中国桥梁工程学术研究综述·2021

为了促进中国桥梁工程学科的发展,系统梳理了近年来国内外桥梁工程领域（包括结构设计、建造技术、运维保障、防灾减灾等）的学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先总结了桥梁工程学科在新材料与结构体系、工业化与智能建造、抗灾变能力、智能化与信息化等方面取得的最新进展;然后分别对上述桥梁工程领域各方面的内容进行了系统梳理：桥梁结构设计方面重点探讨了钢桥及组合结构桥梁、高性能材料与结构、深水桥梁基础的研究现状;桥梁建造新技术方面综述了钢结构桥梁施工新技术、预制装配技术以及桥梁快速建造技术;桥梁运维方面总结了桥梁检测、监测与评估加固的最新研究;桥梁防灾减灾方面突出了抗震减震、抗风、抗火、抗撞和抗水的研究新进展;同时对桥梁工程领域各方向面临的关键问题、主要挑战及未来发展趋势进行了展望,以期对桥梁工程学科的学术研究和工程实践提供新的视角和基础资料。（北京工业大学韩强老师提供初稿）     

目录

为深化对钢管混凝土桥塔的认识,推动钢管混凝土结构在缆索承重桥梁桥塔中的应用,首先对钢管混凝土桥塔的工程应用情况及其一般构造进行了梳理,讨论了目前钢管混凝土桥塔设计中存在的主要问题,从构造简单、施工高效的角度对现有钢管混凝土桥塔构造进行了优化。而后对钢管混凝土桥塔钢壁板的局部屈曲性能及塔柱的力学性能研究进展进行了评述,并给出了推荐的设计方法。最后通过与传统钢筋混凝土桥塔和钢桥塔的对比,分析了钢管混凝土桥塔的技术特点和经济性。结果表明:由于对钢与混凝土共同承载机理认识不够深入、受混凝土单侧约束钢板的局部屈曲理论研究相对薄弱、钢混界面传力性能不明确等问题,导致目前钢管混凝土桥塔的构造过于复杂,施工高效性较差;构造优化后的PBL加劲型钢管混凝土桥塔的加劲构造、钢混连接构造更加简洁,钢壁板对混凝土的约束效应更强,无需配筋设计,能够节约用钢量、简化钢结构制造流程及现场安装工序,提高桥塔的工业化制造及装配化施工水平;考虑局部屈曲影响的加劲钢壁板构造设计方法和钢管混凝土桥塔承载力计算方法更加安全、合理;钢管混凝土桥塔具有设计灵活性、施工高效性和承灾高韧性,建设成本及养护成本远低于钢桥塔,在经济性上与传统钢筋混凝土桥塔可展开竞争,具有广阔的应用前景。     

中国桥梁工程学术研究综述·2014

为了促进中国桥梁工程学科的发展,系统梳理了各国桥梁工程领域(包括高性能材料、桥梁作用及分析、桥梁设计理论、钢桥及组合结构桥梁、桥梁防灾减灾、桥梁基础工程、桥梁监测、评估及加固等)的学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先在总结了中国桥梁工程建设成就的同时对未来桥梁工程的发展趋势进行了展望;然后分别对上述桥梁工程领域各方面的内容进行了细化和疏理:高性能材料方面重点分析了超高性能混凝土(UHPC)和CFRP材料,桥梁作用方面分析了车辆荷载和温度,钢桥及组合结构桥梁方面分析了钢桥抗疲劳设计与维护技术和钢-混凝土组合桥梁,桥梁防灾减灾方面分析了抗震、抗风、抗火、抗爆和船撞及多场、多灾害耦合;最后对无缝桥、桥面铺装、斜拉桥施工过程力学特性及施工控制、计算机技术对桥梁工程的冲击进行了剖析,以期对桥梁工程学科的学术研究提供新的视角和基础资料。     

高性能钢桥设计指南

高性能钢的研究及其在桥梁工程中的应用已经成为当前桥梁创新设计的重要方向之一。为了推动高性能钢的工程应用,本《高性能钢桥设计指南》系统地介绍高性能钢的材料性能、设计制造要点及高性能钢桥典型桥例,并提供相关参考信息。     

基于热点应力法的钢管混凝土桁式拱桥节点疲劳评估

为准确预测钢管混凝土桁式拱桥节点疲劳寿命,提出一种基于热点应力的疲劳评估方法。该方法采用全桥多尺度三维有限元模型计算节点热点应力幅,并进行回归分析得到钢管混凝土节点的热点应力幅S～N曲线。基于该方法对一座已建成的钢管混凝土桁式拱桥进行节点疲劳评估。结果表明：疲劳易损部位位于1/4跨附近的拱肋上弦节点,起始裂纹位于节点主管表面的冠点处;采用《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)中的疲劳荷载计算模型Ⅱ和疲劳荷载谱计算得到的疲劳寿命分别为20 210 049次和27 311 265次,采用疲劳荷载谱计算时多车效应纵向修正为14.9%;采用《公路钢结构桥梁设计规范》预测的节点疲劳寿命偏低,导致设计偏于保守。     

老龄钢桥工作状态模拟与疲劳寿命

为评估老龄钢桥的剩余寿命与使用安全，首先要建立能够精确模拟桥梁目前使用状态的工作模型，以准确计算桥梁中疲劳细节应力。在对桥梁所承受的交通荷载进行调查统计分析的基础上，建立能代表真实运营状况的车辆交通荷载谱，以模拟结构所承受的荷载历程。以上海市浙江路桥为例介绍老龄钢桥工作状态模拟、荷载谱模拟与疲劳寿命评估的基本方法。     

公路桥梁检测及评价技术综述

为了推动中国公路桥梁检测和评价技术的进步,对桥梁结构检测、评价技术的现状及发展进行了综述。介绍了桥梁外观损伤、内部缺陷以及几何与力学特性的检测原理、内容和方法,对PC桥梁预应力综合检测技术的现状进行了重点评述;同时,总结了在役RC桥梁、PC桥梁安全性评价方法以及钢桥疲劳寿命评价的最新研究进展。综合分析表明:在桥梁检测技术方面,智能化无损检测是桥梁检测的发展方向,尤其是以图像识别技术、声波CT技术等为代表的智能检测技术在桥梁外观损伤、内部缺陷检测中的应用越来越广泛;而以预应力定位、锈蚀、压浆密实度和钢束张力为特征的预应力综合检测技术,可为在役预应力混凝土承载力评价提供重要手段;在混凝土桥梁评价技术方面,以裂缝特征、有效预应力状况为特征的混凝土桥梁损伤评价方法;为大量在役损伤混凝土桥梁的安全性量化评价提供了可能;在钢桥疲劳寿命评价方面,基于疲劳构造细节S-N曲线的名义应力法仍是钢桥疲劳评价的主要方法,但基于现代裂纹检测手段的断裂力学方法已成为今后钢桥疲劳寿命评价的热点。     

大纵肋正交异性组合桥面板疲劳性能研究

在大纵肋正交异性钢桥面板结构中引入混凝土结构层,通过栓钉将钢桥面板与混凝土结构层组成新型大纵肋正交异性组合桥面板,是从结构体系层面提高大纵肋正交异性钢桥面板疲劳性能的有效途径。基于有限元数值分析,明确了大纵肋正交异性组合桥面体系对于钢桥面板典型疲劳易损细节的应力幅改善效果;采用足尺节段模型试验对结构的关键疲劳易损细节进行了疲劳试验研究,验证了关键疲劳易损细节在设计寿命期内的抗疲劳安全性和混凝土结构层在疲劳荷载作用下的耐久性,在此基础上对关键疲劳易损细节的疲劳损伤演化及结构体系的疲劳破坏模式进行了试验与理论研究。研究结果表明:大纵肋正交异性组合桥面板结构体系能够显著降低U肋与顶板以及U肋与横隔板连接细节的应力幅,横隔板开孔部位是控制钢桥面板疲劳性能的关键构造细节;设计寿命期内钢桥面板疲劳性能与混凝土结构层的疲劳耐久性均满足要求,且具有一定的安全储备;混凝土结构层负弯矩区疲劳开裂对钢桥面板各疲劳易损细节疲劳性能的影响不显著;大纵肋正交异性组合桥面板的疲劳破坏模式表现出典型的两阶段特征,栓钉发生疲劳断裂并导致组合效应局部劣化,进而加速钢桥面板关键疲劳易损细节的疲劳损伤累积速度并最终发生疲劳开裂。     

预制钢-混组合桥面板组装式连接静力及疲劳性能试验

桥梁建造由装配化向组装化的转换是未来桥梁工程发展的方向,钢-混组合桥梁是一种与工业化、组装化高度契合的结构形式;活性粉末混凝土等超高性能水泥基材料的应用为钢-混组合结构桥梁的轻型化和组装化提供了新的契机与挑战。提出基于高弹模和高韧性混凝土-粗骨料活性粉末混凝土的预制桥面板及板间组装式连接结构（CSL）,从而减轻结构自重、改善预制桥面板间的连接性能,实现桥梁结构的组装化作业,提升桥梁的建造质量和速度。通过四点弯曲试验考察预制粗骨料活性粉末混凝土桥面板及其干式连接结构的结构行为,分析加载全过程挠度的发展特点,探明极限承载能力及疲劳性能。静力试验结果表明：通过CSL连接而成的桥面板具有优异的变形能力和弯曲韧性,破坏均发生在粗骨料活性粉末混凝土板内,CSL的抗弯极限承载力高于粗骨料活性粉末混凝土桥面板;CSL的钢混连接面处弯曲初裂应力值不小于9.0 MPa,接近粗骨料活性粉末混凝土的弯曲初裂应力,并具有良好的裂缝约束能力。疲劳试验结果表明：CSL中的钢结构应力幅较小,经过800万次疲劳加载后,CSL连接桥面板未发生疲劳破坏,桥面板间连接焊缝应力幅仅26.8 MPa,不会出现疲劳破坏;CSL中的预加力对连接结构的静动力性能具有重要影响。     

基于实测应力谱的公路钢桥疲劳分析方法研究

随着我国公路钢桥服役时间的增长,为保证钢结构桥梁的结构安全,基于实测的疲劳应变数据,对公路钢桥应力谱获取及疲劳寿命分析进行了研究。通过对信号的滤波、峰值提取,剔除小应力循环及对基线漂移等处理后,可极大提高疲劳分析的效率和准确性。以上海市卢浦大桥为例,将应变时程数据处理为应力时程数据后,结合雨流计数法,得到桥梁的应力谱,并利用S-N曲线和线弹性损伤累计理论,对桥梁的疲劳寿命进行分析。     

大跨径悬索桥钢梁疲劳设计研究

大跨径悬索桥钢梁疲劳已逐渐成为钢桥主要病害之一,通过对疲劳与断裂的分析,使设计者对清楚了解疲劳寿命的主要组成部分。由于断裂力学在裂纹萌生阶段的分析理论仍不成熟,钢桥设计仍采用．S-N曲线和Miner线性法则进行无限寿命设计和安全寿命设计。新版国内钢结构桥梁设计规范尚未颁布,分别采用BS5400、AASHTO、Euroeode3及《公路桥涵钢结构及土木结构设计规范》（JTJ025—86）对某大跨悬索桥钢梁不同结构部分进行详细介绍,使设计者了解不同归规范中的相关规定,并对大跨悬索桥钢梁疲劳设计提出有益探讨。     

刘家峡大桥大直径钢管混凝土桥塔设计与施工技术应用

刘家峡大桥采用民族建筑风格的钢管混凝土桥塔,体现了人文、自然环境与结构设计一体化的设计理念;桥梁地域文化标志作用得到清晰体现,承载的先进技术和鲜明文化特征起到鼓舞当地人民精神和加强民族团结的作用;开展的桥塔钢管与混凝土黏结性能研究,以及钢管自应力混凝土模拟试验,拓展了钢管混凝土适用范围,提出并确定了新型桥塔结构和钢管自应力混凝土设计及无损检测参数;首次在高震区对钢管混凝土桥塔抗震性能开展系统研究,以掌握高烈度、两岸不同地震动峰值条件下钢管混凝土悬索桥桥塔抗震性能指标;针对山区场地狭小、运输困难特点,在桥梁上首次研发使用了自爬升门架,成功完成索塔钢管安装;以桥塔实体结构作为起重架附着基础,使起重架吊装高度范围显著增加,实现了桥塔钢管安装技术从落地式到自爬升式的转变。文章就刘家峡大桥大直径钢管混凝土桥塔设计与施工技术应用展开论述,与同行共享。     

FRP-混凝土-钢双壁空心桥墩分析及设计方法研究

纤维增强复合材料(FRP)是一种高强、轻质、耐腐蚀的高性能材料.FRP-混凝土-钢双壁空心组合构件是由香港理工大学滕锦光教授发明的一种新型组合构件,由外侧的FRP管、内侧的钢管及混凝土夹心层组成,具有建造方便(FRP管与钢管可作为浇筑混凝土的模板)、耐腐蚀性能优、抗震性能好等一系列优点.自2004年被提出以来,学术界已...     

正交异性钢桥面板疲劳验算规范对比

在车辆荷载作用下,正交异性钢桥面板的疲劳开裂对结构的疲劳性能以及使用安全性能具有较大的影响,钢桥面板中复杂的焊接连接细节成为裂纹出现的集中区域。依据在正交异性钢桥面板方面研究相对成熟的AASHTO、Eurocode和日本规范,结合我国公路钢结构桥梁设计规范(送审稿);通过数值分析得到疲劳敏感细节在各国标准疲劳车辆荷载下的应力响应,并按照规范对细节的疲劳强度进行验算。验算结果表明,疲劳细节的应力幅对轴重比较敏感;顶板与U肋细节的纵向影响线比横隔板与U肋焊接处的影响线短;顶板与U肋处细节和横隔板挖孔处细节更容易发生疲劳裂纹。     

正交异性钢桥面板疲劳问题的研究进展

为深化对正交异性钢桥面板疲劳问题的认识,从正交异性钢桥面板的疲劳性能及其评估方法、新型正交异性钢桥面板结构以及正交异性钢桥面板疲劳加固的研究进展等层面进行了分析总结,讨论了制约正交异性钢桥面板疲劳研究的主要问题,探讨了正交异性钢桥面板疲劳问题研究的现状和发展趋势。结果表明:相对于主梁和主桁等杆系结构的疲劳问题,正交异性钢桥面板的疲劳体现为由多个复杂构造细节部位的疲劳性能共同决定的空间结构疲劳问题,其疲劳破坏模式、疲劳性能、抗疲劳优化设计和疲劳开裂加固等问题更为复杂;疲劳损伤机理、新建和在役正交异性钢桥面板疲劳性能评估方法、适用的疲劳开裂加固方法,是钢桥的全寿命周期设计理论的重要基础和桥梁工程可持续发展迫切需要解决的重要研究课题;依托创新设计理念和高性能材料,发展新型结构体系和构造细节,是正交异性钢桥面板的重要发展方向;以智能化制造为代表的先进制造加工技术、以红外热成像和超声波相控阵等为代表的疲劳裂纹检测技术,为正交异性钢桥面板疲劳性能的进一步提升和疲劳裂纹检测技术的发展提供了重要支撑。     

“桥梁工业化及快速施工桥梁”专刊导语

正随着我国城镇化水平的不断提高,交通基础设施建设投入进一步加大,确保交通基础桥梁设施的优质、高效和安全建造,尽可能减少建设过程中对周边环境及交通通行的影响,降低生产过程中废水或废物的排放,并结合智能传感和数字化技术,使桥梁工业化与信息化深度融合,实现产业升级,是目前桥梁界及政府管理部门关注的焦点,也是世界土木建筑业的一个发展趋势。因此,研究和发展高性能混凝土、组合材料和结构、快速施工桥梁技术,发挥理论研究和科技创新在桥梁工程建设中的先导作用,不断提高我国桥梁建设水平和品质,加快大型公路及城市桥梁工程建设速度,实现桥梁结构建造的预制装配工业化,是现阶段桥梁工作者的梦想和使命。     

大跨钢斜拉桥疲劳性能研究现状与发展

该文综述了国内外钢桥疲劳研究的现状,针对斜拉桥的结构特点,分析了疲劳薄弱部位,着重讨论了钢斜拉桥疲劳性能研究的关键理论与关键技术。在此基础上,结合桥梁健康监测技术,对钢斜拉桥疲劳监测与评估系统进行了设计,并展望了该领域的研究前景。     

UHPC桥梁研究进展与规模化应用技术路径分析

工程材料的革新是推动土木工程结构发展的重要驱动力，工程结构的发展又将促进工程材料不断突破。超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete, UHPC)是一种具备超高强度、高韧、高耐久、高抗爆等优异性能的新型超级混凝土，能较好地适应下一代桥梁工程大跨化、轻型化、高性能化的发展趋势。为促进UHPC在桥梁工程领域的研究与应用，系统梳理了近年来UHPC桥梁学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先总结了UHPC材料研究进展，包括材料组成、基本力学特性与桥梁用UHPC发展历程。然后对UHPC结构设计理论研究进行了梳理总结，包括考虑纤维贡献的UHPC结构受弯受剪计算理论、UHPC结构抗冲击、抗爆与疲劳计算方法等，并重点介绍了无腹筋UHPC桥梁、钢-UHPC组合桥梁、UHPC用于桥梁抗震、UHPC桥面铺装、UHPC用于桥梁加固等结构体系创新研究进展。基于以上UHPC研究与工程应用现状，指出了UHPC在桥梁工程领域规模化应用面临的关键问题、主要挑战及实现技术路径，以期对UHPC在桥梁工程领域的学术研究和规模化应用提供新的视角和参考。     

基于实测应变监测的斜拉桥钢桥面板加固性能评估

为分析超高性能混凝土(UHPC)加固后的钢桥面板长期性能,为桥梁后期运营维护提供理论支撑,以某长江公路大桥为背景进行研究.该桥采用UHPC和ERE铺装2种桥面加固方案,在顶板与U肋焊接细节、U肋对接焊接细节处布置应变测点,结合实桥应变监测数据,并基于S～N曲线与Miner线性疲劳累积损伤理论,对加固后的钢桥面板剩余疲劳...     

钢-超高延性混凝土组合桥面结构力学性能分析及疲劳试验

为改善当前大跨径钢桥钢箱梁桥面板普遍存在疲劳开裂的现状,提升钢桥面铺装体系正常服役寿命,提出了一种钢-超高延性混凝土组合桥面方案:组合桥面主要由正交异性钢桥面板、配筋超高延性混凝土层和沥青磨耗层组成,钢桥面板上表面焊接栓钉,并设置防水黏结层,超高延性混凝土层与钢桥面板间通过栓钉相连,超高延性混凝土层上表面采取表面粗糙处理,并设置防水黏结层,确保与其上的沥青磨耗层之间形成可靠连接。以虎门大桥钢箱梁为背景,采用有限元软件Abaqus对所提出的组合桥面铺装体系进行了力学性能分析。分析结果表明:采用组合桥面铺装体系,可明显提升正交异性钢桥面铺装体系的整体刚度,使得正交异性钢桥面板关键受力部位的应力水平降低25%～45%,显著延长钢桥面板疲劳寿命。制作了足尺钢箱梁子结构试验模型并开展了疲劳试验研究,疲劳试验结果表明:在规范规定的疲劳车荷载及高于疲劳车荷载的疲劳荷载作用下,累计经历400万次疲劳试验后,组合桥面铺装结构铺装层和钢桥面板均未出现破坏迹象,采用钢-超高延性混凝土组合桥面,可有效延长钢桥面铺装结构使用寿命。研究成果为既有存在病害的钢桥钢箱梁承载力的恢复甚至提高,乃至新建钢桥的桥面铺装提供了一种有益的选择方案。