证栈桥沉桩效率；应用大刚度导向架及高精度调位系统，控制钻孔平台钢护筒基础的施沉精度；采用平台装配式整体吊装工艺，提高了恶劣海况下的施工效率及安全性；采用水封+干封二次封底工艺，保证了钢吊箱的封底质量。主桥深水基础下部结构在14个月时间完成，达到施工安全和主体结构质量控制目标。