大跨桥梁主梁风致稳定性被动气动控制措施综述

颤振和涡振是大跨桥梁风致振动控制的核心研究对象,而被动气动控制措施是当前最常用的抑振方法。为了提高气动选型和优化的效率,系统调研了既有的颤振、涡振被动气动控制措施,发现对于有类似气动特性的主梁,被动气动控制措施在颤振、涡振控制方面存在较明显的趋同性。在选择颤振、涡振气动控制措施时,有必要紧密结合主梁气动外型分类。为此,基于大跨度桥梁中最常见的4种主梁类型（双边主梁、整体式箱梁、分体式箱梁以及桁架梁）,综述了被动气动控制措施在改善主梁颤振、涡振性能时的优化思路,提出了基于气动附属物（稳定板、格栅、风障、翼板、分流板、裙板、导流板、隔流板等）的形状和位置优化原则,推荐了考虑主梁固有外形（主梁开槽、槽内倒角、设计风嘴、调整栏杆和检修轨道形式）的附加构件尺寸设置策略。研究结果可为大跨度桥梁主梁选型设计阶段提供气动选型方面的参考和借鉴。     

带悬臂流线型箱梁大比例节段模型涡振试验研究

大比例节段模型风洞试验是预测大跨度桥梁主梁涡振性能的有效方法之一。为研究带悬臂流线型箱梁涡振性能影响因素及气动优化措施,以某大跨悬索桥为工程背景,进行了1∶25大比例节段模型风洞试验。试验研究了不同来流攻角状态下主梁断面的涡振性能,并检验了移动检修轨道位置、安装悬臂、轨道导流板以及底板竖直稳定板等气动措施的制振效果。研究结果表明:随攻角由负变正,断面的扭转涡振性能逐渐变差;检修轨道向底板中央移动能有效降低涡振振幅,同时在检修轨上附加导流板能进一步地优化涡振性能,并且导流板越宽效果越明显;悬挑臂导流板以及底板设竖直中央稳定板不适于提高本文主梁断面涡振性能。     

悬挑人行道对某PK梁斜拉桥抗风性能的影响试验研究

双边箱钢主梁在大跨双索面斜拉桥中应用广泛。此类桥梁具有频率低、阻尼小、质量相对较轻的特点,其抗风稳定性是桥梁建设必须解决的关键问题。该文以在建平容高速公路上主跨636 m平南特大斜拉桥为工程背景,建立桥梁有限元空间模型并分析结构模态特征,开展了主梁节段模型弹性悬挂涡振和颤振风洞试验,研究悬挑人行道对双边箱主梁抗风性能的影响。试验结果表明：(1)平南特大桥双边箱主梁具有良好的涡振性能,试验中未观测到涡激振动现象;(2)悬挑人行道提高了桥梁的颤振稳定性,有利于桥梁抗风安全。     

Larsen广义涡激振动模型在大跨度桥梁抗风设计中的应用

基于Allan Larsen广义单自由度涡激振动模型,借鉴Wilkinson沿跨向涡激力相关性函数试验结果,建立大跨度桥梁主梁沿跨向涡激振动描述体系,并探讨节段模型试验识别气动参数方法。以一座大跨斜拉桥为例,在考虑了振型、涡激力相关性和阻尼作用后,根据主梁节段模型风洞试验识别气动参数,并计算其沿跨向竖向涡振响应。     

大跨度斜拉桥主梁单悬臂施工风振控制

大跨度斜拉桥悬臂施工期抖振响应明显,采用谐波合成法对桥梁节点脉动风速时程进行模拟,基于Davenport抖振理论建立了大跨桥梁抖振时域分析方法。针对在建的某大桥主梁单悬臂施工期可能面遭遇台风袭击的情况,分别提出采用下拉索和调谐质量阻尼器(TMD)两种抗风措施方案,并进行减振效果对比分析。研究表明:大跨斜拉桥主梁悬臂施工期梁端风致振动响应较大,应予以重视;综合考虑航道等因素,采用调谐质量阻尼器(TMD)进行大跨度斜拉桥主梁悬臂施工期主梁振动控制效果较好。     

张靖皋北航道桥主梁气动选型研究

张靖皋长江大桥北航道桥为主跨长1208 m、主梁宽47.7 m的大跨径钢箱梁悬索桥。桥梁跨度大、主梁宽高比大,导致该桥对风的作用极为敏感。为有效提高该桥的涡振稳定性和颤振稳定性,采用1:50节段模型风洞试验,对多种气动抑振措施组合进行了研究。试验对比了不同气动措施,包括检修车轨道、导流板、上中央稳定板、水平稳定板和检修道栏杆对涡振性能的影响,同时验证了相对应的颤振稳定性,最终确定了一个可以在各风攻角下完全消除主梁涡振、并满足颤振设计要求的气动抑振组合措施。研究成果对采用整体箱梁的大跨度悬索桥的气动性能设计具有重要的参考意义。     

大跨桥梁主梁涡激振动影响因素研究进展

现代大跨桥梁跨度更大、结构更轻柔、自振频率较低且密集,在较低风速下主梁易发生涡激振动现象。涡激振动是一种带有自激、自限特性的非线性振动,影响涡激振动响应因素较多如雷诺数效应、紊流特性及主梁断面形式等。本文介绍了近期大跨度桥梁主梁涡激振动影响因素研究进展,为抗风设计及抑振措施提供参考。     

大跨度桥梁主梁涡激振动影响因素研究进展

现代大跨桥梁跨度更大、结构更轻柔、自振频率较低且密集,在较低风速下主梁易发生涡激振动现象。涡激振动是一种带有自激、自限特性的非线性振动,影响涡激振动响应的因素较多如雷诺数效应、紊流特性及主梁断面形式等。介绍了近期大跨度桥梁主梁涡激振动影响因素的研究进展,为抗风设计及抑振措施提供参考。     

分体式钢箱梁涡激振动特性及制振措施风洞试验研究

嘉绍大桥为多跨斜拉桥,其分体式钢箱梁可能在常遇风速下发生涡激振动.为消除可能的涡激振动对桥梁运营安全的影响,详细开展了嘉绍大桥主梁涡激振动特性及制振措施的风洞试验研究.在开展1∶60常规节段模型试验研究,把握大桥主梁涡振特性研究的基础上,针对主梁的气动敏感区域开展了涡振制振措施的研究工作,提出了抑制涡振的梁底导流板和桥面抑振板.通过1∶20大尺度节段风洞试验更详细地把握了该桥的涡振特性,并验证了导流板和抑振板的制振效果.风洞试验结果表明,当两者单独使用时,可在0.5％的阻尼比下将涡振振幅降低50％以上,以满足规范要求；当两者联合使用时,可基本消除涡激振动.该两种制振措施为同类型主梁的涡激振动控制有较好的参考作用.     

不同尺度扁平箱梁节段模型涡激振动风洞试验

大跨度桥梁涡激振动振幅的判定,采用大尺度主梁节段模型风洞试验可得到更精细的结果。为分析模型尺度对试验结果的影响,通过对南京长江四桥主梁1∶50和1∶20两种几何尺度扁平箱梁节段模型的涡振试验,对比两者在涡振振幅、涡振风速、涡振区、St等方面的差异,并结合雷诺数效应、阻尼比、模型细部模拟等影响因素进行分析。得知模型几何尺度越大,Re和St越大,CD越小,涡振振幅越小;常规尺度模型细部模拟的误差可能会显著影响涡振振幅;Sc增大时,锁定状态下结构振幅减小,涡振区也随之变窄,但Sc增大并不改变St数。     

多灾害作用下桥梁设计方法研究综述

为推进综合考虑多灾害作用桥梁设计理论的发展,综述了多灾害作用下桥梁设计方法在国内外的研究进展。首先梳理了考虑多灾害作用开展桥梁设计的起源与发展脉络,在此基础上明确了多灾害的概念内涵及灾害组合模式,着重介绍了基于性能设计方法的原理及其在桥梁结构抗灾设计中的应用,讨论了考虑寿命期性能退化以及基于全寿命成本分析的桥梁抗灾设计方法,最后提出了现有研究存在的问题和不足。研究结果表明：平衡不同灾害的设计需求以寻求最优结构性能,考虑灾害组合作用的设计需求以寻求满意结构性能是目前发展多灾害作用下桥梁设计方法的2条路径;但多灾害作用下桥梁设计方法的完整理论框架尚未系统性建立,在设计目标、标准体系、决策准则、优化方法、灾害组合等方面尚存在一些技术难题有待深入探索,基于性能及全寿命的设计理念在多灾害作用下桥梁设计过程中具有广阔应用前景。     

桥梁双柱式排架墩抗震性能研究进展述评

桥梁双柱墩在国内外中小跨径公路桥梁和城市高架桥中应用非常广泛,但在历次破坏性地震中震害普遍严重.为了揭示桥梁双柱墩在地震作用下的破坏机理,发展具有可恢复功能的防震桥梁双柱墩,实现从双柱墩结构到桥梁工程、再到交通线路乃至整个交通网络的全寿命周期抗震性能设计,对桥梁双柱墩抗震问题的研究进展进行评述.首先总结汶川大地震和国外...     

FRP-混凝土组合梁/板研究与应用进展

为了解决桥梁结构中日益严重的钢材锈蚀问题和降低初始造价,纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)-混凝土组合结构被认为是一种最有效的组合形式。文中首先从主要组合形式及其相关研究等方面回顾了FRP-混凝土组合梁/板系统的国内外研究现状,其次介绍了FRP-混凝土组合梁/板系统的3种常用分析方法和3种优化失效模式及相应的延性特征,接着列出了FRP-混凝土组合梁/板系统在国内外桥梁工程中的具体应用,最后探讨了该组合系统在今后研究中需要解决的一些问题。     

公路车-桥耦合振动的理论和应用研究进展

为了推动公路车-桥耦合振动理论的发展和仿真技术的广泛应用,从公路车-桥耦合振动理论研究和应用研究2个方面系统性梳理了公路车-桥耦合振动相关领域的学术研究现况、既有研究成果、发展前景、存在的问题和对策。理论研究方面,系统总结了车-桥耦合振动研究中车-桥、桥梁、路面不平整度等参数的数学模型和车-桥耦合时变系统动力学方程的数值解法。基于调研和分析发现,经过国内外学者长期的努力,车-桥系统数值模型已经可以越来越真实地模拟实际车辆、桥梁以及路面不平整度等其他条件因素。在未来的研究中应持续改进有限元建模技术和优化数值算法,以进一步提高车-桥耦合振动仿真分析的精度和效率,扩展其应用范围。应用研究方面,以桥梁动力冲击系数、桥梁疲劳分析、桥梁结构损伤识别、桥梁振动控制、桥上行车舒适性以及桥上车辆荷载动态识别等6个问题为例,综述了车-桥耦合振动仿真技术在桥梁安全相关研究领域的应用现状,并对目前研究仍存在的局限和后续的研究方向进行了初步探讨。研究表明,车-桥耦合振动仿真技术已成为众多相关研究领域内的重要研究方法,在部分研究领域已展现了良好的应用前景。后续研究中,一方面应针对具体问题的特点改进车-桥耦合振动模型的适用性和计算精度,另一方面应针对具体研究问题进一步完善相关理论,并从工程实用性角度提出新的或改进的技术和方法。     

Train–track–bridge dynamic interaction: a state-of-the-art review

ABSTRACT

Train–track–bridge dynamic interaction is a fundamental concern in the field of railway engineering, which plays an extremely important role in the optimal design of railway bridges, especially in high-speed railways and heavy-haul railways. This paper systematically presents a state-of-the-art review of train–track–bridge dynamic interaction. The evolution process of train–bridge dynamic interaction model is described briefly, from the simplest moving constant force model to the sophisticated train–track–bridge dynamic interaction model (TTBDIM). The modelling methodology of the key elements in the TTBDIM is systematically reviewed, including the train, the track, the bridge, the wheel–rail contact, the track–bridge interaction, the system excitation and the solution algorithm. The significance of detailed track modelling in the whole system is highlighted. The experimental research and filed test focusing on modelling validation, safety assessment and long-term performance investigation of the train–track–bridge system are briefly presented. The practical applications of train–track–bridge dynamic interaction theory are comprehensively discussed in terms of the system dynamic performance evaluation, the system safety assessment and train-induced environmental vibration and noise prediction. The guidance is provided on further improvement of the train–track–bridge dynamic interaction model and the challenging research topics in the future.     

大数据背景下的桥梁结构健康监测研究现状与展望

结构健康监测（SHM）技术在许多大型桥梁的运营养护管理中均有应用，但已有监测系统积累的海量数据并未被充分解读。为将大数据技术引入到桥梁SHM数据的处理分析中，首先总结大数据的概念和构成要素；然后分析SHM数据的工业大数据属性，梳理桥梁SHM大数据的研究方向；随后综述包括处理技术和分析方法在内的大数据技术在桥梁SHM中的应用现状，在由数据预处理、数据融合、特征工程、模式识别、可视化构成的大数据分析流程中提出SHM大数据研究的需求和应用场景；最后对大数据技术在桥梁SHM中的前景与驱动力进行展望和讨论。结果表明：SHM大数据研究应以结构状态评估为落脚点；大数据处理技术在SHM的系统框架搭建及数据分析能力扩展方面虽已得到较多应用，但其并非SHM大数据研究的重点；SHM数据融合对大数据分析方法有迫切需求，以实现桥梁SHM数据与外观检测等多源异构数据的多层面融合；深度学习、集成学习为结构状态敏感特征的提取提供了新的算法；有监督、无监督机器学习方法结合海量SHM数据将对结构状态评估下的模式识别问题形成更全面的认知；异常识别、相关分析、迁移学习等方法可为实桥SHM损伤识别提供支撑。研究结果可为SHM领域的大数据研究提供参考。     

斜拉桥成桥索力优化方法研究综述

为了深化对斜拉桥成桥索力优化问题的认识，系统回顾斜拉桥成桥索力优化方法的研究进展与代表性研究成果；在将斜拉桥成桥索力优化方法分为指定结构状态的优化方法、弯曲能量（弯矩）最小法、数学优化方法、影响矩阵法、分步优化方法的基础上，根据斜拉桥合理成桥状态的确定原则阐述各类方法的求解思路与优化过程，并总结各类方法的特点、适用范围以及局限性；探讨斜拉桥成桥索力优化领域的未来发展趋势。研究结果表明：指定结构状态的优化方法其优化目标明确，力学概念清晰，计算方便，但无法兼顾主梁和桥塔的受力和变形，很难获得全局合理的结果，目前仅用于初定斜拉桥成桥状态；弯曲能量最小法的目标函数综合考虑了主梁和桥塔的受力与变形，体现了索力优化的本质特征，能够获得较为合理的优化结果，但在不添加任何约束条件时所得结果仍需进行后续调整，目前也多用于初定斜拉桥成桥状态；数学优化方法可根据不同类型斜拉桥的结构特点选择目标函数、约束条件与优化算法，所得结果也可兼顾斜拉桥各个构件的受力和变形，适用性较强，智能优化算法因其较好的全局收敛性、通用性和便于并行处理等特点，使得其在斜拉桥成桥索力优化乃至结构优化设计领域中的应用越来越广泛；影响矩阵是建立索力与目标函数关系的纽带，是一种综合的索力优化工具，但它需要在明确优化目标与约束条件的前提下求解；分步优化方法融合了多种优化方法的优势，可根据不同类型斜拉桥的受力和变形要求，分步骤选择不同方法全面优化斜拉桥的成桥索力；为适应斜拉桥大跨径化、主梁纤细化以及结构体系多样化的发展趋势，探索针对性或普适性更强的成桥索力优化方法、斜拉桥成桥状态与施工状态耦合优化、将更多优秀的智能优化算法应用于斜拉桥索力优化以及将数学优化算法与有限元程序进行嵌入式融合等问题均是该领域未来的发展方向。     

近30年桥梁基础冲刷研究进展及关键问题

近年来，基础冲刷导致的桥梁灾害频发，冲刷已成为威胁涉水桥梁安全的重要原因。基于前人已有的成果，对近30年来桥梁基础冲刷领域的相关研究进行了系统分析。首先采用信息量化分析技术给出了近30年桥梁基础冲刷研究的创新研究成果参数，呈现了冲刷研究领域的知识结构体系，探索了其研究热点。研究结果表明：①桥梁基础冲刷研究论文数量呈现上升趋势，特别是最近几年论文数量增速加快，研究热度提高，其中一些主要文献表现出很高的被引用频率，受到研究人员的重点关注；②研究成果主要集中于桥梁基础冲刷机理、冲刷深度预测、现场监测方法和冲刷防护措施等方面；③研究的新兴热点涉及复杂桥梁基础周围的三维流场特性分析、基于不同算法和随时间演变的冲刷深度预测。此外，对跨海桥梁基础冲刷研究的进展进行了分析，总结了不同条件（水力特性、沉积物条件、基础结构形式及空间布置方式等）对跨海桥梁冲刷的影响；阐述了现有冲刷深度分析方法应用于跨海桥梁冲刷深度预测时存在的问题；对比分析了几种冲刷监测方法的优点、不足及精度影响因素；指出跨海桥梁基础冲刷需要加强对复杂海域环境下桩基冲刷机理、冲刷深度预测及冲刷安全监测评估方法的研究。最后提出：桩-土-潮流相互耦合作用的局部冲刷机理研究、排除水流及悬浮泥干扰的实时监测设备研发、考虑围垦等人类活动对跨海桥梁基础冲刷影响及包括冲刷在内的多灾害分析将是今后研究发展的趋势。     

封一/四

钢结构桥梁形式多样,优点突出,在世界各地应用广泛,为了推进中国钢结构桥梁的建设,促进中国钢结构桥梁抗火防灾研究领域的全面发展,加快钢结构桥梁抗火防灾技术的研究,加强钢结构桥梁抵抗火灾的能力,提升管理部门应对钢结构桥梁遭遇火灾时的应急水平,对钢结构桥梁抗火防灾的研究现状与亟待解决的问题进行了总结。研究了国内外钢结构桥梁火灾发生时的场景以及钢结构桥梁遭遇火灾时的破坏形态,分析了钢结构桥梁火灾发生时的特点,强调了油罐车火灾对钢结构桥梁安全性能的严重威胁,给出了钢结构桥梁抗火防灾的关键技术。继而,对其抗火研究存在的问题进行了梳理,包括钢结构桥梁所用材料的高温特性,复杂环境下钢结构桥梁截面的传热机制、钢-混凝土组合梁界面间的高温作用机理、钢结构桥梁火灾行为的数值模拟与智能预测技术、火灾全过程中钢结构桥梁的试验与测试方法、火灾高温下钢结构桥梁的力学行为以及钢结构桥梁抗火研究的工程应用等七大方面给出了钢结构桥梁抗火研究亟待解决的问题和更高的目标。以期对钢结构桥梁抗火防灾方向的技术研究提供全新的视角和基础资料。