桥梁建设杂志

桥梁建设杂志2023年第6期

• 西堠门公铁两用大桥主桥主墩基础施工关键技术

  甬舟铁路西堠门公铁两用大桥主桥为主跨1 488 m的斜拉-悬索协作体系桥，公铁平层布置。5号主墩采用18根Ø6.3 m超大直径钻孔桩基础，4号主墩采用双壁圆筒形嵌入式设置沉井基础（外径58 m、高37 m）。结合桥位处复杂海洋环境和主体结构特点，5号主墩基础采用导管架式深水栈桥＋自浮式钢桁架钻孔平台方案施工，4号主墩基础采用板凳式栈桥＋设置沉井方案施工。5号主墩超大直径钻孔桩施工时，设置深水栈桥（采用整体式导管架法建设），自浮式钢桁架钻孔平台（由钢桁架及钢锚桩组成）在船坞整体制造；浮运到桥位后，钻孔桩采用旋挖钻机分级成孔、全回转钻机全断面一次成孔，水下桩基混凝土采用双导管法灌注，解决了深水、浪涌及硬质裸岩下超大直径桩施工难题。4号主墩钢沉井结构在船坞整体制造，整体浮运到桥位后，首先通过定位系统（共设置12个混凝土重力锚）快速定位，然后对平面位置、高程和垂直度进行精确定位，解决了复杂海况下钢沉井整体浮运、精准定位及下沉着床难题。

• 马鞍山长江公铁大桥主航道桥施工方案

  刘爱林，沈大才，

  马鞍山长江公铁大桥主航道桥为双主跨1 120 m的三塔钢桁梁斜拉桥，桥塔基础采用Ø4.0 m超大直径钻孔桩基础，桥塔为钢-混组合塔（上塔柱为钢结构，中、下塔柱为C60混凝土结构），钢桁梁采用两节间大节段全焊设计、制造。边塔钻孔桩基础施工采用吹沙筑岛形成钻孔平台，钻孔采用旋挖钻分级扩钻成孔，承台采用钢管桩＋钢板桩组合围堰施工；中塔钻孔桩基础施工采用栈桥＋水上钢平台，钻孔采用旋挖钻＋回转钻组合接力成孔，承台采用矩形双壁钢套箱围堰施工，底节双壁钢套箱围堰采用水中漂浮连接法拼装。桥塔混凝土塔柱采用液压爬模施工，钢塔柱采用15 000 t·m塔吊分块吊装；下横梁采用落地支架分层现浇。岸上和牛屯河边滩上钢桁梁节段采用“提升站＋运梁栈桥＋运梁台车”方案转运至1 800 t架梁吊机起吊位置正下方由吊机起吊架设；边、辅跨间钢桁梁采用全顶推法架设，其余钢桁梁采用架梁吊机整节段悬臂架设；边（中）塔处设置抗风牛腿、Z3-Z4号塔间设置1座抗风临时墩，以保证主梁大悬臂架设过程中的抗风稳定；主跨跨中钢桁梁采用整节段合龙方案，先进行Z3-Z4号塔间主跨合龙，后进行Z4-Z5号塔间主跨合龙。

• 港珠澳大桥无人船水下综合检测系统研究

  景强，肖雪露

  港珠澳大桥桥长22.36 km，水下服役环境复杂，为提高对大桥水下结构设施服役状态的检测能力，设计无人船水下综合检测系统。研发智能化无人船平台、水下机器人系统、水下地形地层检测设备、船/岸异构无线通信系统、多源数据融合及三维可视化系统等关键模块。应用无人船水下综合检测系统在大桥处开展水下检测工程实践，获取水下结构关键部位表观状况、桥墩承台外形特征和周边冲刷情况、人工岛斜坡堤结构及周边冲刷情况、隧道顶部回淤状态等信息。检测结果表明：该系统安全、可靠、高效，实质性提高了跨海集群设施水下维养检测水平，解决了目前跨海集群设施水下检测手段单一，检测数据独立，可追溯性、交互性差等问题。

• 基于特征点的钢桁梁桥桁段虚拟拼装方法研究

  毛伟琦，，李小珍，王熊珏，

  针对山区钢桁梁桥1＋1预拼装对场地要求高、工序资源消耗大的问题，提出基于特征点的钢桁梁桥桁段虚拟拼装方法。该虚拟拼装方法主要通过多尺度三维激光扫描技术进行桁段逆向模型构建、基于聚类分割特征的逆向模型点云优化、基于迭代最近点算法的桁段拼装运算进行钢桁梁桁段虚拟拼装，以代替实体预拼装，减少施工工序。为验证该虚拟拼装方法的可行性及准确性，以某山区特大铁路悬索桥为背景进行钢桁梁桁段缩尺模型试验。结果表明：该虚拟拼装方法可以筛选出相邻桁段中偏差较大的螺栓孔，在最大程度上保证螺栓孔拼装的合格率，避免因为某些螺栓孔偏差较大影响全局的拼装精度，验证了该虚拟拼装方法的可行性及准确性。

• 单向及双向荷载作用下加劲曲板极限承载力研究

  肖海珠，汪蓉蓉，何东升，卫星，濮留纯

  为了解复杂受力状态加劲曲板的受力性能，以西堠门公铁两用大桥主桥钢箱梁腹板为背景，考虑几何非线性、材料非线性和初始缺陷，采用有限元法分析单向受压及双向荷载（压-压、拉-压）作用下加劲曲板的极限承载力，研究极限承载力随关键设计参数（曲线半径、加劲肋刚度比、肋间子板宽厚比及母板长宽比）的变化规律。结果表明：在单向受压作用下，加劲曲板的极限承载力基本不随设计参数的变化而变化，双向荷载作用下加劲曲板的极限承载力会随横向力的增加而降低，通过增大曲线半径、加劲肋刚度比可提高加劲曲板双向荷载作用下的极限承载力，通过降低肋间子板宽厚比、母板长宽比可提高加劲曲板压-压作用下的极限承载力。

• 明珠湾大桥主桥正交异性钢桥面板疲劳性能及寿命评估

  刘朋，陈艺旋，赵健，安路明，王元清

  为保证广州明珠湾大桥主桥疲劳性能及寿命满足要求，根据该桥正交异性钢桥面板设计尺寸和构造，采用与施工现场相同焊接条件，制作8个足尺单U肋模型并进行疲劳试验，确定桥面板的疲劳破坏关注点及其疲劳寿命曲线；建立桥面板有限元模型，分析实际车辆荷载作用下桥面板的疲劳力学性能，并根据名义应力法确定该桥钢桥面板的疲劳寿命。结果表明：桥面板U肋与顶板焊接位置、U肋与横隔板围焊位置为疲劳易损部位，循环次数为5×106次时，两处常幅疲劳极限分别为42.04 MPa和60.30 MPa；桥面板U肋与顶板焊接位置最大应力幅为14.02 MPa，小于常幅疲劳极限，可不考虑疲劳寿命；U肋与横隔板围焊位置最大应力幅为64.73 MPa，大于常幅疲劳极限，桥面板疲劳寿命为158年，满足大桥设计基准期100年的要求。

• 波形耐候钢腹板与混凝土顶板结合部横向抗弯疲劳性能研究

  张云，罗婷倚，杨涛，陈筱彬，陈明宇

  为了解波形耐候钢腹板组合箱梁桥中波形钢腹板-混凝土顶板结合部在横向弯矩下的疲劳性能，以飞龙大桥为背景，制作1个波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件，开展横向受弯疲劳试验。分析结合部试件的疲劳寿命、破坏形态、抗弯刚度变化情况等，并基于线性疲劳累积损伤理论，采用Eurocode 3和AASHTO规范公式评估结合部试件中相关细节的疲劳寿命。结果表明：波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件在最终疲劳破坏前经历了209.14万次的疲劳加载，可以满足结合部横向抗弯疲劳设计的要求；主要的疲劳损伤为连接波形钢腹板与钢翼缘的焊缝出现疲劳裂纹以及混凝土顶板的开裂；疲劳损伤的累积导致试件的抗弯刚度降至初始抗弯刚度的34.4%；采用Eurocode 3和AASHTO规范公式对结合部中细节进行疲劳寿命评估时，Eurocode 3规范公式计算所得的细节疲劳寿命更偏于保守。

• 正交异性钢桥面板纵肋与横隔板的主导开裂模式研究

  徐军，朱金柱，陈焕勇

  为给正交异性钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节的正交异性抗疲劳设计提供理论依据，以某大桥正交异性钢桥面板设计方案为背景，建立包含纵肋与横隔板交叉构造细节的正交异性钢桥面板有限元模型，分析关键结构设计参数对该构造细节各开裂模式应力幅的影响，以及该构造细节主导开裂模式的迁移机制。结果表明：纵肋与横隔板交叉构造细节各开裂模式的纵向应力影响线主要分布在关注部位相邻跨范围内，横向应力影响线主要分布在关注部位相邻2个纵肋范围内；顶板厚度对各开裂模式应力幅影响较小，不会使主导开裂模式迁移；横隔板厚度和间距对各开裂模式应力幅影响程度的差异显著，随着横隔板厚度和间距的增加，该构造细节的主导开裂模式发生迁移。

• 基于改进掩码-区域卷积神经网络的混凝土病害实例分割

  黄彩萍，谢鑫，周永康，李桂龙

  为对混凝土病害图像进行更精确的实例分割，提出改进掩码-区域卷积神经网络（Mask Region Convolution Neural Network，Mask-RCNN）。该网络采用轻量级的可移动网络（MobileNetV2）代替原始Mask-RCNN中卷积层过大的主干网络——残差网络（ResNet101），加入路径聚合网络（PANet），以提高Mask-RCNN提取浅层特征信息的能力。为验证改进Mask-RCNN的识别精度及其在实际工程中的可行性，首先构建多类混凝土病害图像数据集，利用K-means聚类算法确定最适合该数据集的先验边界框的长宽比，然后对比改进Mask-RCNN与原始Mask-RCNN、其它主流深度学习网络对混凝土五类病害（裂缝、露筋、剥落、白皙和空洞）的识别结果；最后利用无人机采集到的钢筋混凝土桥梁病害图像作为测试集进行测试。结果表明：改进Mask-RCNN在提高计算速度的同时能更准确地定位病害，减少了误检和漏检，识别精度高于原始Mask-RCNN及其它深度学习网络；改进Mask-RCNN可以识别无人机拍摄的未经训练的新的混凝土病害图像，识别精度满足实际工程需求。

• 重载车流荷载作用下桥梁极值效应预测与评价

  李成，钟继卫，王亚飞，余岭

  为评价城市现行交通荷载水平并指导城市桥梁结构设计，以武汉市智慧桥梁管理系统长期观测的重载车辆数据为基础，对武汉市重载随机车流荷载作用下桥梁不同回归期内的极值效应进行预测和评价。首先从桥梁集群监测系统中提取总重超过3.8 t的海量重载车辆作为基础数据，统计得到车型比例、轴重占比、车重和车间距分布，同时考虑正常和拥堵2种通行状态，构建桥梁集群重载随机车流荷载模型。其次以6×20 m预应力混凝土连续梁桥为工程背景，将2种随机车流荷载模型加载到该桥上，计算桥梁弯矩、挠度、剪力效应，提取每天的极值效应作为样本并估计极值分布参数，得到桥梁日极值效应概率分布符合Weibull分布。然后按照极值外推准则对不同回归期内桥梁极值效应进行预测。最后定义荷载效应比和荷载效应比均值2个指标，对影响桥梁结构安全的交通荷载水平进行评价。桥梁极值效应预测和评价结果表明：极值效应的绝对值随回归周期的增加而增大，极值效应前期增速较快，后期逐渐趋于稳定；正常通行状态下，服役期内正常通行车辆荷载水平远低于设计车辆荷载水平；拥堵通行状态下，桥梁墩顶负弯矩极易超过规范荷载计算值，应重点关注。

• 钢-UHPC组合梁的长栓钉连接件抗剪性能研究

  陈志丹，马冰，高立强，

  为了解钢-UHPC组合梁中长栓钉连接件的抗剪承载力和钢-UHPC界面滑移特性，采用推出试验和有限元法进行研究。设计、制作13个采用不同长栓钉布置形式的钢-UHPC试件进行推出试验，同时建立采用不同长栓钉与UHPC接触关系（面面接触、绑定约束、内置区域）的推出试件有限元模型，分析试件的长栓钉抗剪承载力、界面滑移性能，拟合得到考虑UHPC增强系数的钢-UHPC组合梁的长栓钉抗剪承载力、荷载～滑移公式，并与国内外规范、相关研究公式及试验值进行对比。结果表明：钢-UHPC推出试件破坏模式均为长栓钉剪断；采用面面接触的有限元模型荷载～滑移曲线与试验结果较为接近，而采用绑定约束和内置区域的模型中长栓钉受力行为与实际不符，计算值与试验值误差较大；现有规范及相关研究中的栓钉抗剪承载力、荷载～滑移公式计算值与试验值误差较大，本文公式计算值与试验值吻合较好，可用于长栓钉连接件钢-UHPC组合梁抗剪性能的初步确定。

• UHPC湿接缝抗剪性能模型试验研究

  曾敏，胡方杰，于洋，田知典，朱爱珠

  为研究预制拼装桥梁UHPC湿接缝极限抗剪承载力计算方法及抗剪性能的影响因素，以台州市域铁路S2线铁路桥为背景，开展13个UHPC 湿接缝模型的抗剪性能试验，得到模型接缝界面处的开裂荷载、极限抗剪承载力和界面的荷载～相对滑移关系；依据既有公式计算湿接缝极限抗剪承载力理论值，并与试验值进行比较分析，研究UHPC龄期、接缝构造形式、界面压应力等关键参数对湿接缝模型抗剪性能的影响。结果表明：基于Mohr-Coulomb准则的计算式能较准确地计算钢筋搭接平接缝模型的极限抗剪承载力理论值，其它公式欠缺对接缝粘结力的考虑；对湿接缝模型施加界面压应力可以大幅提高其开裂荷载，采用钢筋搭接可以提高所有湿接缝的抗剪性能和延性水平，UHPC龄期的增长对提高键齿接缝的抗剪性能效果显著；有界面压应力的钢筋搭接UHPC湿接缝的抗剪性能最好，更适合应用于实际工程。

• 考虑脱空效应的钢抱箍受力理论分析

  顾颖，古松，邓继清，孔超，任松波

  为研究脱空效应对钢抱箍承载能力的影响，假定混凝土柱在钢抱箍夹持下不发生变形，将钢抱箍在脱空点视为铰链，基于力与力矩的平衡，建立了考虑脱空效应的钢抱箍受力理论公式。以光明大桥为背景，针对其盖梁施工采用的钢抱箍，采用数值模拟对推导公式进行验证。结果表明：钢抱箍脱空后，其未脱空段的环向力会增大，因此建议在钢抱箍设计时，尤其是在验算钢抱箍强度时应考虑环向力增大的不利影响；本文给出的脱空弧度及脱空位移推导公式，能较为准确地确定脱空范围与最大脱空位移出现位置，但由于忽略了柱的压缩变形，脱空位移偏大16%左右；钢抱箍脱空后，竖向承载能力随着紧箍力偏心率的增大而增大，对于钢抱箍的常用尺寸，承载能力可提高18.3%～31.2%；基于实体单元的模拟结果也证实了钢抱箍的局部脱空现象，并显示混凝土在脱空起讫位置会出现应力集中，该现象有可能导致混凝土的局部压溃，故建议对该处混凝土采用橡胶垫或结构胶等措施进行防护。

• 无封底嵌岩钢板桩围堰嵌固深度研究

  黄宇，费志高，康啊真，张东明，金可

  为确定深水条件下无封底嵌岩钢板桩围堰在硬岩中的合理嵌固深度，以东江北干流特大桥76号墩承台围堰施工为背景，建立钢板桩-回填土-硬岩相互作用三维有限元模型，分析嵌固深度0～2.4 m对钢板桩等效应力、变形以及引孔槽口硬岩等效应力分布的影响。结果表明：嵌固深度对钢板桩的等效应力及变形影响较小。引孔槽口硬岩顶部区域沿水平方向存在规律性、间歇性的应力集中区，是可能发生引孔槽口硬岩踢脚破坏的薄弱区域。不同嵌固深度下，引孔槽口硬岩等效应力沿水平及竖直方向的分布规律高度相似。相较于嵌固深度0 m，嵌固深度1.5 m的引孔槽口硬岩应力集中区最大应力显著降低约14%，有利于引孔槽口硬岩的稳定性；当嵌固深度增加到1.5 m以上时，继续增加嵌固深度不会降低引孔槽口硬岩的等效应力，无法进一步提高引孔槽口硬岩的稳定性。

• 爆炸荷载下高性能混凝土防护钢筋混凝土矩形墩动态力学响应研究

  朱润田，李源，韩逸涛，蔺渠通

  为揭示高性能混凝土（High-Performance Concrete，HPC）防护钢筋混凝土矩形墩在爆炸冲击荷载作用下的动态力学响应及损伤机理，以某跨大堤连续刚构桥钢筋混凝土矩形墩为研究对象进行有限元分析。基于K&C和C&S材料动态本构模型，采用ANSYS/LS-DYNA建立HPC防护前、后的钢筋混凝土矩形墩数值分析模型，对比分析爆炸荷载作用下HPC防护前、后钢筋混凝土矩形墩的动态力学响应，研究防护层厚度（20、30、40 cm）、TNT当量（275、300、325、350 kg）、TNT爆炸距离（10、9、8.5 m）对桥墩抗爆性能的影响。结果表明：HPC防护层能够提升钢筋混凝土矩形墩抗爆性能；采用40 cm厚防护层时，桥墩未出现大面积损伤；TNT当量是影响桥墩损伤特征的重要因素，TNT当量增至350 kg时，桥墩变形、箍筋及主筋应力均显著增加；同等防护条件下，桥墩损伤区域随TNT爆炸距离的减小而显著增加。进行桥墩抗爆防护设计时，应以TNT当量和TNT爆炸距离等条件为基础，设置合理的设防目标。

• 广州海心桥主桥设计

  广州海心桥是跨越珠江的人行景观桥，整体造型采用“琴鸣绢舞，岭南花舟”的概念，主桥采用拱跨198.152 m的曲梁斜拱中承式钢拱桥，拱梁固结。该桥共设置2条步道，二者在边跨部分平面呈分叉分幅布置，中跨合并成整幅，标准桥宽15 m。拱肋采用二次抛物线的形式并向东倾斜10°，矢高57.95 m，矢跨比1/3.4，采用等高变宽圆端形箱形断面，拱肋桥面以下至拱脚范围采用超高性能混凝土（UHPC）包裹钢箱混凝土组合结构。主梁平面为半径129.1 m向东侧弯曲的曲线梁，中跨为单箱三室横向变高的钢箱梁，边跨为分幅单箱单室钢箱梁。吊杆采用GJ15-19挤压锚固钢绞线拉索，向心布置，共23根。拱肋插入水中拱座，下接20 m×20 m承台，并与其下的9根Ø3 m型钢混凝土抗推桩共同抵抗水平推力。经计算，结构变形、刚度、人行舒适性及抗风、抗震、防撞性能均满足要求。该桥采用大节段整体吊装的快速化施工技术。

• 佛山富龙西江特大桥主桥设计

  李兵，姚云龙，郭立成，洪宝宁

  佛山富龙西江特大桥主桥为（69+176+580+176+69） m双塔双索面混合梁斜拉桥，全宽41.4 m（含风嘴）。该桥采用半飘浮体系，桥塔下横梁设置竖向支座及横向抗风支座，塔梁间设置纵向阻尼器。桥塔采用融入佛山文化性与地域性特征的“白鹭”形桥塔。主梁采用混合梁，边跨为混凝土箱梁；中跨为超高性能混凝土（UHPC）组合梁，由高3.1 m的槽形钢主梁和带PBL剪力键的UHPC组合桥面板构成。斜拉索采用Ø7 mm锌铝合金镀层平行钢丝斜拉索，标准抗拉强度1 770 MPa。桥塔墩采用钻孔灌注桩基础，辅助墩和过渡墩均采用分幅式板式墩。建立该桥的空间有限元模型进行静、动力分析，结果表明：该桥整体静力性能、抗风及抗震性能均符合规范要求。

• 弯矩和剪力组合作用下混凝土梁截面抗剪计算理论研究

  胡可，刘畅，端木祥永，王胜斌

  为准确计算钢筋混凝土梁及预应力钢筋混凝土梁在弯矩和剪力组合作用下的截面抗剪承载力，进行钢筋混凝土梁及预应力钢筋混凝土梁截面抗剪计算理论研究。根据混凝土梁抗剪破坏特征，考虑混凝土、纵向钢筋、竖向箍筋、弯起钢筋以及预应力筋对梁抗剪性能的影响，提出一种基于楔形截面的抗剪计算模型，并对抗剪承载力的上限值和下限值进行分析。开展轻型T梁计算和足尺模型静载试验，并进行对比验证。结果表明：楔形截面抗剪计算模型解释了混凝土梁纵向钢筋、竖向箍筋、弯起钢筋的抗剪承载力贡献，并为抗剪承载力的设计提供了实用的公式；该模型的抗剪上限值为最小腹板厚度提供了理论解释，即纵向钢筋、竖向箍筋均存在一个充分配筋率下的腹板厚度；通过实例计算和足尺模型静载试验，楔形截面抗剪计算模型和计算方法相对于传统方法更为准确和合理，具有更好的理论基础。

• 跨运营线高速铁路拱塔斜拉桥上部结构施工控制关键技术

  施洲，赵旭泼，杨逸，刘振标，周刚

  新建常益长铁路沅江特大桥跨石长铁路桥为（32.7＋90＋90＋32.7） m空间双索面钢拱塔钢-混结合梁斜拉桥，以18°小角度跨越既有高铁运营线路。该桥采用先拱后梁方案施工，其中，桥塔采用先竖转再跨线平转法施工，钢主梁采用拖拉法跨线施工。为确保成桥线形和应力满足设计要求，采用MIDAS Civil软件建立有限元模型，对拱塔竖转与跨线平转、钢主梁跨线拖拉、斜拉索张拉及混凝土桥面板浇筑进行施工模拟，提出拱塔顶推力及无应力线形、钢主梁临时扣塔结构与扣索力、混凝土桥面板分段施工、斜拉索三次张拉等控制技术，并将施工中拱塔与主梁的实测应力、线形与理论值进行对比分析。结果表明：拱塔转体施工过程中，拱塔线形与应力实测值与理论值吻合良好；钢主梁拖拉合龙精度控制良好；混凝土桥面板浇筑、斜拉索张拉后，主梁和拱塔的应力、线形实测值与理论值误差均在合理范围内，桥面标高满足无砟轨道铺设精度要求；铺轨后，拱塔和主梁的线形与应力、斜拉索索力等各项指标均良好，大桥整体施工控制精度良好。

• 胜利黄河大桥病害高强螺栓节点修复及桥面板补强技术

  徐刚年，王来永，李伟，王希岗

  胜利黄河大桥主桥为（60.5＋136.5＋288＋136.5＋60.5） m连续钢箱梁斜拉桥，桥面板采用正交异性钢桥面板，钢箱梁节段横缝采用摩擦型高强螺栓（Friction-type High-Strength Bolt，FHSB）连接。受人为和自然环境因素影响，该桥运营33年后出现了横缝FHSB节点锈蚀、接触面磨光、正交异性钢桥面板U肋焊缝开裂与脱落、横缝折角等病害。对该桥病害进行统计及成因分析，并提出病害FHSB节点修复及超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，UHPC）桥面板补强技术。拆除横缝位置处的原连接U肋拼接板，按照“纵横对称间隔拆除”的原则拆除原桥螺栓群，喷砂处理节点接触面，螺母侧朝下重新栓接更换的拼接板，栓焊新增的U肋拼接板，最后铺装UHPC桥面板。通过理论分析及数值模拟，对比分析了加固前、后横缝FHSB节点的抗滑承载力及主梁结构性能，并进行全桥荷载试验。结果表明：加固后，横缝FHSB节点抗滑承载力恢复至设计值，修复施工阶段桥梁结构安全可靠，改造后主梁结构性能满足规范要求。