橋梁工程領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及焦點問題

王武勤

(中國交通建設(shè)集團，北京 100088)

1 橋梁工程的創(chuàng)新成果及工程技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

1.1 新材料研發(fā)與工程應(yīng)用

1.1.1鋼材

歐洲的鋼材已經(jīng)達(dá)到960MPa級(16mm厚鋼板)，美國的橋梁用耐候鋼已達(dá)690MPa級，日本采用的微合金化成分鋼材已達(dá)800MPa級，而且采用熱機械軋制(TMCP) 技術(shù)生產(chǎn)出具備優(yōu)良可焊性的980MPa級橋梁結(jié)構(gòu)用鋼，但未實際應(yīng)用。土耳其博斯普魯斯三橋斜拉索采用了強度1 960MPa的鋼絲。我國滬通長江大橋主橋拉索已采用國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)的2 000MPa平行鋼絲索，最近國外已有報道某橋梁方案擬采用2 160MPa的鋼絲。比起目前斜拉橋常用的1 860MPa平行鋼絲索，更高強度高強鋼絲的應(yīng)用減小了主纜直徑和質(zhì)量。滬通長江大橋主桁梁采用國產(chǎn)的Q500qE鋼材，使得主桁梁質(zhì)量有所減輕。南京大勝關(guān)長江大橋采用了WNQ570耐候橋梁結(jié)構(gòu)用鋼，極限使用厚度由傳統(tǒng)的50mm 提升到68mm。為保持結(jié)構(gòu)的合理剛度和尺寸，在同一主梁不同區(qū)段采用不同強度等級鋼材。武漢漢江七橋鋼拱已采用國內(nèi)研制的Q690qE及其配套的焊接材料與焊接工藝。

1.1.2混凝土

高性能混凝土(high performance concrete，HPC)的高性能主要包括力學(xué)性能穩(wěn)定、高強度、高耐久性、高體積穩(wěn)定性和高工藝性。近年來在歐美等發(fā)達(dá)國家研究應(yīng)用較多，一些橋梁結(jié)構(gòu)已經(jīng)使用超過150MPa的高性能混凝土，而我國在這方面研究相對滯后。目前國內(nèi)一些院校和科研機構(gòu)進行了一系列超高性能混凝土(ultra-high performance concrete，UHPC)方面的研究，并在一些橋梁工程中應(yīng)用于橋面鋪裝上，取得了一定的科研成果和應(yīng)用經(jīng)驗，但在整體結(jié)構(gòu)上應(yīng)用尚少。

1.1.3復(fù)合材料

樹脂基纖維增強聚合物(fibre-reinforced plastic，F(xiàn)RP)是力學(xué)性質(zhì)不同的纖維和樹脂按照設(shè)定的比例和條件復(fù)合而成的新材料，具有線彈性(無屈服平臺)、各向異性(抗拉強度和彈性模量與纖維方向和含量密切有關(guān))、可設(shè)計性。其原材料的生產(chǎn)基本上為日本和歐洲的少數(shù)幾家公司。發(fā)達(dá)國家較早地將FRP等復(fù)合材料應(yīng)用在橋梁修復(fù)、加固等方面, 在纜索方面的應(yīng)用研究也有進展。如瑞士已有將FRP棒筋替換已經(jīng)腐蝕斜拉索的案例，使用效果良好。日本學(xué)者提出了主跨5 000m的以FRP材料為主的懸索橋方案，其基本構(gòu)思為：主纜采用CFRP,橋面系統(tǒng)采用GFRP,主塔采用CFRP與混凝土的混合材料。我國引進該材料后經(jīng)過一定的實驗研究和試用，基本應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)的維修加固和一些建筑與水工結(jié)構(gòu)物的維修加固，包括板材、布材和個別筋材。在纜索方面的應(yīng)用研究也已開展，已有小跨度人行天橋采用FRP作為斜拉索的實例。

1.1.4智能材料

國內(nèi)外對記憶合金、壓電材料、光導(dǎo)纖維、智能自修復(fù)混凝土等新型材料在橋梁監(jiān)測、檢測和加固改造工程中的應(yīng)用已逐步開展研究。

1.2 橋梁新結(jié)構(gòu)

1.2.1主梁結(jié)構(gòu)

1.2.1.1三桁三索面結(jié)構(gòu)的研發(fā)與應(yīng)用

主跨504m的天興洲公鐵兩用斜拉橋的正橋采用三桁三索面雙層橋面結(jié)構(gòu)，上、下層客運專線雙線及Ⅰ級貨運鐵路雙線，其橫截面如圖1所示。主梁采用板桁結(jié)合鋼桁梁，N形桁架，3片主桁，桁寬30m，桁高15.2m，節(jié)間長度14m。主桁弦桿均采用箱形截面，主桁部分斜桿采用箱形截面，其余斜桿、豎桿采用H形截面。主桁節(jié)點采用焊接整體節(jié)點，節(jié)點外拼接。斜拉索錨固于主桁上弦節(jié)點。鋼梁采用Q370qE鋼。施工采用工廠節(jié)段制造，現(xiàn)場吊裝，節(jié)段最大質(zhì)量約650t。滬通公鐵兩用長江大橋也采用這種形式(見圖2)，主跨達(dá)1 092m，公路面采用鋼正交異性板結(jié)構(gòu)，鐵路面采用鋼箱梁。

圖1 天興洲公鐵兩用斜拉橋主梁橫截面(板-桁組合結(jié)構(gòu))

圖2 滬通公鐵兩用長江大橋(單位：cm)

1.2.1.2組合結(jié)構(gòu)

1)鋼正交異性板或鋼箱梁與UHPC橋面的組合

為了克服正交異性鋼箱梁橋面的疲勞難題，將UHPC橋面與其結(jié)合在一起，可以在一定程度上解決鋼箱梁突出的疲勞難題，并同時可以大大提升橋面結(jié)構(gòu)的耐久性問題，如圖3所示。

圖3 正交異性鋼橋面板與UHPC橋面組合

2)鋼桁-混凝土組合拱橋

成貴鐵路鴨池河大橋是跨度436m的中承式拱橋，如圖4所示，采用鋼桁拱骨架，拱腳部分包覆混凝土，拱頂部分區(qū)段拱肋上翼緣填筑混凝土。充分利用了材料的各自特性并且經(jīng)濟。

圖4 成貴鐵路鴨池河大橋

3)斜主桁結(jié)構(gòu)

京廣高鐵鄭新公鐵兩用黃河大橋上層通行6車道高速公路，下層通行雙線京廣高速鐵路，如圖5所示。針對上寬下窄的交通布置，將鋼桁梁設(shè)計成倒梯形結(jié)構(gòu)，可以顯著節(jié)省鋼材用量。武黃城際鐵路黃岡公鐵兩用長江大橋也采用了這種結(jié)構(gòu)形式。

圖5 鄭新公鐵兩用黃河大橋橫截面示意

4)預(yù)應(yīng)力混凝土空腹(斜腿)式連續(xù)剛構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)形式是在常規(guī)連續(xù)剛構(gòu)形式上的一種新的改型，其主要思路是對箱梁的根部腹板進行挖空，減輕自重，形成梁-拱組合受力模式，提高承載力，從而提高其跨越能力，按此構(gòu)思設(shè)計建成的北盤江大橋主跨達(dá)290m，至今運行狀態(tài)良好，如圖6所示。

圖6 北盤江大橋預(yù)應(yīng)力混凝土空腹(斜腿)式連續(xù)剛構(gòu)

5)鋼、混凝土混合結(jié)構(gòu)

重慶石板坡復(fù)線大橋主跨跨中段采用鋼箱梁，其余均為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，使連續(xù)剛構(gòu)主跨跨度達(dá)到310m，如圖7所示。

圖7 重慶石板坡復(fù)線大橋連續(xù)剛構(gòu)跨中段鋼箱梁吊裝

6)鋼桁梁整節(jié)段全焊結(jié)構(gòu)

平潭海峽公鐵兩用大橋主航道斜拉橋主梁采用整節(jié)段全焊結(jié)構(gòu)，最大節(jié)段吊重達(dá)1 100t，80m簡支桁梁采用整孔全焊設(shè)計，最大吊重達(dá)1 520t。

1.2.2內(nèi)置式索塔錨固結(jié)構(gòu)

1)內(nèi)置式鋼錨箱結(jié)構(gòu)

鋼錨箱內(nèi)置于混凝土塔壁的組合索塔錨固結(jié)構(gòu)，利用鋼錨箱側(cè)板水平受拉、混凝土塔壁豎向受壓為主承擔(dān)斜拉索作用力。該結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮鋼與混凝土各自的材料性能優(yōu)勢，錨固區(qū)傳力可靠，塔壁可不設(shè)或少設(shè)預(yù)應(yīng)力筋，鋼錨箱容易養(yǎng)護。鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)性能較為可靠；工廠加工，錨箱施工質(zhì)量容易保證。另外，鋼錨箱側(cè)板位于拉索兩側(cè)，錨箱橫隔板形成一個張拉平臺，便于施工；各錨箱通常上下連接，使錨固點定位更加精確，同時也分擔(dān)了部分豎向力，如圖8a所示。

2)內(nèi)置式鋼錨梁結(jié)構(gòu)

內(nèi)置式鋼錨梁結(jié)構(gòu)受力機理與內(nèi)置式鋼錨箱結(jié)構(gòu)相似，如圖8b所示。

圖8 斜拉橋內(nèi)置式鋼錨箱(梁)結(jié)構(gòu)

1.2.3橋梁基礎(chǔ)

1)鉆孔灌注樁基礎(chǔ)

福平鐵路鼓嶼門水道橋輔助墩4號鉆孔樁直徑4.5m,是目前世界上最大直徑的海上鉆孔樁,樁長41m。鉆孔機械采用武橋重工研制的KTY5000鉆機。魚山大橋基礎(chǔ)采用φ5.0～3.8m變徑復(fù)合樁基(鋼護筒作為結(jié)構(gòu)的一部分參與受力)，樁長為60～ 148.2m，如圖9所示。

圖9 魚山大橋復(fù)合樁基礎(chǔ)下沉平臺

2)組合沉井基礎(chǔ)

滬通長江公鐵兩用大橋主塔基礎(chǔ)為大型鋼-混凝土組合沉井基礎(chǔ)，為目前世界上最大的沉井基礎(chǔ)。沉井上部為高59m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下部底節(jié)鋼沉井高56m，為鋼結(jié)構(gòu)。28，29號主墩沉井的平面尺寸為86．9m×58．7m，平面布置24個12.8m×12.8m的井孔。沉井吸泥下沉與接高交替進行,采取空氣吸泥機等措施吸泥下沉，如圖10所示。

圖10 滬通長江公鐵兩用大橋29號墩沉井定位

3)根式空心樁

在秋浦河大橋懸索橋錨碇設(shè)計中，采用根式空心樁鉆孔基礎(chǔ)，為軟土地區(qū)懸索橋錨碇提供了一種新型錨碇基礎(chǔ)，如圖11所示。

圖11 秋浦河大橋北錨碇布置形式

1.3 橋梁制造方面的創(chuàng)新和發(fā)展

1)鋼橋梁制造及檢測技術(shù)提升很快，板單元制造基本實現(xiàn)了機械化、自動化，鋼箱梁組焊及預(yù)拼裝實現(xiàn)了工廠化制造。鋼桁梁吊裝節(jié)段的幾何精度及質(zhì)量控制技術(shù)已趨成熟，焊接機器人等在鋼橋梁整體制造中得到了應(yīng)用，自日本研發(fā)了U肋雙面焊技術(shù)后，國內(nèi)也研制成功智能U肋內(nèi)焊機器人，可以對U肋與頂板連接處內(nèi)部雙側(cè)的角焊縫進行焊接，從而實現(xiàn)了U肋內(nèi)外角焊縫的雙面焊接，提高了橋梁面板系的抗疲勞壽命，并配備有U肋內(nèi)焊縫磁粉探傷機器人及修磨機器人，形成了正交異性鋼橋U肋板單元內(nèi)焊工藝及制造驗收規(guī)則。超聲相控陣檢測技術(shù)在正交異性板U 肋角焊縫熔深檢測中的應(yīng)用也顯著提升了檢測精度。

2)采用整體引熄弧板、焊前預(yù)熱、多次翻身分次完成坡口焊接工作來控制焊接變形；專門的翻身工裝將所有焊接位置改變?yōu)槠胶笭顟B(tài)等一系列技術(shù)措施，成功完成了對接端口要求75%面積貼合，且最大間隙不超過1mm、最大板厚100mm的美國舊金山-奧克蘭新海灣大橋自錨式抗震懸索橋五面體鋼塔制造。

3)復(fù)合防腐型平行鋼絲拉索的成功研制和開發(fā),可望使拉索性能實現(xiàn)本身不少于50年使用壽命的預(yù)期目標(biāo)。

4)鐵路整孔簡支梁預(yù)制技術(shù)不斷優(yōu)化提升。在引進國外技術(shù)的基礎(chǔ)上再創(chuàng)新，已全面實現(xiàn)了模板液壓自動化作業(yè)。

1.4 施工技術(shù)與裝備的創(chuàng)新和進步

1.4.1浮吊裝備

在國產(chǎn)“藍(lán)鯨號”7 500t浮吊之后，12 000t全回轉(zhuǎn)自航浮吊的問世等可以滿足橋梁結(jié)構(gòu)長節(jié)段或大構(gòu)件的水上吊裝，減少現(xiàn)場作業(yè)，保證安全和質(zhì)量，如圖12所示。

圖12 12 000t全回轉(zhuǎn)自航浮吊

1.4.2架梁設(shè)備性能不斷提升

1)纜索式起重機吊裝能力不斷提升。從萬縣長江大橋跨度435m、設(shè)計控制荷載80t的纜索式起重機,發(fā)展到明州大橋跨度450m、承載能力400t?！暗蹩酆弦弧钡脑O(shè)置和在拱肋剛度較大的情況下采用少扣索纜索吊裝的方案既經(jīng)濟，又縮短了現(xiàn)場臨設(shè)的架設(shè)時間。

2)主纜牽引先導(dǎo)索架設(shè)方法的多樣化，如：火箭拋繩法、直升機或無人機牽引法、飛艇牽引法等，使施工方法的適用性和經(jīng)濟性以及縮短施工周期等方面有了更多的選擇。

3)懸索橋跨纜吊機模塊化、智能化、自動化和自備的安裝、拆卸系統(tǒng)方便了施工，提高了控制精度和效率，安全性和可靠性更高。

4)斜拉橋主梁桁段架設(shè)橋面吊機吊重能力從天興洲長江大橋的650t,發(fā)展到滬通長江大橋的1 800t(見圖13)。

圖13 大噸位鋼桁梁吊裝

5)拱上吊機安裝拱肋技術(shù)。朝天門長江大橋拱上吊機吊重能力為80t，盧浦大橋拱上吊機吊重能力更是達(dá)到400t，如圖14所示。

圖14 拱上吊機吊裝

6)國內(nèi)研制的具有自動保護等先進裝置D-5200回轉(zhuǎn)式塔式起重機吊高210m、吊距23m時，吊重可達(dá)240t，適用于高聳大噸位模塊吊裝，創(chuàng)造了起重力矩最大，綜合起重能力最強的兩個世界第一，如圖15所示。

圖15 D-5200塔式起重機

7)大跨度橋梁施工監(jiān)控方面，建立了斜拉橋施工幾何控制法的方法體系，編制了相應(yīng)的計算軟件，研發(fā)了專用的橋梁設(shè)計軟件。

8)在適宜的條件下，轉(zhuǎn)體施工技術(shù)越來越多地用于拱橋、斜拉橋和剛構(gòu)橋的施工中，目前斜拉橋轉(zhuǎn)體長度已達(dá)263.6m、重達(dá)4.6萬t。

9)在引進日本S形纏絲機的基礎(chǔ)上，已研制出國產(chǎn)S形纏絲機并用于工程施工。

10)將抽真空法用于鋼管混凝土拱橋的管內(nèi)混凝土灌注，在一定程度上減輕了拱頂區(qū)域混凝土脫空的程度。

2 橋梁工程技術(shù)的幾個熱點問題及基本趨勢

2.1 跨海橋梁

2.1.1跨海橋梁的特點

未來跨海橋梁的修建需求會越來越旺盛，而外海橋梁的環(huán)境特點如下：①水深、浪大、流急、風(fēng)疾、霧濃；②高濕度、強鹽害、強震災(zāi)、船撞擊。由此跨海橋梁要解決以下問題：①跨越能力要大；②深水基礎(chǔ)不可避免；③結(jié)構(gòu)的防腐性要好；④要基本保證全天候運行；⑤需確定全壽命設(shè)計和耐久性的原則。

2.1.2跨海橋梁建造的幾個關(guān)鍵問題

2.1.2.1深水基礎(chǔ)選型及施工

據(jù)一些擬建跨海(非近海)大橋選擇方案的橋址水文地質(zhì)初步調(diào)查，結(jié)合現(xiàn)有橋梁的跨越能力，80～100m左右的深水基礎(chǔ)恐難避免，50m左右的深水基礎(chǔ)將屬常見。世界上已建成的最大深水基礎(chǔ)為65m水深的希臘Rion-Antirion橋，國內(nèi)江河湖泊和近海橋梁一般基礎(chǔ)水深不超過50m，現(xiàn)有基礎(chǔ)形式除了近海岸可借鑒外，深水區(qū)需另覓他徑。目前研究或設(shè)想的深?；A(chǔ)形式主要如下。

1)設(shè)置基礎(chǔ)

預(yù)制結(jié)構(gòu)可以有效縮短海上作業(yè)時間，降低復(fù)雜海況和氣象帶來的風(fēng)險，根據(jù)需要可以采用混凝土、鋼或鋼-混凝土結(jié)合的結(jié)構(gòu)，采取先著床再灌注后續(xù)混凝土的工序和方法。

2)負(fù)壓筒基礎(chǔ)

該基礎(chǔ)由海上石油開采平臺筒形基礎(chǔ)而來，采用負(fù)壓方法下沉，具有承載力較大和施工速度較快及對環(huán)境影響較小等特點，值得研究，如圖16所示。

圖16 負(fù)壓筒基礎(chǔ)概念

3)浮式基礎(chǔ)

該方案源于成熟的浮力塔海上油氣平臺技術(shù)，具有建造成本低、對水深不敏感、在復(fù)雜海洋環(huán)境中具備優(yōu)良穩(wěn)性和耐波性的優(yōu)點。目前已經(jīng)有將其用于海上風(fēng)電設(shè)施基礎(chǔ)的專利，針對跨海橋梁基礎(chǔ)的特點可以進一步研究其適用性，如圖17所示。

圖17 浮式基礎(chǔ)方案構(gòu)想

4)管柱基礎(chǔ)

采用較大直徑的管柱，單個管柱就位后即可單獨承載風(fēng)浪力，再利用分塊預(yù)制拼裝的方法安裝承臺或采用高樁承臺的方案在水上施工承臺。日本大名門橋多柱式基礎(chǔ)如圖18所示。

圖18 大名門橋多柱式基礎(chǔ)(單位：m)

考慮到跨海橋梁(非近海)的惡劣海象和氣象條件，以及大型基礎(chǔ)構(gòu)件體量大、運距遠(yuǎn)等特點，跨海深水基礎(chǔ)施工需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上研制或改進施工機具，使之滿足快速、安全、精確的施工要求，包括大型運輸半潛駁、大型吊裝機械、大型打樁機、大輸送量的混凝土泵等并制定有關(guān)工藝細(xì)則。此外針對不測風(fēng)浪等惡劣環(huán)境的臨時避難設(shè)施也應(yīng)予以綜合考慮。

2.1.2.2跨海大橋的上部結(jié)構(gòu)選型

目前除已建成的跨度1 991m的日本明石海峽橋外，國內(nèi)某工程正在考慮2 300m主跨的鋼箱梁加勁梁的不對稱懸索橋方案，意大利Messina大橋的設(shè)計跨度更是達(dá)3 300m。所以，根據(jù)需要，跨度2 000m以上采用懸索橋方案技術(shù)上是基本可行的。目前已建成斜拉橋最大跨度是1 104m的俄羅斯島大橋,1 092m的滬通公鐵兩用長江大橋也已通車。隨著技術(shù)的進步，1 500m跨度斜拉橋的修建可望實現(xiàn)。而在較淺水域，由于有310m主跨重慶石板坡長江復(fù)線橋的修建，連續(xù)剛構(gòu)橋(混凝土或鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu))也是不錯的選擇。當(dāng)然，若具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)點的碳纖維復(fù)合材料(CFRP)的錨固等性能足夠可靠、價格低到能夠接受的程度，上述橋型的跨度可望有一個大的飛躍。

2.1.2.3海象、氣象情況的掌握和水文地質(zhì)勘測

惡劣海象、氣象情況的工程環(huán)境是建造跨海大橋的最大問題，特別是遠(yuǎn)海大尺度結(jié)構(gòu)所受風(fēng)、浪、流的耦合作用機理尚不很清楚，簡單借用近海港口碼頭的水工結(jié)構(gòu)規(guī)范進行設(shè)計是不行的，為此除了盡可能利用橋址附近油氣鉆井平臺設(shè)置時掌握的有關(guān)數(shù)據(jù)，在橋址設(shè)置長期觀測點實測掌握第一手資料是必須的。當(dāng)然，輔以實驗室模擬實驗和數(shù)值分析可以較經(jīng)濟和快捷地為工程提供比對參考。

2.2 鋼-混組合結(jié)構(gòu)橋梁

鋼-混組合橋梁結(jié)構(gòu)以其整體結(jié)構(gòu)的受力經(jīng)濟性、發(fā)揮兩種材料性能優(yōu)勢的合理性和施工的方便快捷性，并且減少了部分鋼材從而減輕了防腐維護的壓力，在20世紀(jì)就為美國、歐洲和日本等較廣泛地應(yīng)用，并在工程實踐的基礎(chǔ)上，總經(jīng)形成了相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.1鋼-混組合橋梁目前的最大跨度

目前組合梁橋主梁斜拉橋的最大跨度是美國福斯三橋的650m，組合梁加勁梁地錨式懸索橋的最大跨度是武漢鸚鵡洲長江大橋的850m，自錨式懸索橋的最大跨度是濟南鳳凰黃河大橋的428m，組合梁橋面結(jié)構(gòu)拱橋的最大跨度是廣西平南三橋鋼管混凝土中承式拱橋的575m，連續(xù)組合鋼箱梁橋最大跨度是即將建成的濟南鳳凰黃河大橋引橋的245m。

2.2.2鋼-混組合橋梁的發(fā)展前景

1)斜拉橋 斜拉橋主梁中主要以壓彎受力為主，恒荷載下承壓，所以在幾種橋型中，組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性發(fā)揮更為充分，對于組合鋼板梁，一般多用于公路市政，600m以下比較經(jīng)濟；對于組合鋼桁梁，一般多用于公鐵兩用橋或鐵路橋，由于鐵路橋活荷載較大，跨度大到一定程度，混凝土部分抗彎壓能力較弱，限制其跨度的發(fā)展，一般認(rèn)為500～600m是其經(jīng)濟跨度；對于鋼箱組合梁，與組合鋼板梁同理，經(jīng)濟跨度在800～900m。

2)懸索橋 地錨式懸索橋加勁梁在恒荷載下主要承彎，在活荷載加上后除承彎外，尚需提供足夠的抗扭剛度，所以經(jīng)濟性是限制其跨度發(fā)展的制約性因素；對于自錨式懸索橋，加勁梁承彎又承壓，在一定程度上類似于斜拉橋，較為充分地利用了組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。

3)拱橋 中、上承式拱橋的橋面組合結(jié)構(gòu)多用梁式或整體式組合梁體系，以減小自重，經(jīng)濟性好。下承式(系桿拱橋)則為拉彎，中小跨度采用組合結(jié)構(gòu)較為適宜。

除了上述之外，采用組合結(jié)構(gòu)還需綜合考慮其在整個結(jié)構(gòu)體系中的可更換性。

4)梁橋 組合梁橋與一般梁橋受力相同，由于混凝土相比鋼構(gòu)件質(zhì)量要大，所以跨度達(dá)到一定程度將不很經(jīng)濟，但國外中小跨度已有大量運用組合梁橋的實例，其經(jīng)濟性顯著，耐腐性部分得到改善，特別是采用耐候鋼和混凝土的組合結(jié)構(gòu)，其耐腐、耐老化性能得到根本改善。

2.2.3推行組合結(jié)構(gòu)的幾個主要問題

1)組合結(jié)構(gòu)結(jié)合連接件應(yīng)根據(jù)抗剪方向性、強度、剛度、疲勞性能、施工等綜合需求合理選擇。剪力釘目前應(yīng)用較普遍，開孔板的應(yīng)用正日趨廣泛，不管采用何種連接方式，壽命期內(nèi)鋼-混結(jié)合處的可靠性必須得到保證，否則將與計算受力模式不符，導(dǎo)致不可預(yù)料的后果。

2)在適宜的結(jié)構(gòu)中采用UHPC+鋼的正交異性板結(jié)構(gòu)可減小自重，獲得較好的技術(shù)和經(jīng)濟性。

3)組合結(jié)構(gòu)選材時，除了考慮強度這個主要因素外，尚需兼顧不同結(jié)構(gòu)的剛度(彎、扭)要求。同時盡量達(dá)到各種材料性能利用的基本均衡。

4)選用組合結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮施工隊伍的技術(shù)水平，否則可能事與愿違。

5)國內(nèi)組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用經(jīng)驗較少，對重要結(jié)構(gòu)仍需做一定試驗予以驗證，在工程實踐的基礎(chǔ)上進一步總結(jié)提高。

2.3 關(guān)于大跨度纜索承重橋梁的風(fēng)振

隨著交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，大跨橋梁不斷刷新紀(jì)錄，其中懸索橋獨占鰲頭，斜拉橋緊隨其后，隨之而來的問題是結(jié)構(gòu)剛度越來越小，阻尼越來越低，風(fēng)振問題凸顯。特別是2020年4月26日，武漢鸚鵡洲長江大橋橋體發(fā)生波浪形晃動。9天后，廣東虎門大橋懸索橋也發(fā)生了類似現(xiàn)象，一度封橋暫停通行，引起社會深切關(guān)注。自西堠門大橋建成通車以來，每年監(jiān)測到20～30次渦振現(xiàn)象，每次持續(xù)時間10～300min，加速度和位移幅值均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。多座橋的風(fēng)振影響提醒我們對其進一步深化研究非常必要。

2.3.1橋梁風(fēng)振類型及效應(yīng)

1)渦振 渦振是橋梁結(jié)構(gòu)在較低風(fēng)速下發(fā)生的有限振幅振動。一般來說，渦振不會引起橋梁的破壞，但一是影響行車舒適度和引起心理恐慌，二是頻次一多，會累積加重結(jié)構(gòu)的疲勞損傷。

2)顫振 顫振是振動的橋梁或構(gòu)件通過氣流的反饋作用不斷取吸能量，橫風(fēng)向扭轉(zhuǎn)振幅逐步或突然增大的發(fā)散性自激振動失穩(wěn)現(xiàn)象。顫振的發(fā)散性往往會造成橋梁結(jié)構(gòu)災(zāi)難性的后果。美國的塔科馬舊橋?qū)嶋H上就是這種破壞形式。

3)馳振 馳振是振動的橋梁或構(gòu)件通過氣流的反饋作用不斷取吸能量，橫風(fēng)向彎曲振幅逐步或突然增大的發(fā)散性自激振動失穩(wěn)現(xiàn)象。尾流馳振是由繞過前方結(jié)構(gòu)的波動性來流激發(fā)下游結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生的不穩(wěn)定振動。斜拉橋的拉索、懸索橋吊桿最容易發(fā)生尾流馳振。風(fēng)雨激振是拉索或吊索在風(fēng)和雨共同作用下發(fā)生的一種馳振現(xiàn)象。斜拉橋最普遍的抗風(fēng)問題就是風(fēng)雨激振，而水線是導(dǎo)致拉索風(fēng)雨振動的直接原因。風(fēng)雨激振不僅使過橋者有不安全感，而且易引起拉索的疲勞破壞，增大全壽命期的成本費用，也是斜拉橋向更大跨度發(fā)展的控制因素之一。

4)抖振 抖振是一種具有強迫振動特性的有限振幅振動，一般不會導(dǎo)致橋梁的氣動失穩(wěn)，但由于發(fā)生抖振響應(yīng)的風(fēng)速低、效率大，會使構(gòu)件的接頭或支座等構(gòu)造細(xì)節(jié)發(fā)生局部疲勞破壞，過大的抖振響應(yīng)還會危及橋面行車安全。

2.3.2橋梁抗風(fēng)分析與措施

1)橋梁渦激共振的有限振幅計算目前采用的是一種半理論半試驗的方法，以近似地估算渦激共振的振幅。減小渦振振幅的方法有：提高結(jié)構(gòu)阻尼和附加整流板等。

2)顫振研究比較前沿的成果是項海帆院士創(chuàng)導(dǎo)的基于多振型耦合顫振機理的三維顫振狀態(tài)空間法。

3)馳振分析的主要方法是把空氣力作為自激力，在單自由度-彎曲振動方程中，根據(jù)臨界風(fēng)速時阻尼為零的條件，確定馳振臨界風(fēng)速。提高橋梁馳振臨界風(fēng)速的方法有：安裝調(diào)質(zhì)阻尼器以提高結(jié)構(gòu)阻尼比，對矩形截面采用倒角以降低升力系數(shù)負(fù)斜率的絕對值，加大結(jié)構(gòu)剛度以提高彎曲基頻增加結(jié)構(gòu)的密度和阻尼等。

4)抖振研究主要是Davenport的機翼抖振移植法和Scanlan的顫抖振理論。減小抖振振幅的有效措施是提高結(jié)構(gòu)阻尼和改善截面氣動性能。

5)風(fēng)洞試驗是以較小代價獲取有關(guān)風(fēng)動力效應(yīng)的重要試驗手段，數(shù)值模擬分析手段也是現(xiàn)代發(fā)展起來的重要研究工具。

2.3.3橋梁抗風(fēng)研究的幾個問題

1)從西堠門橋到虎門大橋，在施工過程中和成橋運營中出現(xiàn)的一些風(fēng)振現(xiàn)象表明，風(fēng)洞試驗結(jié)果和實橋觀測值存在一定偏差，有的偏差大到甚至導(dǎo)致結(jié)論變化。分析認(rèn)為主要原因一是風(fēng)洞試驗受模型尺度效應(yīng)的影響，二是風(fēng)洞試驗?zāi)M來流流態(tài)難與實橋現(xiàn)場一致。為此建議根據(jù)一定數(shù)量的實橋長期觀測，獲取橋位現(xiàn)場的風(fēng)場特性和風(fēng)振效應(yīng)，對風(fēng)洞試驗的有關(guān)參數(shù)和模態(tài)進行完善和修正。

2)在結(jié)構(gòu)措施、氣動措施和機械措施三方面繼續(xù)深入研究，特別是氣動措施的創(chuàng)新和發(fā)展，往往能收到事半功倍的效果。

3)對風(fēng)振研究結(jié)果和實橋表現(xiàn)有重大偏差的大跨纜索承重橋梁，特別是長期超載運營的橋梁，結(jié)合健康監(jiān)測弄清鋼梁是否因存在肉眼可見或不可見的疲勞開裂以及拉(吊)索截面部分腐蝕造成的阻尼降低。使橋梁評估建立在符合實際的基礎(chǔ)上。

3 結(jié)語

近年來我國橋梁建設(shè)技術(shù)取得了令世人矚目的成就，但回顧20世紀(jì)上半葉，西方發(fā)達(dá)國家在大建設(shè)期同樣也成就斐然。作為后發(fā)者，我們不能滿足規(guī)模大、跨度大，而要在橋梁的設(shè)計理論上不斷完善和深化，并在分析計算程序方面有系統(tǒng)突破；在基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)方面多下功夫，結(jié)合試驗研究和工程經(jīng)驗總結(jié)，形成更加完備的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系；在材料方面與有關(guān)行業(yè)合作研發(fā)，學(xué)習(xí)追趕先進國家，使材料性能更好地支撐未來橋梁發(fā)展；在結(jié)構(gòu)構(gòu)造方面不斷創(chuàng)新、在施工技術(shù)方面不斷提升；在質(zhì)量和耐久性方面精益求精，為子孫后代留下經(jīng)久耐用的遺產(chǎn)而不是遺憾。