某立交桥为7跨20 m预应力空心板简支梁桥,运营多年后发现主梁整体性不足,单梁受力状况突出,桥面板出现纵向开裂等病害,同时桥墩盖梁出现弯曲裂缝,侧向挡块破损严重.针对病害情况,确定采用外包钢板加固盖梁、钢-混组合梁替换旧桥部分薄弱梁体、中部三跨由简支到三跨连续的结构体系转换等方法对桥梁进行加固改造.加固改造设计验算结果表明:加固改造完成后的桥梁承载能力能够满足目前的设计需求,具备较高的安全储备.加固改造施工时,采用人工配合风镐拆除旧桥桥面板,吊除梁体;按照设计的加固位置采用外包钢板加固盖梁;钢-混组合梁施工采用先吊装单根钢梁、后吊装横向联系梁的方案;按施工工序进行钢-混结合部和桥面铺装施工.该桥加固改造完成后桥梁运营状况良好.
为研究钢管混凝土相贯焊接节点在轴力和弯矩共同作用下,管内混凝土对节点疲劳寿命的贡献,制作钢管混凝土桁梁桥K型相贯焊接节点1:2缩尺模型并建立实体有限元模型,开展空管、仅弦管灌注混凝土、弦管和腹管均灌注混凝土3类构件相贯焊接节点受力分析与疲劳试验验证.结果表明:弦管与腹管灌注混凝土可提高结构刚度和调整结构内力,中弦管到边弦管的传力路径由单一的斜腹管变为斜腹管与水平腹管共同传力,斜腹管内力由轴力变为轴力与弯矩的组合形式.疲劳试验测得的相贯焊接节点最大应力位置、大小及应力分布状态与有限元计算结果吻合.弦管与腹管灌注混凝土使相贯焊接节点整体应力及峰值应力均降低,改善了相贯焊接节点的应力分布状态,延缓了裂纹发展速度,延长了相贯焊接节点疲劳寿命.
2023年11月1日,马来西亚鲁巴跨海大桥P25桥塔首节混凝土浇筑完成(见图1),实现了工序的快速转换,标志着主桥正式进入水上施工阶段. 大桥位于鲁巴河入海口,桥面宽16.9 m,设计为双向4车道,全长4 844 m,由1197.6 m南引桥、598.8 m主航道桥和3 047.6 m北引桥组成(见图2).其中,南、北引桥为单箱室预应力混凝土连续梁桥,上部结构采用预制节段胶拼施工工艺;主航道桥为(137.2+324.4+137.2)m双塔双索面混凝土斜拉桥,主梁为Ⅱ形梁,桥塔高111.58 m,为大半径圆曲线八字形塔,设有上、中、下3道横梁.
日本南阿苏铁道倚靠活火山阿苏山修建,沿线风景优美,是有名的观光铁路之一.在2016年4月14-16日的熊本地震中南阿苏铁道受损严重,立野车站至中松车站间处于停运状态. 第一白川大桥位于南阿苏铁道高森线立野车站至长阳车站间,跨越立野峡谷、白川河流,为单线铁路桥,1927年建成,游客可乘坐观光列车在桥上欣赏阿苏山美景.
美国明尼阿波利斯市第三大街桥(Third Avenue Bridge,见图1)跨越密西西比河,是通往美国银行体育馆的主要道路,1910 年建成.该桥全长575.5 m,宽25 m,为7 跨空腹式美兰拱(Melan Arch)连拱拱桥.美兰拱是指采用美兰法修建的混凝土拱,即混凝土拱施工中使用钢拱支架,但不考虑支架重复利用,而是直接将拱架埋到混凝土拱中,类似于劲性骨架混凝土拱.主桥中间5 跨采用美兰拱,各包含3 片拱肋,中心拱肋宽4.9 m,2 道边拱肋宽3～3.9 m,以适应桥梁浅S 曲线线形的变化.拱座直接坐落于基岩上.另外2 跨为实腹式美兰板拱.每侧引桥包括2 跨I形钢梁和2 跨I形预制先张混凝土梁.
宁波舟山港主通道南通航孔桥为主跨390 m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥,主梁采用整体式扁平流线型全断面封闭薄壁钢箱梁,标准断面宽34 m,高3.5 m,标准梁段吊重272 t,梁段最大吊重303 t.主桥钢箱梁共划分为55个梁段,桥塔区梁段采用"浮吊+牵引滑移法"架设,标准梁段采用340 t桥面吊机对称吊装,辅助墩、过渡墩墩顶梁段采用"浮吊十三向千斤顶精调就位法"架设.桥塔区墩旁支架设计为落地式倾斜墩旁支架,与桥塔下横梁支架连接成整体,解决了支架与桥塔塔肢连接不便的难题;塔梁三向临时约束体系设计时考虑钢箱梁各施工阶段的百年一遇风荷载,保证了钢箱梁的安全架设;通过设置对拉螺杆、螺栓连接件和止顶板等临时匹配件,采用马板、临时匹配件及千斤顶等措施对梁段端面进行匹配调平,实现了钢箱梁梁段的精确匹配连接.
鳊鱼洲长江大桥南汊航道桥为主跨672 m双塔双索面钢箱混合梁斜拉桥,采用H形混凝土桥塔,索塔锚固区位于上塔柱区域.为优化索塔锚固区结构受力、简化施工,采用大节段式钢锚箱与十字形内腔混凝土组合新结构,十字内腔中间为钢锚箱,钢锚箱节段间分离并自由过渡,通过剪力钉与桥塔混凝土结合.钢锚箱为箱形全焊结构,长7.0 m,宽2.0 m,由侧面拉板、端板、锚室构成,材质为Q370qE钢.节段分离式钢锚箱分单元逐个制造锚室,再与钢锚箱壁板拼焊成钢锚箱节段,节段间采用"1+3"卧式短线法匹配试拼装,试拼装匹配完成后,节段间设置高程限位卡板和平面导向限位件,以实现钢锚箱现场吊装时的快速定位.实际施工中单节标准钢锚箱节段吊装及精调定位时间约4 h,安装精度满足规范要求.
为研究超高性能混凝土(UHPC)非线性徐变阈值与特性,对不同初始龄期加载与应力比的圆柱体UHPC试件开展室内环境下徐变试验,测试试件在加载100d期间的轴向与环向应变.根据试验结果,计算UHPC在不同应力比下的徐变系数、非线性徐变放大系数与名义泊松比,分析普通混凝土非线性徐变放大系数模型对UHPC的适用性,得到适用于UHPC的非线性徐变放大系数模型.结果表明:UHPC的徐变类似于普通混凝土,但UHPC的非线性徐变特性更显著,其非线性徐变阈值为0.3 fc(fc为混凝土抗压强度);传统的普通混凝土徐变模型高估了UHPC的非线性徐变阈值且低估了非线性徐变放大系数;UHPC的名义泊松比在加载后增长显著,表明非线性徐变与试件内微裂缝扩展有关;本文模型计算结果与试验结果吻合较好,最大相对残差仅9.9％,可用于UHPC非线性徐变计算.
澳氹第四跨海大桥主桥为大跨度钢箱加劲连续钢桁梁桥,主桥基础采用φ2.8 m钻孔灌注桩基础,最大孔深107 m,钢套管需穿过覆盖层、全风化及强风化花岗岩,嵌入持力层中风化花岗岩至少0.3 m.桩基础施工时,首先采用ZRT320H 型全回转钻机配合SWDM550 型旋挖钻机取土沉放钢套管至中风化岩面,然后采用反循环钻机(RCD)磨岩成孔,最后清水清孔、灌注水下混凝土成桩.钢套管由筒身、底节、合金刀齿三部分组成,首节长19.5 m,按照桩长配置12.0 m标准节段.钢套管入土小于50 m时,在全回转钻机底座四角焊接限位板定位锚固;入土深度超过50 m后,通过传力杆和锚座进行定位锚固.采用旋挖钻机配备专用取芯钻头或反循环钻机等工艺措施处理孤石.主桥全部钢套管在沉桩施工中,未发生屈曲变形和卷边等现象.
为防止波纹钢腹板PC箱梁桥带翼缘板嵌入式连接件翼缘板过早失稳导致失去抗剪能力,在翼缘板宽厚比较大处焊接栓钉.设计制作7组足尺试件进行推出试验,分析栓钉强化的带翼缘板嵌入式连接件在剪力作用下的破坏形态和荷载滑移性能,以及翼缘板宽厚比、腹板嵌入深度、翼缘板栓钉、腹板厚度和接合钢筋直径对抗剪性能的影响,并验证嵌入式连接件极限承载力计算公式适用性.结果表明:栓钉强化的带翼缘板嵌入式连接件试件破坏模式为混凝土劈裂,荷载～滑移曲线分为弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段.在翼缘板宽厚比较大处焊接栓钉,阻止了翼缘板失稳,抗剪承载力得到显著提高;翼缘板宽厚比、腹板嵌入深度对栓钉强化的带翼缘板嵌入式连接件的抗剪性能影响较明显,而腹板厚度和接合钢筋直径的影响可以忽略.带翼缘板嵌入式连接件承载力修正计算公式与推出试验结果吻合度较好,可适用于栓钉强化的带翼缘板嵌入式连接件的设计计算.
钢筋混凝土桥面板因防冻剂和盐害导致钢筋腐蚀从而产生病害,不仅会降低结构安全性,还存在混凝土剥离掉落造成次生伤害的风险,以及桥面板损伤需频繁修复铺装层等问题.为改善以上情况,开发了使用聚乙烯醇(PVA)短纤维和芳纶纤维(AFRP)筋代替钢筋和预应力钢束的超高耐久性桥面板,其构造如图1 所示.超高耐久性桥面板总厚约300 mm,底部设置横向水平加劲肋(厚约120 mm),桥面板混凝土采用添加PVA短纤维的高强度纤维增强混凝土,使用AFRP筋作为体内力筋施加预应力.护栏中的钢筋使用玻璃纤维(GFRP)筋进行替换,以提高耐久性.超高耐久性桥面板具有100年以上的使用寿命,使用期间不需要养护,可降低碳排放及全寿命周期成本.
瓮开高速开州湖特大桥为1100 m单跨钢桁梁悬索桥,钢桁梁采用缆索吊装系统由中跨跨中往桥塔方向对称整节段安装.为确保加劲梁在施工期间及成桥阶段线形和内力均满足要求,采用非线性分析软件BNLAS建立大桥施工全过程空间有限元模型进行施工控制计算.加劲梁安装过程中线形呈现先下凹再上拱的变化,梁段间均采用临时连接,上弦采用由耳板及销轴组成的铰接装置铰接,下弦断开.施工中主索鞍分9次顶推确保桥塔受力安全,成桥阶段塔偏小于1 cm.根据加劲梁线形及下弦开口量变化规律确定刚接时机,悬吊段刚接完成后加劲梁应力均小于材料容许值.根据大桥结构特点及施工方案,确定主动调整端梁姿态适应悬臂端加劲梁线形的合龙控制措施.对恒载、主缆弹性模量、温度、桥塔收缩徐变等对加劲梁成桥线形的影响进行敏感性分析,并采用实测值对计算模型进行修正.采用各项控制措施后,该桥加劲梁成桥线形平顺,跨中节点处最大误差为+17.8 cm,满足规范要求.
金庆桥是日本首座全焊接铝合金桥梁(见图1),19 61年6月建成,位于兵库县连接芦屋市和有马温泉的芦有公路上.该桥桥长20.6 m,桥面宽7.00～8.16 m,是一座简支组合钢板梁桥,斜交75°,活荷载为T-20荷载,平面线形为直线,纵向坡度为5％,横向坡度为1.4％～6.0％.主梁由4 片板梁组成,采用7 系耐腐蚀铝合金(相当于现在的A5083)轧制,构件间的连接采用在工厂MIG焊接、在现场铆接.单片梁从工厂运至现场架设.钢筋混凝土桥面板厚17 cm,沥青混凝土铺装层厚5 cm,护栏也采用铝合金制作,全桥铝合金总重量约7 t.目前该桥已使用了60多年,日本土木学会认定其具有历史建筑保护价值,授予"2017年度土木学会选奖土木遗产"荣誉.
针对微波干涉雷达现场识别桥梁拉索基频过程中存在操作繁琐、人机交互能力差等问题,基于微波干涉雷达测量拉索基频的原理,提出了一种可快速提取拉索位置参数的方法,运用指数平滑法、峰值检测法和自相关算法对雷达散射波形数据进行分析,自动提取拉索位置参数进行拉索基频的快速识别.采用该方法对2座大型斜拉桥斜拉索频率进行识别,并与采用加速度传感器法的拉索频率结果进行对比,结果表明:采用微波干涉雷达识别的拉索频率与加速度传感器法的实测频率相对偏差率在±1.5％以内,验证了该方法的可靠性;基于微波干涉雷达的桥梁拉索基频快速识别方法省时省力,可一次性快速获取多根拉索的位置参数并进行基频识别,自动化程度高.
菲律宾卡马拉尼甘大桥跨越卡加延河,主桥为(82.5+2×157.5+82.5)m三塔四跨双索面预应力混凝土部分斜拉桥.针对桥址地震烈度高、基本风速高和主墩刚度大的特点,采用塔梁固结、塔墩分离结构体系,支座采用钢阻尼隔震支座和纵向黏滞阻尼器的组合约束体系;主梁采用单箱单室斜腹板变截面预应力混凝土箱梁;桥塔采用外倾双柱式混凝土塔,塔高23.015 m;斜拉索采用空间扇形双索面布置形式,单根钢绞线公称直径15.7 mm,抗拉强度标准值1 860 MPa,索梁锚固采用倒梯形锚固块+全隔板的锚固形式;主墩采用实心矩形截面,基础采用群桩基础.有限元计算分析表明,结构受力均满足AASHTO规范要求.
印度在建的孟买跨海枢纽工程(Mumbai Trans Harbour Link,见图1)长21.8 km,连接马哈拉施特拉邦首府孟买和规划城市新孟买,将两地的通行时间从2h缩减到20 min.跨海部分桥梁长4 km,跨长100～180 m,主梁采用钢箱梁,桥面板为正交异性钢桥面板,桥面宽27 m,布置双向6 车道,预计交通量达到7 万辆/d.
为研究穿越深厚饱和软土桥墩嵌岩桩受地面堆载作用产生偏位的原因并提出处治方案,以某立交项目为背景,采用力矩平衡法和数值模拟相结合法分析饱和软土地基和嵌岩桩的受力,提出桥墩拉索稳固结合支架托换与地基加固结合专用设备顶升托换2种处治方案并进行比选.结果表明:深厚饱和软土地区地面堆载易造成桩基偏位和破坏;采用力矩平衡法分析发现土体滑动面半径越大、堆载越高,桩基剪力越大,在滑动面上多排桩受力不均,会造成桩基偏位并发生渐进性破坏;数值模拟显示,与嵌岩面相切的滑动面稳定性最差,滑动面圆心角约125°,与理论计算结果基本一致,桩基有阻止地基土滑动面剪切破坏的作用,但多排桩的内力和基岩应力分布不均,受力大的桩先行偏位,桩基发生渐进性破坏,进而造成桥墩偏位;拆除桥墩过程中,采用桥墩拉索稳固结合支架托换的处治方案,施工扰动影响小,实施效果较好.
为提升山区高速公路钢-混组合梁桥的预制装配化和通用性等技术水平,根据山区高速公路结构和公路荷载特点,提出了一种适用于山区高速公路装配化施工的钢-混组合梁构造形式,并对其设计及关键技术进行研究.山区高速公路钢-混组合梁可采用结构简支桥面连续或结构连续体系;主梁采用将2 片工字形钢梁组合为1 榀整体预制而形成的工字形榀梁横断面,半幅桥的2车道和3车道分别采用2榀和3榀工字形钢梁横断面;30、40、50 m跨径主梁梁高分别为1.6、2.0、2.5 m;2 片工字形钢梁间采用X撑联结系以提高结构的整体性.钢混组合简支桥面连续体系采用钢UHPC简支桥面连续构造,避免了普通混凝土连续段混凝土易开裂的问题;在墩顶后浇段一定范围内设置抗拔不抗剪连接件,并采用施加部分预应力的负弯矩区抗裂技术,解决了结构连续体系预应力效率低、负弯矩区混凝土桥面板易开裂的问题;采用架桥机逐孔单榀整体吊装的快速架设施工技术提高了施工效率.该山区公路装配化钢-混组合梁工程应用表明:快速架设的装配化钢-混组合梁不仅极大提高了山区高速公路的建造效率,而且具有较好的经济性和适用性.
2023年11月12日,新建天津至潍坊高速铁路(简称津潍高铁)重点控制性工程——东营黄河公铁大桥主桥568号主墩承台首层混凝土浇筑完成(见图1),标志着大桥建设由地下施工转入地上施工阶段.
丹江口水库特大桥为主跨760 m双塔部分地锚式混合梁斜拉桥,主跨跨中设"无轴力连接装置+大位移伸缩缝"构造.针对主跨跨中处伸缩缝阻尼约束需求,设计一种多级阀并联结构的新型锁定黏滞阻尼装置.建立大桥空间有限元模型进行设计参数优化,开展锁定性能及减振耗能测试,并进行地震作用下伸缩缝运动控制效果仿真分析.结果表明:锁定刚度为150 kN/mm时对伸缩缝有较优的减振效果,且具备较好的可实现性,是理想的设计锁定刚度;锁定性能测试中加载速度大于等于0.5 mm/s时,实现锁定,且锁定位移、锁定刚度均满足设计要求;减振耗能测试中各工况实测阻尼力与理论阻尼力的最大偏差为-6.2％,在规范允许最大偏差±15％以内,表明结构设计与原理的正确性,同时具备较好的速度锁定及黏滞阻尼耗能功能;纵、横向地震作用下,锁定黏滞阻尼器对伸缩缝的运动位移、运动速度均有明显的控制效果.
