為將來在特厚鋼板切割復(fù)雜環(huán)境條件下建好橋 |
| 發(fā)布者：無錫市寶錦鋼鐵有限公司 發(fā)布時(shí)間：2021-11-09 16:57:36 點(diǎn)擊次數(shù)：54 關(guān)閉 |
本文概述了近三十年來中國(guó)特大跨徑橋梁建設(shè)的基本情況，介紹了中國(guó)特大跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、鋼橋面鋪裝的典型結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計(jì)、施工關(guān)鍵技術(shù)以及一些結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)使用狀況，總結(jié)了中國(guó)特大跨徑橋梁在安全、耐久、減災(zāi)防災(zāi)方面的技術(shù)現(xiàn)狀，回顧了中國(guó)特大跨徑橋梁在標(biāo)準(zhǔn)體系、高性能材料、信息化技術(shù)、工程裝以及監(jiān)測(cè)評(píng)估等方面取得的進(jìn)步，并對(duì)未來特大跨徑橋梁技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了展望，以期為未來特大跨徑橋梁的建設(shè)發(fā)展提供參考，助力中國(guó)快速邁入橋梁建設(shè)強(qiáng)國(guó)的行列。 橋梁是交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展提供重要支持。中國(guó)自古以來就是橋梁建設(shè)大國(guó)，特別是近三十年來保持著年均增長(zhǎng)3萬(wàn)座橋梁的建設(shè)速度，極大地推動(dòng)了中國(guó)交通行業(yè)的發(fā)展。特大跨徑橋梁設(shè)計(jì)要求高、施工難度大，是衡量一個(gè)國(guó)家橋梁技術(shù)水平的重要指標(biāo)。中國(guó)特大跨徑橋梁設(shè)計(jì)相對(duì)起步較晚，直到上世紀(jì)九十年代，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需求，中國(guó)各類跨江、跨山與跨海特大橋梁才相繼建設(shè)。1991年建成的南浦大橋主跨達(dá)423m，開創(chuàng)了中國(guó)修建m以上大跨徑斜拉橋的先河。1993年建成的楊浦大橋跨徑超過600m，成為當(dāng)時(shí)世界上跨徑的斜拉橋。與此同時(shí)，中國(guó)首座現(xiàn)代懸索橋汕頭海灣大橋(主跨452m)與首座跨徑超千米(1385m)的鋼箱梁懸索橋江陰長(zhǎng)江大橋也相繼建成通車。此后，中國(guó)特大跨徑橋梁的建設(shè)開始呈井噴式的發(fā)展趨勢(shì)，因此，對(duì)特大跨徑橋梁的設(shè)計(jì)技術(shù)的要求也隨之提出。 進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)已經(jīng)成為世界特大跨徑橋梁建設(shè)的中心舞臺(tái)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界上已建成m以上跨度的斜拉橋中中國(guó)占比超過59%(其中3座在中國(guó)香港)；世界上已建成500m以上跨度的懸索橋中中國(guó)占比超過39%(其中1座在中國(guó)香港)；世界上已建成300m以上跨度的拱橋中中國(guó)占比超過55%。表1~表4分別列出了目前排名世界前十跨度的斜拉橋、懸索橋、拱橋和跨海大橋。在經(jīng)歷了追蹤學(xué)習(xí)國(guó)外建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的階段后，中國(guó)逐漸發(fā)展了具有自主創(chuàng)新產(chǎn)權(quán)的大跨徑橋梁設(shè)計(jì)、建設(shè)與維養(yǎng)技術(shù)，極大地推動(dòng)了中國(guó)乃至世界橋梁工程的發(fā)展。 大跨徑橋梁的建設(shè)不僅有助于推動(dòng)交通行業(yè)的發(fā)展，也是一個(gè)國(guó)家科技實(shí)力的重要體現(xiàn)。本文總結(jié)過去三十年里中國(guó)特大跨徑橋梁在上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)與橋面鋪裝等方面的設(shè)計(jì)、施工關(guān)鍵技術(shù)，介紹一些結(jié)構(gòu)目前的運(yùn)營(yíng)使用狀況，提出并展望未來特大跨徑橋梁技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用趨勢(shì)，以期為未來特大跨徑橋梁的建設(shè)發(fā)展參考，助力中國(guó)快速邁入橋梁建設(shè)強(qiáng)國(guó)的行列。 斜拉橋、懸索橋與拱橋是特大跨徑橋梁常見的結(jié)構(gòu)形式，在中國(guó)特大跨徑橋梁建設(shè)中都有著大量的應(yīng)用，三十年來不斷取得進(jìn)步與發(fā)展。 斜拉橋主要由索塔、主梁、斜拉索組成。目前中國(guó)已建成的斜拉橋超過100座，根據(jù)斜拉橋主梁結(jié)構(gòu)形式的不同，選取了蘇通長(zhǎng)江大橋、滬通長(zhǎng)江大橋和鄂東長(zhǎng)江大橋三個(gè)典型的斜拉橋介紹如下。 蘇通長(zhǎng)江大橋[1]于2008年建成通車，主跨達(dá)1088m，是當(dāng)時(shí)世界（目前為第三）跨徑斜拉橋，采用雙塔雙索面鋼箱梁及七跨連續(xù)結(jié)構(gòu)體系。其300.4m高的橋塔與577m長(zhǎng)的拉索曾是，在施工中通過技術(shù)革新成功解決了包括主體結(jié)構(gòu)、抗風(fēng)、抗震、防撞、超大群樁基礎(chǔ)施工、超高鋼混橋塔設(shè)計(jì)等10多項(xiàng)技術(shù)難題，先后獲得2008年“喬治理查德森獎(jiǎng)”、2010年美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)杰出工程成就等國(guó)際大獎(jiǎng)。 滬通長(zhǎng)江大橋[2]主航道橋是世界上首座跨度超過1000米的公鐵兩用斜拉橋，采用主跨1092米的雙塔三索面鋼桁梁斜拉橋結(jié)構(gòu)。主塔高325米，采用倒“Y”形，主塔基礎(chǔ)采用倒圓角的矩形沉井基礎(chǔ)方案，平面面積達(dá)5100m2, 是世界上規(guī)模的橋梁沉井。主梁使用新研發(fā)的Q500qE高強(qiáng)橋梁鋼；世界上首次采用伸縮量2000毫米級(jí)的橋梁軌道溫度調(diào)節(jié)器和伸縮裝置。 鄂東長(zhǎng)江大橋[3]主跨926米，是世界上已建成的第二大混合梁斜拉橋，中跨主梁采用鋼箱梁，邊跨采用同外形的混凝土箱梁；鋼-混凝土結(jié)合段長(zhǎng)8.5米，且位于中跨橋塔附近，結(jié)合段采用PBL剪力連接器的多格室傳力構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)鋼梁向混凝土梁傳力的過渡。該橋也采用全壽命設(shè)計(jì)理念, 進(jìn)行鋼筋混凝土耐久性及鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)，設(shè)置橋梁各主要構(gòu)件檢查維護(hù)通道。 懸索橋主要由主纜、橋塔、吊索、錨碇與加勁梁等組成，是當(dāng)前跨度超過1000米橋梁的主要橋型。上世紀(jì)90年代中期，廣東汕頭海灣大橋開啟了中國(guó)現(xiàn)代大跨徑懸索橋的建設(shè)，之后中國(guó)懸索橋的跨越能力不斷得到提升，1999年建成的江陰長(zhǎng)江大橋是中國(guó)座主跨長(zhǎng)度超過1000m的懸索橋。 舟山大陸連島工程西堠門大橋[4]是世界首座分體式鋼箱梁懸索橋，采用兩跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，跨徑布置為578m + 1650m + 485m，是世界上跨度第二、鋼箱梁長(zhǎng)度長(zhǎng)的在運(yùn)營(yíng)懸索橋。采用的分體式鋼箱加勁梁方案，顯著提高結(jié)構(gòu)顫振穩(wěn)定性能，可抵抗17級(jí)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，建設(shè)期間成功經(jīng)受兩次臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn)，開創(chuàng)中國(guó)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)區(qū)特大跨徑鋼箱梁懸索橋的實(shí)踐先例，獲得了菲迪克2015年度“杰出工程項(xiàng)目獎(jiǎng)”。 海滄大橋[5]為三跨連續(xù)全漂浮鋼箱梁懸索橋，跨徑布置為230m+648m+230m，是中國(guó)首座系統(tǒng)地進(jìn)行橋梁景觀設(shè)計(jì)的特大型橋梁，以曲線造型為基調(diào)，從多方面保證大橋與自然環(huán)境的融合。 泰州長(zhǎng)江大橋[6]是世界上首座三塔雙跨鋼箱梁懸索橋，主跨2×1080m，與傳統(tǒng)的兩塔懸索橋相比，三塔兩跨懸索橋通過增設(shè)中間塔的方式，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性布置，通過中塔的變形來承擔(dān)活載造成的兩邊主纜的受力差異。此外，泰州大橋也創(chuàng)下了當(dāng)時(shí)的4項(xiàng)世界：索塔采用縱橋向倒“Y”形、橫向門式框架型鋼塔；由于河床斷面呈W形且河段土質(zhì)松軟，中間塔基礎(chǔ)入土深度達(dá)70m，為世界；世界上首先采用W形主纜，架設(shè)長(zhǎng)度3117m；施工中采用兩跨鋼箱梁同步對(duì)稱吊裝。2014年，泰州大橋被國(guó)際橋協(xié)授予“2014年杰出結(jié)構(gòu)工程獎(jiǎng)”。 拱橋在中國(guó)的發(fā)展歷史超過一千多年，中國(guó)現(xiàn)代大跨徑拱橋以跨江與跨山谷大橋?yàn)橹? 多次設(shè)計(jì)建成不同時(shí)期不同形式世界跨度拱橋，我國(guó)拱橋的建設(shè)技術(shù)已處于水平。 盧浦大橋[7]主跨550m，保持了6年世界跨度拱橋的記錄，大橋?yàn)殇撓涔皹�，首次完全采用焊接工藝連接。大橋建造中的焊縫總長(zhǎng)度、肋拱吊裝重量、用鋼量、系桿索長(zhǎng)度及張拉噸位等均是當(dāng)時(shí)的, 獲得了國(guó)際橋協(xié)2008年“杰出結(jié)構(gòu)工程獎(jiǎng)”。 重慶朝天門長(zhǎng)江大橋[8]是世界上已建成跨度的桁架拱橋，設(shè)計(jì)為190m + 552m + 190m三跨連續(xù)中承式鋼桁系桿拱橋，雙層橋面，上層設(shè)雙向6車道及兩側(cè)人行道，下層布置雙向城市軌道。全橋布置兩層系桿，特厚鋼板切割上層采用“H形”截面鋼系桿，下層采用“王形”截面鋼結(jié)構(gòu)＋體外預(yù)應(yīng)力索系桿。大橋建設(shè)克服了嚴(yán)重破碎漏水巖層基礎(chǔ)施工、552m跨鋼桁拱懸臂拼裝、高溫、高濕地區(qū)高強(qiáng)螺栓施工控制、鋼桁拱及剛性系桿合龍精度控制等8項(xiàng)難題。 南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋[9]是京滬高鐵的控制性工程，可滿足時(shí)速300km/h的高鐵運(yùn)行要求，創(chuàng)造了“體量大、跨度大、荷載大、速度高”四項(xiàng)世界。大橋全長(zhǎng)9.27km，主橋?yàn)?跨連續(xù)鋼桁架拱橋，主跨2×336m，該連拱為世界同類級(jí)別跨度，大橋獲得國(guó)際橋協(xié)2015年“杰出結(jié)構(gòu)工程獎(jiǎng)”。 滬昆高鐵北盤江特大橋[10]是世界上跨度的鋼筋混凝土拱橋，可滿足時(shí)速350km/h高鐵運(yùn)行，大橋全長(zhǎng)721m，主跨445一跨跨過北盤江。大橋突破了大跨度橋梁無砟軌道鋪設(shè)、大跨度混凝土拱橋施工與剛度控制等難題，使用的C80混凝土鋼管拱結(jié)構(gòu)為中國(guó)首創(chuàng)，大橋獲得了國(guó)際橋協(xié)2018年“古斯塔夫林德撒爾獎(jiǎng)”。 2020年12月建成通車的平南三橋，再次刷新世界跨徑拱橋紀(jì)錄。大橋位于廣西壯族自治區(qū)貴港市平南縣，設(shè)計(jì)為主跨575米的中承式鋼管混凝土拱橋，首次在拱橋中采用“圓形地連墻+卵石層注漿加固”的拱座基礎(chǔ)方案，應(yīng)用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、智能張拉等技術(shù)，將200米高度的塔架頂部偏位控制在20毫米以內(nèi)；首創(chuàng)基于影響矩陣原理的“過程，結(jié)果可控”扣索一次張拉計(jì)算理論，實(shí)現(xiàn)大跨徑拱橋主拱圈線形控制技術(shù)的新突破，使9000噸拱肋合龍精度在3毫米內(nèi)；首創(chuàng)采用C70自密實(shí)無收縮復(fù)合膨脹混凝土，運(yùn)用真空輔助連續(xù)四級(jí)泵送工藝，助力鋼管混凝土拱橋管內(nèi)混凝土灌注施工品質(zhì)邁上新的臺(tái)階。 大跨徑橋梁興建初期，世界各國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)往往僅重視建設(shè)技術(shù)和結(jié)構(gòu)安全，沒有涉及橋梁使用期的管理、養(yǎng)護(hù)、維修、構(gòu)件更新、拆除等諸多問題，只注重建設(shè)期的投資成本而不重視橋梁整個(gè)壽命周期內(nèi)的總成本[11]。鋼板下料第二代橋梁設(shè)計(jì)理論采用可靠度理論評(píng)估橋梁使用壽命，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)，但仍然存在生態(tài)友好欠佳、材料構(gòu)件不能滿足壽命周期耐久性要求等問題。為改善大橋的運(yùn)營(yíng)質(zhì)量，美國(guó)、日本和芬蘭等國(guó)首先開始重視大跨徑橋梁的全壽命周期設(shè)計(jì)，主要考慮全壽命周期費(fèi)用、生態(tài)友好性、結(jié)構(gòu)安全性等[11]。當(dāng)前中國(guó)橋梁設(shè)計(jì)方法已發(fā)展為基于全壽命周期費(fèi)用、綠色交通和結(jié)構(gòu)性能化的第三代工程使用壽命設(shè)計(jì)理念[11]。橋梁全壽命設(shè)計(jì)理念是橋梁發(fā)展的必然趨勢(shì)，中國(guó)學(xué)者在基于構(gòu)造細(xì)節(jié)的全壽命設(shè)計(jì)方法[12]、全壽命周期內(nèi)的養(yǎng)護(hù)管理以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[13-14]、全壽命周期成本計(jì)算以及全壽命理念的橋梁管理[15-16]等方面開展了研究，并不斷涌現(xiàn)出新成果。 大跨徑橋梁上部結(jié)構(gòu)一般包括：鋼梁（鋼箱梁或鋼桁梁）、索塔或拱、纜索系統(tǒng)、橋面鋪裝及附屬設(shè)施等，現(xiàn)以鋼箱梁及索塔為代表予以介紹。 鋼箱梁是大跨徑橋梁主梁常用的結(jié)構(gòu)形式，常分為若干節(jié)段，通過預(yù)制吊裝完成。其于1958年由Geoge Stephenson提出并首次應(yīng)用。中國(guó)于上世紀(jì)90年代起開始興建大跨徑鋼箱梁橋，得到了越來越廣泛地應(yīng)用。 鋼箱梁的截面形式多為整體單箱，少量采用分離雙箱形式，參見圖4，采用整體單箱截面形式如蘇通長(zhǎng)江大橋、江陰長(zhǎng)江大橋等[17-18]，采用分離雙箱斷面形式如舟山西堠門大橋[19]。 鋼箱梁是由頂板、腹板及底板等構(gòu)件通過焊接形成的一個(gè)閉合的流線型薄壁箱體結(jié)構(gòu)，為增加箱體整體性及剛度，在箱體內(nèi)沿橋縱向一定間距設(shè)置橫隔板，有的橋也設(shè)置縱隔板。頂板、腹板和底板均為正交異性板結(jié)構(gòu)，縱、橫隔板上一般都設(shè)有加勁肋。通常，鋼箱梁通過較大的扁平度、兩側(cè)的導(dǎo)風(fēng)尖角來實(shí)現(xiàn)其抗風(fēng)功能，必要時(shí)增設(shè)抗風(fēng)導(dǎo)流板。中國(guó)部分大跨徑橋梁的鋼箱梁設(shè)計(jì)參數(shù)見表5。 正交異性鋼橋面板由頂板及縱（橫）向加勁肋等構(gòu)件組成，其中縱、橫向加勁肋垂直設(shè)置，與上部頂板共同承重�？v向加勁肋排列通常較為緊密，而橫向加勁肋布置間距較大，這種特殊的結(jié)構(gòu)形式使得鋼橋面板在橫縱方向上剛度不同，受力性能也呈現(xiàn)正交異性特征。正交異性板既可以作為梁體頂部結(jié)構(gòu)參與箱梁的整體受力，又可以作為橋面板承受車輛荷載作用。正交異性鋼橋面板上方鋪設(shè)有一定厚度的鋪裝層，既提供車輛行駛，又起到將車輛荷載擴(kuò)散至頂板作用。 正交異性板頂板厚度設(shè)計(jì)時(shí)常常以撓度控制為目標(biāo)，中國(guó)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范 》(JTG D64-2015)規(guī)定行車道處頂板厚度不小于14 mm，裸板橫橋向的局部撓跨比應(yīng)不大于1/700，含鋪裝的正交異性板橫橋向的局部撓跨比應(yīng)不大于1/1000。中國(guó)大跨徑鋼橋的頂板厚度一般在12~20 mm之間，初期頂板厚度常用12 mm，從使用狀況看，頂板疲勞及橋面鋪裝壽命小于設(shè)計(jì)預(yù)期，后來的設(shè)計(jì)都增加了頂板厚度。 縱向加勁肋分為開口肋和閉口肋兩種形式，如圖5所示。開口肋的截面形式有平鋼板、圓頭角鋼、L型以及倒T型等，其主要特點(diǎn)為：易于加工與連接，但抗彎、抗扭剛度較��；閉口肋的截面形式有V型、Y型、U型以及半圓型等，對(duì)制作精度和焊接工藝要求高，但抗彎、抗扭剛度大。綜合受力性能、施工便利等方面考慮，大多數(shù)公路橋鋼橋面板設(shè)計(jì)采用U型加勁肋。 提高加勁肋的高度可提高抗彎慣性矩及剛度，但如果加勁肋高度過大，易發(fā)生局部屈曲。為減小應(yīng)力集中，避免剛度變化過大并增強(qiáng)局部穩(wěn)定性，中國(guó)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范 》(JTG D64-2015)建議縱向加勁肋等間距布置，并連續(xù)通過橫隔板或橫向加勁肋。在厚度方面，各國(guó)規(guī)范規(guī)定U肋厚度均不小于6 mm。 中國(guó)一些鋼橋U型加勁肋參數(shù)如表6所示，基本呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，上口寬300 mm或320mm，下口寬180 mm左右，高300 mm或280 mm，U肋中心間距600 mm左右。較早建成的大橋U肋厚度多為6 mm，在南京長(zhǎng)江二橋建成后，中國(guó)大跨徑鋼橋的U肋厚度多為8 mm。 鋼箱梁橫隔板主要有肋式、桁架式和實(shí)腹板式三種，中國(guó)已建成的大跨徑鋼箱梁橋多采用實(shí)腹板式橫隔板�！豆蜂摻Y(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTG D64-2015)規(guī)定：采用閉口加勁肋的箱梁內(nèi)橫隔板間距不宜大于4 m，且在橋梁支點(diǎn)對(duì)應(yīng)處必須設(shè)置橫隔板，中國(guó)已建大跨鋼箱梁橋橫隔板間距一般為3.0~4.0 m，厚度一般為8mm~14 mm。 為降低縱向加勁肋穿越橫隔板開口處的疲勞應(yīng)力，各國(guó)規(guī)范均給出了推薦的開口形式，具體如表7所示。 索塔是斜拉橋與懸索橋的重要組成部分，索塔的設(shè)計(jì)不僅要滿足受力要求，還需獲得好的美觀效果。從橫橋向看，常用的有單柱形、“A”字形與倒“Y”形索塔等；從縱橋向來看，常用的有柱式、“門”式、“A”字形以及倒“Y”字形等。柱式索塔通常用于主梁抗扭剛度較大的橋梁；對(duì)于抗風(fēng)抗震要求較高的大跨徑橋梁，常用橫向剛度大的“門”式、“A”形與倒“Y”形的索塔形式[25]。 混凝土索塔結(jié)構(gòu)由塔柱與橫梁組成，塔柱一般為鋼筋混凝土薄壁空心截面，受力較大的橫梁一般為薄壁箱型預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，為提高塔柱局部及整體穩(wěn)定性，在塔柱空心截面中沿高度方向按一定間距設(shè)置橫隔板，并在塔底設(shè)置一段實(shí)心截面，實(shí)現(xiàn)與塔座的剛度匹配，星海灣大橋[26]采用了門式塔（圖6a）；蘇通長(zhǎng)江大橋[27-28]采用“A”字形混凝土索塔（圖6b），塔柱采用空心箱型截面，根部塔柱為滿足抵抗船舶撞擊要求，下塔柱底部10m的范圍內(nèi)采用實(shí)心箱型截面；滬通長(zhǎng)江大橋[29]橋面以上索塔采用倒“Y”形鋼筋混凝土索塔（圖6c），是結(jié)合其基礎(chǔ)形式以及考慮抗風(fēng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性選取的，橋面以下塔柱內(nèi)收為鉆石形結(jié)構(gòu)，橋塔高325m，塔柱及橫梁全部采用C60高性能混凝土。 相比混凝土索塔，鋼結(jié)構(gòu)索塔具有“自重輕、抗震性能好、易于造型、工化制造現(xiàn)場(chǎng)安裝利于縮短工期、環(huán)保”等優(yōu)點(diǎn)[31] ，但其要求更高的建造精度，中國(guó)建成的鋼結(jié)構(gòu)索塔以“人”字形與倒“Y”形較為常見。 南京長(zhǎng)江三橋[32-33] 在國(guó)內(nèi)首次采用“人”字形鋼結(jié)構(gòu)索塔，共設(shè)置有4道橫梁，下塔柱與下橫梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其余部分為鋼結(jié)構(gòu)，鋼塔柱截面尺寸沿豎直方向保持一致；除鋼混過渡節(jié)段外，每個(gè)鋼索塔共分為21個(gè)節(jié)段，節(jié)段間連接方式為高強(qiáng)螺栓連接。鋼索塔節(jié)段的精準(zhǔn)安裝成為建設(shè)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，包括：鋼索塔各節(jié)段空間位置的檢測(cè)、軸線測(cè)量糾偏、頂面傾斜度檢測(cè)以及塔柱空間尺寸的復(fù)核，采用“定位－調(diào)整－測(cè)量－定位”的流程逐步提高精度。 泰州長(zhǎng)江大橋[30,34]為三塔兩主跨懸索橋，若中塔剛度不足，則塔頂會(huì)產(chǎn)生較大的位移，橋面撓度將超出規(guī)范允許；若其剛度過大，會(huì)有主纜在塔頂產(chǎn)生滑移的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)研究，中塔設(shè)計(jì)為總體柔性，塔頂可允許發(fā)生一定的位移，但需控制在允許范圍，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，中塔設(shè)計(jì)為縱橋向“人”字形的鋼塔，調(diào)節(jié)尺寸配合，從而達(dá)到中塔的剛度，中塔橫橋向?yàn)椤伴T”式結(jié)構(gòu)，如圖6d所示。兩側(cè)鋼塔柱均分為21個(gè)吊裝節(jié)段，包括首節(jié)段、下塔柱、合攏段、下橫梁、上塔柱以及上橫梁6部分, 各節(jié)段之間采用高強(qiáng)螺栓連接。 錨碇是懸索橋重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，主要形式包括重力式和隧道式，重力式錨碇以重力抵抗主纜拉力在豎直方向上的分力，以錨塊與地基的摩擦力抵抗主纜在水平方向的拉力[35-36]；隧道式錨碇以圍巖自重、錨塞體自重抵抗主纜拉力在豎直方向上的分力，以圍巖與錨塞體界間的楔形擠壓力及界面上的抗剪斷力抵抗主纜在水平方向的拉力，由于重力式錨碇在各種地質(zhì)條件下均適用，所以目前應(yīng)用為廣泛，如潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋、南京長(zhǎng)江第四大橋、江陰長(zhǎng)江大橋、陽(yáng)邏長(zhǎng)江大橋及虎門大橋等。重力式錨碇基礎(chǔ)根據(jù)地質(zhì)條件不同，可采用板式或筏式擴(kuò)大地基、沉井和地下連續(xù)墻。 潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋[37]作為當(dāng)時(shí)中國(guó)大懸索橋，錨碇基礎(chǔ)以微風(fēng)化基巖為持力層，采用矩形地下連續(xù)墻方案(圖7a )，以地下連續(xù)墻與內(nèi)襯組合的形式來構(gòu)成基本的基坑結(jié)構(gòu)，并通過澆筑、回填鋼筋混凝土終完成基礎(chǔ)施工。 南京長(zhǎng)江第四大橋南錨碇基礎(chǔ)[38]采用“”形地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)(圖7b) ，該類結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)可以通過自身的形狀優(yōu)勢(shì)利用“拱效應(yīng)”來抵抗側(cè)向土壓力，具有較好的抑制結(jié)構(gòu)變形的能力�；A(chǔ)以中風(fēng)化砂巖為基底持力層。 群樁基礎(chǔ)是斜拉橋及懸索橋主塔基礎(chǔ)為常見的形式之一。群樁基礎(chǔ)具有承載力大、沉降量小等優(yōu)點(diǎn), 經(jīng)常被用做橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)形式，適用以下情況：荷載較大、地基上部土層軟弱、適宜的持力層位置較深、采用剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)困難大、其它方案在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上不合理。該基礎(chǔ)形式不需要大范圍開挖，減少了支護(hù)、降水等工作。蘇通長(zhǎng)江大橋[17]主塔基礎(chǔ)是世界上規(guī)模的群樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)構(gòu)造如圖8a。樁基由131根直徑2.8m或2.5m的鉆孔灌注樁組成，呈梅花形布置，樁長(zhǎng)117m。承臺(tái)為啞鈴型，長(zhǎng)113m，寬48m，厚度由邊緣的5m增大到中間的13m。為了減輕船舶撞擊與地震的影響，設(shè)計(jì)采用了鋼護(hù)筒與鋼筋混凝土樁共同承力的組合模式，這種組合形式提高了樁的承載力，也因無需拔出鋼護(hù)筒而提高了工效。 沉井基礎(chǔ)能承受較大的垂直荷載和水平荷載，對(duì)地基承載力的要求相對(duì)較低，更適用于深水地區(qū)。沉井具多種功能，其可作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也可在施工時(shí)作為擋土和擋水的圍堰結(jié)構(gòu)物。若沉井基礎(chǔ)在著床定位過程中存在偏差，可將該段沉井腔室內(nèi)的水排出，當(dāng)該段沉井基礎(chǔ)上浮后，重新進(jìn)行著床定位。 60年代中國(guó)在修建南京長(zhǎng)江大橋時(shí)，發(fā)展了重型混凝土沉井、深水浮運(yùn)鋼筋混凝土沉井以及鋼沉井，實(shí)現(xiàn)了沉井在中國(guó)深水橋梁基礎(chǔ)中的應(yīng)用。泰州長(zhǎng)江公路大橋[39]中塔墩沉井基礎(chǔ)是目前世界上入土深度的水中沉井基礎(chǔ)，基礎(chǔ)構(gòu)造如圖8b。基礎(chǔ)采用圓角矩形沉井，斷面尺寸為58m × 44m，總高度為76.0m。下部為鋼殼混凝土沉井，分為7個(gè)節(jié)段。首節(jié)段在岸上預(yù)制，并在水中接高至38m，在殼體內(nèi)澆筑混凝土使其下沉。上部38m為鋼筋混凝土沉井，分為5個(gè)節(jié)段澆筑。滬通長(zhǎng)江大橋[40]主塔也采用倒圓角矩形沉井基礎(chǔ)，基礎(chǔ)尺寸達(dá)到86.9 m×58.7 m×115 m，是當(dāng)時(shí)世界上的沉井基礎(chǔ)。鋼沉井井壁采用雙壁隔艙結(jié)構(gòu)，可以在下沉中充分利用水的浮力，通過調(diào)節(jié)隔艙內(nèi)的水位，來調(diào)節(jié)沉井位置。 大跨徑鋼箱梁橋面鋪裝層的主要功能是在設(shè)計(jì)期內(nèi)為車輛提供安全、平整、穩(wěn)定的行駛路面，要求鋪裝層具有較高的強(qiáng)度及耐久性，較好的耐磨性及抗滑性，優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及防水防滲透能力，還需要與頂板有較好的變形協(xié)調(diào)性能[41]。正交異性板不僅作為鋼箱梁的頂板，也直接作為橋面瀝青鋪裝層的底板。由于正交異性板結(jié)構(gòu)剛度小，因此鋼橋鋪裝層比普通高等級(jí)公路上瀝青混合料面層受力更加復(fù)雜，在外力作用下容易受壓、受剪破壞。在重型車輛反復(fù)碾壓后，瀝青混合料會(huì)因蠕變變形或變形而產(chǎn)生車轍，且鋪裝層與鋼板的粘結(jié)性能在高溫和荷載作用下很難滿足工程要求，所以大跨徑鋼橋面鋪裝已經(jīng)成為一個(gè)世界性的難題[42-43]，是近二十多年來中國(guó)大跨徑橋梁研究投入多的領(lǐng)域之一，并取得了豐碩的成果，使得該項(xiàng)技術(shù)取得地位。 鋼橋面鋪裝材料主要有環(huán)氧瀝青混合料、澆注式瀝青混合料及瀝青瑪蹄脂碎石（SMA）三種，設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容主要集中在瀝青混合料與集料級(jí)配兩方面。針對(duì)鋼橋所在自然環(huán)境與使用條件的特點(diǎn)，對(duì)瀝青與集料進(jìn)行選擇并對(duì)集料級(jí)配進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化[44-46]。 環(huán)氧瀝青是通過將環(huán)氧樹脂加入瀝青中，與摻入瀝青中的固化劑發(fā)生固化反應(yīng)后形成的一種不可逆的固化物。這種材料從根本上改變了瀝青的熱熔性質(zhì)，賦予了瀝青優(yōu)良的物理力學(xué)性質(zhì)。環(huán)氧瀝青混合料具有優(yōu)異的力學(xué)特性及路用特性，在低溫時(shí)韌性良好，高溫時(shí)不熔化，同時(shí)具有密水性及抗裂性。 2001年建成通車的南京長(zhǎng)江二橋是中國(guó)首次使用環(huán)氧瀝青鋪裝的大跨徑鋼橋。由林同炎工程咨詢作為技術(shù)顧問，東南大學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究，首先在中國(guó)成功地實(shí)現(xiàn)了超過十五年設(shè)計(jì)使用壽命的目標(biāo)，、二車道運(yùn)行20年至今未經(jīng)大修仍保持較好的使用性能，是中國(guó)使用年限長(zhǎng)的大跨徑鋼橋面鋪裝[47-49]。之后，利用南京二橋的研究成果和成功經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)大跨徑鋼橋開始大批量使用環(huán)氧瀝青作為鋼橋面鋪裝，部分橋梁使用情況如表8所示。 目前中國(guó)常用的環(huán)氧瀝青包括美國(guó)ChemCo環(huán)氧瀝青混合料、國(guó)產(chǎn)新型環(huán)氧瀝青與日本KD-BEP環(huán)氧瀝青混合料三種。 美國(guó)環(huán)氧瀝青由兩部分組成：環(huán)氧樹脂和由石油瀝青、固化劑及其它助劑組成的均質(zhì)混合物；而日本環(huán)氧瀝青由三部分組成：基質(zhì)瀝青、環(huán)氧樹脂(主劑)和固化劑(硬化劑) [54]。由于美國(guó)環(huán)氧瀝青的施工條件要求比日本環(huán)氧瀝青苛刻，近些年中國(guó)大跨徑鋼橋的新建與養(yǎng)護(hù)多采用日本環(huán)氧瀝青。自2005年以來，日本環(huán)氧瀝青已在中國(guó)約15座橋梁中應(yīng)用，抗高溫穩(wěn)定性及抗疲勞耐久性能良好。 中國(guó)對(duì)環(huán)氧瀝青配置方法及機(jī)理的研究始于上世紀(jì)90年代，東南大學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究成果斐然[55]。有百余位博士研究生先后開展相關(guān)研究工作，提出了大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝的設(shè)計(jì)理論與方法[41,50,56]，建立了基于疲勞等效的鋼橋面鋪裝體系軸載換算方法[46]，進(jìn)行鋪裝結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析[57-58]，并在三十多座特大跨徑橋梁上成功應(yīng)用[47-48,50]。研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)明了國(guó)產(chǎn)新型環(huán)氧瀝青及相關(guān)設(shè)，打破了國(guó)外產(chǎn)品的高價(jià)壟斷。相關(guān)研究表明，國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料具有良好的低溫施工性能及寬泛的容留時(shí)間范圍, 且其強(qiáng)度的發(fā)展主要取決于養(yǎng)生的時(shí)間及溫度[59]。與S0相比，國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定、抗疲勞、抗水損害及低溫抗開裂性能[60]。與美國(guó)環(huán)氧瀝青相比，國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料的早期強(qiáng)度與之相當(dāng)，而后期強(qiáng)度增長(zhǎng)期更長(zhǎng)，強(qiáng)度更高。就綜合性價(jià)比而言，中國(guó)環(huán)氧瀝青是一種優(yōu)良的大跨徑鋼橋面鋪裝材料。國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料60℃車轍試驗(yàn)幾乎無變形，與美國(guó)環(huán)氧瀝青具有相同優(yōu)良的耐高溫性能；同時(shí)，國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料低溫劈裂殘留強(qiáng)度比約為80%，比美國(guó)環(huán)氧瀝青混合料高，且具有較好的水穩(wěn)定性及耐油腐蝕性。國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青已在武漢天興洲長(zhǎng)江大橋與長(zhǎng)江大橋等數(shù)十座大橋成功應(yīng)用。 澆注式鋪裝材料起源于德國(guó)，并在歐洲及日本得到廣泛應(yīng)用。澆注式瀝青混合料可以在190℃~240℃高溫下，無需碾壓、依靠自身流動(dòng)性即可攤鋪成型，且保證較低的孔隙率。德國(guó)一般稱澆注式瀝青混合料為guss asphalt，日本稱其為高溫拌和式攤鋪瀝青混合料，英法及地中海沿岸國(guó)家稱其為瀝青瑪蹄脂。中國(guó)通常翻譯為嵌壓(碾壓)式或澆注式瀝青混合料。1999年江陰長(zhǎng)江大橋借鑒英國(guó)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)首次采用澆注式瀝青混合料鋪裝。但由于對(duì)高溫穩(wěn)定性與抗車轍性能要求考慮不足，加之超載車輛通行較多，大橋通車后不久即發(fā)生大面積破壞。2000年中國(guó)引進(jìn)德國(guó)澆注式瀝青混合料鋪裝技術(shù)及配套設(shè)，2003年在山東勝利黃河公路大橋中得到應(yīng)用，之后在多項(xiàng)橋面鋪裝等特殊鋪裝工程中推廣[61]。鋼板下料隨著我國(guó)鋼橋面鋪裝技術(shù)的持續(xù)提高，澆注式瀝青混合料的性能得到了很大改善。由于其獨(dú)特的防水、抗老化、抗疲勞性能以及對(duì)鋼橋面板優(yōu)良的追從性和粘結(jié)性能，適用于作為下層鋪裝結(jié)構(gòu)。目前，澆注式瀝青混合料在國(guó)內(nèi)鋼橋面鋪裝領(lǐng)域所占的比重接近50%[62]，并且形成了多種鋪裝方案，如澆注式瀝青混合料＋改性瀝青 SMA、澆注式瀝青混合料＋環(huán)氧瀝青混凝土、澆注式瀝青混合料＋開級(jí)配抗滑磨耗層OGFC。 與傳統(tǒng)瀝青混凝土及瀝青瑪蹄脂碎石 SMA 的成型方式不同，澆注式瀝青混合料成型時(shí)既不需要擊實(shí)，也無需旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，只需經(jīng)過短時(shí)間的振動(dòng)即可使混合料達(dá)到設(shè)計(jì)要求。澆注式瀝青混合料的這種特點(diǎn)使傳統(tǒng)的馬歇爾設(shè)計(jì)法及體積設(shè)計(jì)法均不能適用[63]。根據(jù)日本、德國(guó)研究澆注式瀝青混合料的工程實(shí)踐，澆注式瀝青混合料的設(shè)計(jì)采用劉埃爾流動(dòng)度(Lueer Test) 、貫入量(Indentation Test)、動(dòng)穩(wěn)定度、低溫極限彎曲應(yīng)變等作為控制指標(biāo)[64-65]。 中國(guó)大跨徑鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)的相關(guān)研究始于上世紀(jì)八十年代，但這些研究成果應(yīng)用于上世紀(jì)的大跨徑鋼箱梁橋上鮮少取得成功。一般情況下，2-3年后橋面鋪裝均發(fā)生了大規(guī)模病害而不得不進(jìn)行大修或重新鋪裝。 東南大學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)系統(tǒng)研究，發(fā)明了薄層鋪裝結(jié)構(gòu)，解決了開裂、脫層和變形協(xié)調(diào)三大難題，提出了四種典型的鋪裝結(jié)構(gòu)，首次提出了鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)參數(shù)和指標(biāo)體系、鋪裝與鋼箱梁整體優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，建立了鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)方法，該方法已應(yīng)用于之后建設(shè)的幾十余座大橋。 隨著鋪裝材料性能的不斷改善和對(duì)鋪裝受力的研究深入，研究人員發(fā)現(xiàn)鋪裝的厚度和模量對(duì)于鋪裝層內(nèi)部和層間的應(yīng)力影響較大[66-80]，并據(jù)此進(jìn)行了組合鋪裝結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究。目前中國(guó)大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)主要有4類：1) “雙層環(huán)氧”結(jié)構(gòu)，這種鋪裝方式強(qiáng)度高，耐久性能好，具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性能，如圖9a所示；2) “澆注式+SMA”結(jié)構(gòu)，采用這種鋪裝結(jié)構(gòu)可以獲得較好的低溫穩(wěn)定性，橋面系變形協(xié)調(diào)性能較好，但是在持續(xù)高溫條件下易產(chǎn)生車轍病害，如圖9b所示；3) “環(huán)氧EA+SMA”結(jié)構(gòu)，這種鋪裝結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度以及優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，低溫穩(wěn)定性良好且易于后期養(yǎng)護(hù)，如圖9c所示；4) “澆注式+環(huán)氧EA”結(jié)構(gòu)，這種鋪裝結(jié)構(gòu)復(fù)合強(qiáng)度高，變形協(xié)調(diào)性及低溫穩(wěn)定性較好，如圖9d所示。中國(guó)已有的橋面鋪裝工程實(shí)踐表明，雙層環(huán)氧鋪裝結(jié)構(gòu)在適應(yīng)超載和高低溫穩(wěn)定性方面表現(xiàn)，因而在工程應(yīng)用中也為廣泛。表9總結(jié)了中國(guó)大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)形式。 長(zhǎng)江三角洲和珠江三角洲是中國(guó)大跨徑橋梁多的地區(qū)，這兩個(gè)地區(qū)也是中國(guó)臺(tái)風(fēng)的多發(fā)區(qū)。受強(qiáng)風(fēng)影響而產(chǎn)生的橋梁振動(dòng)可能會(huì)引起橋梁構(gòu)件過早疲勞破壞，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致橋梁毀壞[81-82]。大跨徑橋梁隨著跨徑的不斷增大，結(jié)構(gòu)相對(duì)較柔，風(fēng)荷載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響也越來越大，因此，對(duì)大跨徑橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。 經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)積累，中國(guó)的科研技術(shù)人員摸索出符合中國(guó)地理氣候環(huán)境的抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論及風(fēng)振控制方法�；㈤T大橋（1997年建成通車，主跨888m的懸索橋）是中國(guó)通過大尺度氣動(dòng)彈性模型風(fēng)洞試驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能進(jìn)行系統(tǒng)研究的橋梁，從而保證了大橋的抗風(fēng)性能滿足要求。盧浦大橋（2003年建成通車，主跨550m的拱橋）在抗風(fēng)設(shè)計(jì)中使用結(jié)構(gòu)與氣流相互作用的橋梁渦振等效風(fēng)荷載計(jì)算方法，在國(guó)際上首次采用以渦振長(zhǎng)累計(jì)時(shí)間和首次發(fā)生渦振概率兩個(gè)指標(biāo)對(duì)橋梁渦振進(jìn)行評(píng)價(jià)，并采用建筑膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行渦振控制。在對(duì)西堠門大橋（2009年建成通車，主跨1650m的懸索橋）的抗風(fēng)性能研究中，中國(guó)率先研發(fā)了系列橋梁顫振氣動(dòng)控制技術(shù)與橋梁渦振氣動(dòng)控制技術(shù)，對(duì)鋼箱梁截面進(jìn)行優(yōu)化，采用間距6m的開槽雙箱梁截面[83]，發(fā)明了橋面?zhèn)认虼箫L(fēng)控制技術(shù)，研發(fā)了具有風(fēng)-車-橋耦合振動(dòng)分析功能的軟件。 目前，中國(guó)已經(jīng)建立了高精度橋梁氣動(dòng)力模型和風(fēng)振分析方法，發(fā)展和完善了橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論；建立了大跨度纜索承重橋梁氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，提出了系統(tǒng)性的風(fēng)振氣動(dòng)控制技術(shù)[84]；研制成功“橋面開槽+氣動(dòng)翼板”組合的新型氣動(dòng)控制裝置；自主研制了世界、性能先進(jìn)的邊界層風(fēng)洞，為大跨度纜索承重橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)研究提供了關(guān)鍵技術(shù)裝。但基于抗風(fēng)理論的目前實(shí)際狀況，大跨徑橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)尚難以擺脫對(duì)風(fēng)洞試驗(yàn)的依賴、實(shí)現(xiàn)純計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。 中國(guó)地處歐亞地震帶和環(huán)太平洋地震帶之間，大多數(shù)地區(qū)屬于地震多發(fā)區(qū)，因此中國(guó)歷來重視大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。經(jīng)過多年的理論和試驗(yàn)研究與工程實(shí)踐，中國(guó)在大跨徑橋梁抗震設(shè)計(jì)理論和橋梁減震隔震技術(shù)等方面取得了很大的進(jìn)展。 在大跨徑橋梁抗震設(shè)計(jì)理論方面，早期橋梁抗震設(shè)計(jì)主要采用靜力理論或反應(yīng)譜理論。隨著對(duì)橋梁震害現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的不斷提高，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者認(rèn)識(shí)到橋梁的抗震設(shè)計(jì)僅以生命安全和防止橋梁結(jié)構(gòu)破壞為目標(biāo)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，基于性能的抗震設(shè)計(jì)理念應(yīng)運(yùn)而生[85]�；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)理論能夠考慮不同橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能要求，綜合運(yùn)用橋梁的設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)造要求和減隔震裝置來保障其在各級(jí)地震作用下的抗震性能。當(dāng)前中國(guó)也與美國(guó)、日本、新西蘭等國(guó)家一樣將基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論引入本國(guó)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。地震動(dòng)是橋梁抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的輸入?yún)?shù)。當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)抗震分析一般采用一致激勵(lì)法作為地震動(dòng)的輸入方法，即假設(shè)橋梁基礎(chǔ)各處的振幅與相位振動(dòng)均相等，不考慮地震動(dòng)空間變化的影響。但是對(duì)于大跨徑橋梁，其結(jié)構(gòu)為線性結(jié)構(gòu)，地震動(dòng)的空間差異性影響較為顯著，目前主要通過多點(diǎn)激勵(lì)的方式加以改進(jìn)[11]，但是總體而言，有關(guān)地震動(dòng)空間差異特征的研究仍未成熟，是未來研究的一個(gè)重要方向。 在橋梁減震隔震技術(shù)方面，現(xiàn)有的工程經(jīng)驗(yàn)表明，采用橋梁減隔震技術(shù)是減小橋梁地震災(zāi)害的一種行之有效的方法[86-92]。近幾十年來，橋梁隔震技術(shù)研究集中在開發(fā)性能穩(wěn)定且隔震效果良好的隔震支座，并給出相應(yīng)的計(jì)算模型，通過優(yōu)化支座參數(shù)，實(shí)現(xiàn)降低結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的目的。常見的橋梁隔震支座主要包括疊層鋼板橡膠類支座和滑動(dòng)摩擦類隔震支座。港珠澳大橋采用了新型高阻尼橡膠支座，該支座由多層高阻尼橡膠和鋼板交替疊置而成，尺寸為1.77m×1.77m，是目前世界上的橡膠隔震支座，承載力高達(dá)3000 t，能協(xié)助橋梁抵抗8級(jí)地震作用[93]。滑動(dòng)摩擦類隔震支座受地面運(yùn)動(dòng)頻率的影響較小，具有承載力大、耐久性好、自恢復(fù)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[94]，受到橋梁工程師的廣泛關(guān)注，在蘇通長(zhǎng)江大橋和長(zhǎng)江大橋等橋梁中得到運(yùn)用[95]。目前橋梁減震技術(shù)主要是通過主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制、被動(dòng)控制等方式，通過調(diào)整橋梁的剛度和阻尼特性，進(jìn)而減小地震作用下的橋梁振動(dòng)。其中，被動(dòng)控制技術(shù)因具有可靠性高、維護(hù)成本低、研究理論較為成熟等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用較為廣泛。主動(dòng)控制技術(shù)主要通過施加外部能量來改變橋梁的振動(dòng)，具有較好的控制效率，但其可靠性沒有保障，應(yīng)用范圍較為有限。半主動(dòng)控制技術(shù)是目前發(fā)展前景較好的一種減震技術(shù)，能夠綜合主動(dòng)控制技術(shù)和被動(dòng)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，具有良好的可靠性和適應(yīng)性，目前在多個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)中得到成功應(yīng)用。 總體而言，中國(guó)的橋梁減隔震技術(shù)在過去取得了令人矚目的研究進(jìn)展，但仍存在許多亟待解決的技術(shù)難題。例如，橡膠類隔震支座的設(shè)計(jì)使用年限(一般為50年)與橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限(一般為100~120年)不匹配，由于大跨徑橋梁重量較大，橡膠類支座的服役壽命較短會(huì)給日后維護(hù)帶來較大的挑戰(zhàn)；隔震支座的穩(wěn)定性和智能化等功能有待進(jìn)一步提高；減震裝置可能會(huì)改變橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，進(jìn)而影響橋梁結(jié)構(gòu)抗震分析的準(zhǔn)確性等。未來需要進(jìn)一步研究并明確減震裝置與橋梁結(jié)構(gòu)的相互作用關(guān)系。 陸地上重力式錨碇基礎(chǔ)施工都需先開挖基坑，基坑開挖成功后再回填，澆筑基礎(chǔ)與錨碇一體結(jié)構(gòu)，特厚鋼板切割基礎(chǔ)開挖是個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，輔以圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開挖一般采用明挖法、爆破法和凍結(jié)法[96]等方法。常見的基坑形狀包括矩形基坑、圓形基坑和“”形基坑，需要根據(jù)橋梁實(shí)際的建設(shè)環(huán)境選擇合適的基坑形狀。在大跨徑橋梁錨碇基礎(chǔ)施工實(shí)踐中，中國(guó)取得許多創(chuàng)新性成果，具體包括研發(fā)了大落差混凝土輸送防離析裝置，發(fā)明了低強(qiáng)度、低彈模、低滲透性的自凝灰漿防滲墻，建立了基于空間彈塑性有限元理論的基坑結(jié)構(gòu)分析模型等，相關(guān)技術(shù)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。 中國(guó)在隧道式錨碇施工方面也積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn)。例如，壩陵河大橋的隧道式錨碇在施工過程中面對(duì)開挖大傾角、大斷面尺寸、洞室距離小、溶洞發(fā)育、巖體破碎等復(fù)雜建設(shè)條件，通過技術(shù)創(chuàng)新，創(chuàng)造性地提出45大傾角錨塞體關(guān)鍵施工技術(shù)，與此同時(shí)，隧道錨碇上部還開展公路隧道開挖作業(yè)，建成后被譽(yù)為“世界隧道錨”[97]，為中國(guó)同類型大跨徑橋梁施工提供重要的指導(dǎo)。 群樁基礎(chǔ)是橋梁常用的基礎(chǔ)形式，超過40%的橋梁采用樁群基礎(chǔ)[11]。近年來，超流態(tài)混凝土、纖維混凝土和膨脹混凝土等新型綠色環(huán)�；炷敛牧显谌簶痘A(chǔ)施工中的推廣使用使得群樁基礎(chǔ)的施工效率和質(zhì)量得到了明顯改善。 大型鋼管樁基礎(chǔ)因能克服復(fù)雜的地質(zhì)、水文、氣候條件、施工定位困難等難題，成為跨江跨海等大型水上橋梁常用的樁基形式，目前杭州灣跨海大橋、金塘大橋和東海大橋等均采用了大型鋼管樁，鋼管樁的直徑達(dá)到2 m，樁身長(zhǎng)度超過100 m，但是目前有關(guān)大直徑鋼管樁的理論研究相對(duì)滯后。 在灌注樁施工方面，目前中國(guó)深的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)己超過150 m，人工挖孔灌注樁直徑已達(dá)到9 m，鉆孔灌注樁直徑達(dá)到5 m，相關(guān)的施工技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。大量的工程經(jīng)驗(yàn)表明，采用壓漿技術(shù)是提高鉆孔灌注樁建設(shè)質(zhì)量的有效途徑，壓漿是在鉆孔樁施工完畢后，通過預(yù)埋在樁內(nèi)的注漿管，向樁基端部或側(cè)部注入可固化的純水泥漿液來固化灌注樁的泥皮和沉渣，從而提高樁基的承載力和穩(wěn)定性[11]。例如，蘇通長(zhǎng)江大橋在超長(zhǎng)、超大的鉆孔灌注樁施工過程中創(chuàng)造性地采用U型管壓漿技術(shù)，使得樁基的承載能力提高48%~，該項(xiàng)技術(shù)為中國(guó)乃至世界橋梁樁基礎(chǔ)的建設(shè)樹立了成功的典范[98]。 沉井基礎(chǔ)因具有整體性好、剛度大等優(yōu)勢(shì)，在大跨徑橋梁基礎(chǔ)中運(yùn)用較為廣泛，中國(guó)的南京長(zhǎng)江第四大橋、江陰長(zhǎng)江大橋和泰州長(zhǎng)江大橋等均采用沉井基礎(chǔ)。經(jīng)過多年的橋梁工程建設(shè)實(shí)踐，中國(guó)在沉井基礎(chǔ)建設(shè)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，目前中國(guó)建成的沉井基礎(chǔ)數(shù)量達(dá)數(shù)百座。在沉井基礎(chǔ)施工技術(shù)水平方面，通過技術(shù)革新，中國(guó)的沉井基礎(chǔ)施工技術(shù)位于世界前列，例如陸上建成的大型鋼筋混凝土圓形沉井直徑達(dá)68 m，下沉深度達(dá)57 m，平面面積達(dá)3600 m2。對(duì)于深水沉井基礎(chǔ)，通過采用浮運(yùn)沉井下沉方式，平面面積達(dá)數(shù)千平方米的沉井下沉深度超過50 m[99]。滬通長(zhǎng)江大橋主塔基礎(chǔ)尺寸達(dá)到86.9 m×58.7 m×115 m，成為世界上的沉井基礎(chǔ)。面對(duì)未來跨江跨海的深水復(fù)雜施工環(huán)境，沉井基礎(chǔ)與樁基等傳統(tǒng)基礎(chǔ)組合形成的復(fù)合基礎(chǔ)將是未來大跨徑橋梁基礎(chǔ)建設(shè)的重要發(fā)展方向之一。 索塔按照結(jié)構(gòu)材料可以分為鋼筋混凝土索塔、鋼索塔、鋼管混凝土索塔以及鋼-混凝土組合索塔，其中鋼索塔與鋼筋混凝土索塔由于施工簡(jiǎn)單而被廣泛使用。 隨著鋼結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)的飛速發(fā)展，鋼索塔因具有斷面小、自重輕、強(qiáng)度高、韌性好、抗震性能好、施工工期短、施工質(zhì)量易于控制、適應(yīng)大跨徑橋梁的變形等優(yōu)勢(shì)而受到工程界的青睞[100]。目前，中國(guó)已建成的大跨徑橋梁包括泰州長(zhǎng)江大橋、馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋、南京長(zhǎng)江三橋和杭州之江大橋等均采用鋼索塔結(jié)構(gòu)。相比于混凝土索塔結(jié)構(gòu)，鋼索塔結(jié)構(gòu)的安裝工序更為復(fù)雜[100]。要根據(jù)索塔的形狀、高度、截面、重量，以及施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)、氣候條件等來選擇合適的施工方法。 經(jīng)過多年的工程實(shí)踐與理論研究，中國(guó)鋼索塔的建設(shè)技術(shù)進(jìn)入世界先進(jìn)行列。例如，研發(fā)了鋼索塔節(jié)段斷面三維跟蹤測(cè)量劃線方法、具有曲線線形的橋梁鋼塔柱曲線控制方法等技術(shù)，并成功應(yīng)用于南京長(zhǎng)江三橋鋼索塔的建設(shè)，建成后的南京長(zhǎng)江三橋鋼索塔成為當(dāng)時(shí)“中國(guó)座鋼塔”和“世界座曲線鋼塔”，并因此獲得“古斯塔夫斯林德恩斯”獎(jiǎng)。 隨后，中國(guó)在泰州長(zhǎng)江公路大橋中針對(duì)中塔柱重1.2萬(wàn)噸、節(jié)段重量530噸和節(jié)段長(zhǎng)15m的建設(shè)挑戰(zhàn)，通過技術(shù)創(chuàng)新，成功攻克了現(xiàn)場(chǎng)焊接、安裝精度控制、水平預(yù)拼等技術(shù)難題，圖10為泰州長(zhǎng)江大橋鋼索塔施工安裝照片，采用集節(jié)段制造、拼裝與吊裝于一體的全過程誤差控制系統(tǒng)[30]，成塔后的縱向垂直度和橫向垂度分別為1/19591和1/50065，高質(zhì)量地完成施工要求。 混凝土索塔是中國(guó)大跨徑橋梁索塔的主要形式[101,102]，對(duì)于塔身高、體積大的索塔工程，在混凝土索塔施工過程中，由于混凝土索塔的高度大，屬于高空作業(yè)，所處環(huán)境較為惡劣，極易受到日照、降雨、大風(fēng)等因素的影響，極易發(fā)生開裂病害，且會(huì)給模板工程的開展帶來巨大的困難。此外，大跨徑橋梁的施工周期一般較長(zhǎng)，索塔結(jié)構(gòu)的施工可能會(huì)經(jīng)歷不同的季節(jié)，其線形控制難度較大，再有索塔結(jié)構(gòu)高且常常離岸遠(yuǎn)，施工測(cè)量精度難以保證，進(jìn)而會(huì)影響到橋梁整體的施工質(zhì)量[103]。針對(duì)上述施工階段的技術(shù)難題，中國(guó)成功研發(fā)了混凝土橋塔液壓爬模技術(shù)、混凝土超高泵送技術(shù)以及配套技術(shù)，目前中國(guó)大跨徑橋梁混凝土橋塔的澆筑節(jié)段長(zhǎng)度達(dá)6 m，爬模施工的效率得到明顯的提高(12天/節(jié)，節(jié)高6 m)，塔頂傾斜度誤差可控制在1/42000內(nèi)，遠(yuǎn)小于規(guī)范1/3000的要求，相關(guān)技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平，為未來中國(guó)乃至世界大跨徑橋梁混凝土索塔結(jié)構(gòu)的建設(shè)提供了重要的技術(shù)支撐。液壓爬模索塔施工照片參見圖11。 索塔混凝土施工技術(shù)不僅是影響索塔結(jié)構(gòu)服役性能的關(guān)鍵因素，還是影響索塔結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量和效率的決定性因素。隨著中國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)朝著超長(zhǎng)、大跨、深水等方向發(fā)展，具有高強(qiáng)度、高流動(dòng)性、低粘度和優(yōu)異耐久性能等特征的高性能混凝土是未來索塔結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展方向。 隨著中國(guó)大跨徑橋梁的發(fā)展，鋼箱梁的寬度和長(zhǎng)度不斷增加，相關(guān)的板單元、零件數(shù)量相應(yīng)增加。由于單件離散性偏差的數(shù)量增多，鋼箱梁整體的累計(jì)偏差變大[104]。為控制鋼箱梁的整體質(zhì)量和累計(jì)偏差，需要提高單元制造和單元組裝的質(zhì)量和精度。鋼箱梁拼接完成后，其主要幾何評(píng)價(jià)要素包括橫截面尺寸、縱向制造線型、橫截面相對(duì)錯(cuò)位及扭曲等三方面。中國(guó)鋼箱梁制造技術(shù)“質(zhì)”的進(jìn)步主要體現(xiàn)在港珠澳大橋的鋼箱梁制造上。 單元制造方面，港珠澳大橋鋼箱梁U肋用鋼板全部采用熱軋平板，并冷彎成型。在以往項(xiàng)目中，冷彎U肋采用熱軋卷板開平、切毛邊后冷彎而成。由于卷板內(nèi)外冷卻速度不同，鋼板兩側(cè)和中間的殘余應(yīng)力不均勻，切割下料后會(huì)出現(xiàn)較大旁彎，鋼板平面度得不到有效保證。因此，冷彎U肋在制作過程中存在生產(chǎn)成本高、效率低等缺點(diǎn)，且在實(shí)際使用中存在疲勞等問題[105-106]。而港珠澳大橋U肋使用的熱軋平板，由軋機(jī)一次熱軋成型，鋼板內(nèi)部殘余應(yīng)力分布均勻，保證其質(zhì)量和精度符合設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，熱軋平板的尺寸、剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性及抗疲勞性等性質(zhì)與計(jì)算結(jié)果一致，利于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定及規(guī)格型號(hào)的統(tǒng)一。 單元組裝方面，港珠澳大橋箱梁組裝定位首創(chuàng)性地采用Ｕ形肋板單元自動(dòng)組裝定位機(jī)床和板式加勁肋板單元自動(dòng)組裝定位機(jī)床（如圖12所示）[106]。在此之前，我國(guó)鋼箱梁組裝定位多為人工為主，受人工因素的影響，U形肋與面板組裝間隙、定位焊縫質(zhì)量、U形肋中心距、直線度都受到很大影響，質(zhì)量不穩(wěn)定。而港珠澳大橋通過使用自動(dòng)化定位技術(shù)，有效確保了組裝時(shí)各部件的位置精度，避免焊接過程中因組裝間隙較大所導(dǎo)致的U形肋根部燒穿的焊接缺陷現(xiàn)象[107]，提高鋼箱梁整體質(zhì)量。 同時(shí)，港珠澳大橋在國(guó)內(nèi)鋼箱梁制造領(lǐng)域首次采用機(jī)器人焊接技術(shù)。中國(guó)大跨徑鋼橋發(fā)展之初，正交異性板單元的焊接通常采用人工焊接，焊接質(zhì)量受焊工技術(shù)水平影響大；隨著技術(shù)的進(jìn)步，逐漸從人工焊接發(fā)展為焊接小車或龍門式多機(jī)頭組合焊接小車的方式，但仍然需要人工隨時(shí)對(duì)焊絲位置進(jìn)行修正調(diào)整。受U形肋加工偏差、直線度的影響，焊絲往往因跟蹤偏差而偏離坡口根部，導(dǎo)致焊接熔池偏離，很難確保焊接熔深的穩(wěn)定性[106-107]。而港珠澳大橋在日本神鋼ARCMAN-MP型焊接機(jī)器人系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研制了正交異性板單元多頭焊接專用機(jī)床（如圖13所示），能夠?qū)附尤鄢亓憔嚯x實(shí)時(shí)跟蹤，實(shí)現(xiàn)對(duì)坡口根部實(shí)時(shí)跟蹤，有效地保證坡口根部焊縫的熔合和熔透深度，焊接質(zhì)量更穩(wěn)定。 主纜是懸索橋的生命線，從目前的施工技術(shù)來看，橋梁一旦建成主纜就不易更換，所以主纜的施工質(zhì)量對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的安全至關(guān)重要。大跨徑懸索橋主纜在施工中處于下?lián)系臓顟B(tài)，為避免出現(xiàn)索股扭轉(zhuǎn)、鼓絲、散絲、綁扎帶斷裂等情況[104]，施工中需要對(duì)主纜架設(shè)的精度和質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。國(guó)內(nèi)的懸索橋主纜普遍采用預(yù)制平行索股法架設(shè)，其主纜牽引系統(tǒng)在錨碇端安裝兩臺(tái)絞車, 牽引繩通過貓道滾輪從前往橋梁另一側(cè)，轉(zhuǎn)向后經(jīng)由同一貓道的另一側(cè)滾輪回到起始一側(cè)。牽引系統(tǒng)需要有適當(dāng)?shù)暮髲埩? 保證牽引索具有連續(xù)、平順的線形, 避免在拽拉器處發(fā)生折彎或下垂現(xiàn)象[108]。汕頭海灣大橋是中國(guó)首座采用軌道小車式牽引系統(tǒng)架設(shè)主纜的橋梁；隨后改進(jìn)了施工工藝，在江陰長(zhǎng)江大橋施工時(shí)采用了架空索道式牽引系統(tǒng)；在成功應(yīng)用于海滄大橋與虎門大橋后，門架拽拉器式牽引系統(tǒng)的施工方式在國(guó)內(nèi)被廣泛應(yīng)用，之后建成的宜昌長(zhǎng)江大橋與忠縣長(zhǎng)江大橋也采用了這種施工方式。在潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋的建設(shè)過程中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將牽引系統(tǒng)改進(jìn)為雙線往復(fù)式，提高了主纜架設(shè)效率，加快了施工進(jìn)度。 在主梁施工方面，中國(guó)掌握了混凝土梁整孔預(yù)制架設(shè)技術(shù)、梁上運(yùn)梁架設(shè)技術(shù)、匹配法預(yù)制拼裝施工技術(shù)、鋼箱梁整體吊裝施工技術(shù)和使用纜載吊機(jī)、橋面吊機(jī)、頂推與滑模等主梁架設(shè)與施工技術(shù)，自主開發(fā)了浮吊、架橋機(jī)、橋面吊機(jī)、纜載吊機(jī)、大型龍門吊、滑模設(shè)等關(guān)鍵裝，其中纜載吊機(jī)吊裝能力(740 t/段)和轉(zhuǎn)體施工技術(shù)(轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度198 m，轉(zhuǎn)體重量22 t)，達(dá)到了國(guó)際水平。頂推法是鋼箱梁架設(shè)的主要施工方法之一，按照動(dòng)力裝置數(shù)量分為單點(diǎn)頂推和多點(diǎn)頂推。2005年建成的洪山廟大橋是我國(guó)座采用頂推法施工的鋼箱梁斜拉橋，在此之后，中國(guó)鋼箱梁頂推技術(shù)飛速發(fā)展，頂推跨徑不斷提高，適用的橋梁型式也從直線橋發(fā)展為曲線橋，從等截面梁發(fā)展為變截面梁[109]。 由于主梁和纜索間密切的傳力關(guān)系，施工中需要統(tǒng)籌兼顧兩者的架設(shè)。懸索橋方面，虎門大橋在國(guó)內(nèi)首次成功地設(shè)計(jì)、制作、架設(shè)了每股127絲的大型預(yù)制索股，并開發(fā)出一套完整的先進(jìn)施工工藝和專用設(shè)；同時(shí)研發(fā)卷?yè)P(yáng)式、液壓式跨纜起重機(jī)將所有鋼箱梁吊裝就位[110]，并率先采用鋼箱梁節(jié)段間全焊連接的結(jié)構(gòu)形式，解決了焊縫間隙調(diào)整工藝和焊接技術(shù)問題。斜拉橋方面，蘇通長(zhǎng)江大橋邊跨、輔助跨以及索塔區(qū)的大塊梁段采用浮吊整體吊裝，標(biāo)準(zhǔn)梁段采用橋面雙吊機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行吊裝，中跨合龍采取頂推輔助合龍方法[111]。同時(shí)，蘇通長(zhǎng)江大橋在國(guó)際上首次系統(tǒng)提出了千米級(jí)斜拉橋施工全過程自適應(yīng)幾何控制方法，并建立了制造安裝一體化程序，創(chuàng)造了斜拉索與鋼箱梁數(shù)字化安裝控制關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)索制作精度提高到1/20000、主梁標(biāo)高誤差L/0、橋軸線，攻克了千米級(jí)斜拉橋施工技術(shù)難題。 混凝土拱橋主拱施工方法分為有支架、無支架兩種，采用哪種方法取決于在施工過程中主拱是否將已完成的結(jié)構(gòu)作為支撐體系。拱橋跨徑的突破與施工技術(shù)密不可分。目前在混凝土拱橋的施工中也采用了纜索吊裝、轉(zhuǎn)體施工、斜拉扣掛和勁性骨架施工等方法，大大提高了混凝土拱橋的施工效率和質(zhì)量[112]。 斜拉扣掛法是大跨徑鋼筋混凝土拱橋采用早、多的無支架施工方法，要點(diǎn)是先在拱腳墩、臺(tái)處安裝臨時(shí)塔架，用斜拉索一端拉住拱圈節(jié)段，另一端繞向臺(tái)后并錨固在巖盤上，然后逐節(jié)懸臂施工直至主拱拱頂合龍[109]。斜拉扣掛工藝需要使用斜拉索，當(dāng)主拱的跨徑很大時(shí)，需解決拉索的自重與垂度問題，可采用輕質(zhì)高強(qiáng)的碳纖維復(fù)合材料拉索，并使安裝更加便捷。 勁性骨架法用于大跨徑拱橋，大幅提高了混凝土拱橋的跨越能力，原因是其將較重的混凝土拱的架設(shè)問題轉(zhuǎn)化為較輕的鋼骨架拱的架設(shè)[114]。勁性骨架從型鋼向鋼管混凝土發(fā)展，使混凝土拱橋跨徑取得進(jìn)一步突破。萬(wàn)州長(zhǎng)江大橋是世界首座跨度大于m的鋼筋混凝土拱橋[114-115]，以鋼管混凝土為勁性骨架，以C60高強(qiáng)混凝土為拱圈材料，采用了大噸位多節(jié)段纜索吊裝懸拼扣錨安裝工藝[116-117]和拱圈混凝土長(zhǎng)距離大落差兩級(jí)泵送對(duì)稱澆注工藝[118]。2013 年建成的合江長(zhǎng)江一橋是世界上座跨徑超過500 m的鋼管混凝土拱橋，實(shí)現(xiàn)了特大跨徑鋼管混凝土拱橋管內(nèi)混凝土全過程真空輔助三級(jí)連續(xù)泵送施工[119]。鋼管拱橋在我國(guó)的成功，特別是千斤頂、液壓技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)試技術(shù)等的綜合運(yùn)用，整體提升了大節(jié)段鋼拱的安全性。在鋼管混凝土拱橋的施工中，拱肋的施工精度和施工穩(wěn)定性問題受到高度重視，主要包括鋼管骨架架設(shè)與合龍時(shí)的穩(wěn)定問題和后續(xù)加載過程中的穩(wěn)定問題。當(dāng)跨徑較大或采用鋼管混凝土作為施工勁性骨架時(shí)，考慮到結(jié)構(gòu)剛度較弱，需要進(jìn)行考慮大變形的穩(wěn)定分析。 大跨徑拱橋轉(zhuǎn)體施工技術(shù)在特定的地理環(huán)境下具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。球鉸是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)體技術(shù)的關(guān)鍵，常用的材料有鋼材和混凝土。目前國(guó)內(nèi)鋼制球鉸的轉(zhuǎn)體質(zhì)量是滬杭高速鐵路跨滬杭高速轉(zhuǎn)體橋，轉(zhuǎn)體質(zhì)量達(dá)16800 t [120]。轉(zhuǎn)體施工結(jié)構(gòu)為了增大跨度而選擇采用勁性骨架，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性必然降低。為避免轉(zhuǎn)體階段可能發(fā)生的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，在施工轉(zhuǎn)體前應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)體稱重試驗(yàn)，測(cè)試轉(zhuǎn)動(dòng)體部分的不平衡力矩、摩阻力矩、偏心距等。 鋼橋面鋪裝技術(shù)是橋面鋪裝材料設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工等環(huán)節(jié)層層相扣并成套的復(fù)雜技術(shù)。一些鋪裝材料在室內(nèi)試驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的性能，但實(shí)際運(yùn)用到橋面上時(shí)，卻由于施工技術(shù)不完善或施工質(zhì)量控制不嚴(yán)而調(diào)整的材料配比、攤鋪溫度和時(shí)間等因素，導(dǎo)致橋面鋪裝未達(dá)到預(yù)計(jì)使用性能。因此，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，正確設(shè)計(jì)施工方案和質(zhì)量控制體系是保證鋪裝成功的重要環(huán)節(jié)。 環(huán)氧瀝青混合料的控制指標(biāo)較多，施工要求嚴(yán)格，原因是施工過程中環(huán)氧樹脂快速固化，環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝對(duì)結(jié)構(gòu)和環(huán)境有很強(qiáng)的敏感性。一般的環(huán)氧瀝青鋼橋面鋪裝方案，工藝流程可分為料、配合比設(shè)計(jì)、噴灑防水粘結(jié)層、混合料生產(chǎn)與運(yùn)輸、下層攤鋪與碾壓、接縫處理、噴灑粘結(jié)層、混合料生產(chǎn)與運(yùn)輸、上層攤鋪、碾壓、接縫處理、養(yǎng)護(hù)等12個(gè)環(huán)節(jié)。近年來，國(guó)內(nèi)的環(huán)氧瀝青混合料制工藝從熱拌法發(fā)展到溫拌、冷拌，開發(fā)低溫施工技術(shù)，鋪裝技術(shù)呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展方向[121]。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)出臺(tái)《公路鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTG 3364-02-2019）等規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)環(huán)氧瀝青混合料鋪裝的設(shè)計(jì)與施工[122]。 對(duì)于溫拌型環(huán)氧瀝青混合料，關(guān)鍵鋪裝工序如下：（1）拌合與運(yùn)輸：環(huán)氧樹脂施工前溫度控制在80℃ 左右，固化劑與瀝青混合物拌合前溫度控制在150℃，環(huán)氧瀝青混合料出料溫度宜為110℃ ~ 120℃。（2）攤鋪：施工前應(yīng)對(duì)攤鋪機(jī)進(jìn)行預(yù)熱，溫度控制應(yīng)與出料溫度相近。（3）碾壓：嚴(yán)格遵守初壓、復(fù)壓、終壓的施工工序。初壓必須緊跟攤鋪工序，并確保初壓終了溫度82℃，終壓終了溫度65℃。將固化試件空隙率3%、穩(wěn)定度40 kN作為確定混合料施工容留時(shí)間的控制指標(biāo)[59]。（4）養(yǎng)護(hù)：在施工完成后鋪設(shè)保溫材料，養(yǎng)護(hù)期間封閉交通，鋪裝達(dá)到通車要求的強(qiáng)度指標(biāo)為馬歇爾穩(wěn)定度40 kN。 不同于溫拌型環(huán)氧瀝青混合料，熱拌型環(huán)氧瀝青的黏度隨溫度升高而逐漸下降，黏度增長(zhǎng)的速率隨時(shí)間迅速減小。該特性延長(zhǎng)了混合料的攤鋪時(shí)間，因此熱拌環(huán)氧瀝青混合料的施工時(shí)間更靈活[123]。熱拌型環(huán)氧瀝青混凝土早期強(qiáng)度增長(zhǎng)快，一般只需養(yǎng)生數(shù)天即可開放交通。黃紅明等研發(fā)的新型國(guó)產(chǎn)環(huán)氧瀝青混合料（N-EA）具有寬泛的施工溫度和時(shí)間控制范圍，混合料在165℃~185℃容留溫度下的施工時(shí)間可達(dá)3h，并在40℃溫度條件下養(yǎng)生4天后馬歇爾穩(wěn)定度即高于50kN，達(dá)到開放交通的強(qiáng)度要求[124]。 總體而言，環(huán)氧瀝青混合料在成型溫度、時(shí)間、成型工藝和壓實(shí)等方面較其他混合料技術(shù)要求更為嚴(yán)格，在工程實(shí)施中要予以足夠的重視。選擇合適的制工藝，嚴(yán)控溫度、時(shí)間、壓實(shí)度和空隙率，對(duì)于橋面鋪裝的成功實(shí)施至關(guān)重要[125]。 澆注式瀝青混合料具有瀝青用量高、礦粉含量高、拌和溫度高的特點(diǎn)，可以采用澆注自流成型的攤鋪工藝，常作為下層鋪裝材料。根據(jù)生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，澆注式瀝青混合料可以分為Guss Asphalt（GA）和Mastic Asphalt（MA）兩種類型，其主要的特點(diǎn)如表10所示： 澆注式瀝青鋪裝技術(shù)于20世紀(jì)90年代首次引入國(guó)內(nèi)，并在江陰長(zhǎng)江大橋、中國(guó)香港青馬大橋應(yīng)用，兩座大橋均采用了英國(guó)鋪裝技術(shù)（MA），鋪裝結(jié)構(gòu)為單層澆注式。由于受苛刻交通、氣候條件影響，單層澆注式鋪裝的實(shí)際效果并不理想。此后，國(guó)內(nèi)的鋼橋面鋪裝工程基本采用澆注式瀝青混合料雙層鋪裝結(jié)構(gòu)，鋪裝下層為澆注式瀝青GA，上層多采用改性瀝青SMA [127]。 港珠澳大橋是目前國(guó)內(nèi)鋼橋面鋪裝面積的單體工程，采用澆注式瀝青混合料+改性瀝青SMA鋪裝結(jié)構(gòu)。在鋪裝實(shí)施過程中，引進(jìn)大型車載式拋丸機(jī)，開發(fā)全斷面自動(dòng)噴涂系統(tǒng)，解決了鋼板噴砂除銹作業(yè)工效低的問題。為了實(shí)施經(jīng)過設(shè)計(jì)優(yōu)化的MA澆注式瀝青鋪裝方案，提出了獨(dú)創(chuàng)的GMA工藝，實(shí)行精細(xì)化集料加工技術(shù)，保障原材料穩(wěn)定性。采用基于無核密度儀的壓實(shí)度檢測(cè)方法，以得到路面施工是否合格的依據(jù)[128]。GMA工藝結(jié)合了GA和MA的兩種特性，但二者的評(píng)價(jià)方法不盡相同：GA一般采用貫入度或貫入度增量來評(píng)價(jià)其高溫穩(wěn)定性，用流動(dòng)度來評(píng)價(jià)其施工和易性；MA通過硬度值、馬歇爾穩(wěn)定度、流值評(píng)價(jià)其高溫穩(wěn)定性。港珠澳大橋綜合兩種評(píng)價(jià)方法，采用車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)澆注式瀝青混凝+GMA的高溫穩(wěn)定性，采用沖擊韌性評(píng)價(jià)疲勞性能。質(zhì)量驗(yàn)收指標(biāo)如表11~12所示： 隨著服役年限的增加，不少大橋受施工、氣候、交通及養(yǎng)護(hù)等因素的影響，出現(xiàn)了一些損傷。其病害主要包括鋼箱梁焊縫及母材開裂、橋面鋪裝裂縫、拉索護(hù)套破損、錨頭銹蝕、支座損壞以及索塔的損壞等。這些病害影響橋梁的運(yùn)營(yíng)能力，帶來橋梁結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)。 在收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，作者于2018年下半年對(duì)多座代表性橋梁進(jìn)行了調(diào)研，實(shí)地查看橋梁的使用狀況，特別是鋼箱梁的情況，取得了寶貴的現(xiàn)場(chǎng)資料。 通過對(duì)大跨徑橋梁鋼箱梁內(nèi)部病害的檢查和總結(jié)，發(fā)現(xiàn)鋼箱梁病害以開裂、銹蝕以及涂層脫落為主，其中開裂病害普遍，往往占鋼箱梁病害總數(shù)的80%以上，且分布廣泛。受服役年限和交通壓力影響，早期建成的大跨徑橋梁鋼箱梁內(nèi)裂縫數(shù)量逐年增長(zhǎng)，發(fā)生在箱梁內(nèi)的各個(gè)部位，參見圖14。表13為中國(guó)某大跨徑橋梁鋼箱梁內(nèi)的裂縫統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)，2017年較2015年新增裂縫約85%，且已補(bǔ)焊過的裂縫仍有重新開裂的現(xiàn)象。 鋼箱梁病害原因主要有內(nèi)因和外因兩種：內(nèi)因包括設(shè)計(jì)缺陷、施工缺陷、母材及構(gòu)造缺陷等；外因包括重車荷載、大交通量、養(yǎng)護(hù)不及時(shí)等。根據(jù)多個(gè)大橋鋼箱梁病害總結(jié)，發(fā)現(xiàn)鋼箱梁內(nèi)裂縫的分布和發(fā)展有以下規(guī)律：1) 多發(fā)生于構(gòu)件焊縫連接處，例如U肋與頂板焊縫、U肋與橫隔板焊縫等，其中U肋與頂板焊縫的內(nèi)側(cè)病害難觀察，少數(shù)大橋的病害發(fā)生于母材；2) 多發(fā)生于重車道下方；3) 縱橋方向上，病害多集中于跨中、邊跨以及上坡段；4) 鋼箱梁開裂病害多發(fā)處與鋪裝病害多發(fā)處對(duì)應(yīng)；5) 一般通車10年左右開始出現(xiàn)病害，并根據(jù)體系和地區(qū)的不同以及維護(hù)水平情況，在未來可能存在爆發(fā)性增長(zhǎng)。 由于鋼箱梁的裂縫產(chǎn)生機(jī)理不同，其治理模式也應(yīng)根據(jù)不同的裂縫原因制定針對(duì)性的措施，不能只簡(jiǎn)單的采用補(bǔ)焊方式。 1) 對(duì)于橋面板裂縫，宜采用將橋面板上方的鋪裝層刨除后，下墊陶瓷襯墊補(bǔ)焊的方式進(jìn)行修復(fù)；為了完全修復(fù)裂縫，需采用超聲波法與探孔法探明隱性裂縫的位置、長(zhǎng)度及發(fā)展方向等。 2) 對(duì)于U肋與橋面板焊縫處的裂縫，通過探孔檢查確定裂縫起始和終止位置后，宜從尖端位置將原有開裂焊縫全部刨除后進(jìn)行補(bǔ)焊處理。 3) 對(duì)于U肋裂縫，當(dāng)裂縫長(zhǎng)度較小時(shí)，可在裂縫尖端設(shè)置止裂螺栓孔，利用高強(qiáng)度螺栓擰緊，限制裂縫的發(fā)展；當(dāng)裂縫長(zhǎng)度較大時(shí)，在裂縫處墊加強(qiáng)鋼板，并用高強(qiáng)螺栓沿裂縫位置夾緊。 4) 對(duì)于橫隔板弧形開口裂縫，可采用打止裂孔或栓接補(bǔ)強(qiáng)板的方式進(jìn)行維修。 斜拉索損傷的原因主要分為人為因素和環(huán)境因素兩類。人為因素：由于斜拉索施工涉及的工序較為繁雜，且護(hù)套保護(hù)層是柔性聚合物，因此在涉及斜拉索的作業(yè)中會(huì)受到一定程度的損傷；環(huán)境因素：受車載、風(fēng)載、雨載及雪載等可變荷載的共同作用，拉索應(yīng)力變化大，且往復(fù)性的伸長(zhǎng)量變化使得拉索或護(hù)套出現(xiàn)疲勞裂縫，破壞防護(hù)系統(tǒng)的整體性。如圖15所示，典型的斜拉索病害有護(hù)套刮傷、將軍帽銹蝕、套筒滲水銹蝕、阻尼器漏油以及錨具保護(hù)蓋缺失等。 斜拉索護(hù)套的破壞分為輕微損傷、深度損傷與嚴(yán)重?fù)p傷三個(gè)等級(jí)，對(duì)于不同程度的損傷應(yīng)采取相應(yīng)的修護(hù)措施。對(duì)于表面結(jié)垢或劃傷等輕微損傷，鋼板下料可采用中性水清洗以及表面打磨處理。對(duì)于表現(xiàn)為明顯開裂的深度損傷，應(yīng)將護(hù)套破損處周圍的污穢擦干凈，用美工刀沿破損周邊切割PE護(hù)套并露出破損處鋼絲，用擠出式塑焊槍將相同原料焊接于護(hù)套開窗處，如圖16a所示，之后用磨光機(jī)打磨修補(bǔ)表面，使損壞處恢復(fù)到原有及平整狀態(tài)，如圖16b所示。對(duì)于護(hù)套嚴(yán)重開裂并露出鋼絲的嚴(yán)重?fù)p傷情況，修復(fù)方式如下：檢查斜拉索兩端防水系統(tǒng)，了解錨頭銹蝕情況并排出錨固端積水，對(duì)拉索內(nèi)部進(jìn)行充分干燥；將護(hù)套破損處周圍的污穢擦干凈，確保修補(bǔ)時(shí)不影響護(hù)套之間的粘連；用美工刀對(duì)病害處PE護(hù)套開窗檢查；采用鋼絲刷和砂紙打磨除銹，然后涂刷防腐劑（富鋅底漆+環(huán)氧云鐵封閉漆）；對(duì)鋼絲表面用聚酯帶進(jìn)行雙層纏包，如圖16c所示；用擠出式塑焊槍將相同原料焊接于PE護(hù)套開窗處。用磨光機(jī)打磨修補(bǔ)表面，使損壞處的護(hù)套恢復(fù)到原有及平整狀態(tài)。 斜拉索將軍帽接縫常因積水產(chǎn)生侵蝕，長(zhǎng)時(shí)間后涂層退化、破壞造成將軍帽材料銹蝕，影響密封性，此外橡膠條老化也會(huì)導(dǎo)致功能下降。對(duì)于此類病害，可以采取打開將軍帽后對(duì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)銹蝕進(jìn)行除銹處理的措施；如內(nèi)部存在積水，在拉索下錨頭位置開孔，將內(nèi)部積水清除，之后全部更換全新將軍帽及填充料。 索塔作為纜索承重體系橋梁的主要承力結(jié)構(gòu)，混凝土塔柱的豎向及橫向裂縫、節(jié)段裂縫以及混凝土的破損是其主要病害。以某大橋?yàn)槔�，一次橋梁檢測(cè)時(shí)，在一個(gè)塔柱上發(fā)現(xiàn)124條豎向裂縫，77條橫向裂縫，9處網(wǎng)狀裂縫；在另個(gè)塔柱上共發(fā)現(xiàn)121條豎向裂縫，26條橫向裂縫，7處網(wǎng)狀裂縫。 支座病害主要為支座涂層銹蝕、限位支座鋼板變形開裂、豎向支座滑動(dòng)面磨損嚴(yán)重、填充物大量擠出等。限位支座變形開裂有可能是由于支座銹蝕或橡膠老化等原因造成支座性能下降不滿足梁體位移變化或受力要求等造成。豎向支座病害原因分為兩方面，一方面是盆式橡膠支座老化銹蝕，養(yǎng)護(hù)、除銹措施不到位；另一方面是車輛及溫度等外加荷載的長(zhǎng)期作用，導(dǎo)致四氟板磨損嚴(yán)重，大量填充物被擠出。 混凝土索塔病害屬于常見混凝土結(jié)構(gòu)病害，可采取裂縫封閉、灌漿、混凝土缺損修補(bǔ)或者必要時(shí)采取粘貼鋼板或復(fù)合材料等加固措施進(jìn)行處置。特厚鋼板切割 對(duì)于磨損、銹蝕嚴(yán)重的支座部件應(yīng)進(jìn)行更換。某大橋的支座更換工程采用了計(jì)算機(jī)同步頂升控制系統(tǒng)，以墩為單位，左右支座同時(shí)分級(jí)頂升，以保證頂升的同步性。頂升的高度受到嚴(yán)格的控制，在梁被頂升20mm后，立即架設(shè)輔助支撐，確保每個(gè)臨時(shí)支撐均勻受力。以冷切割的方式切除支座所有連接螺栓取出舊支座。在對(duì)安裝位置混凝土表面進(jìn)行清理之后，即可進(jìn)行新支座的定位安裝。落梁時(shí)，先將梁體向上頂起1mm后再拆除臨時(shí)支撐，緩緩落梁并就位，完成支座更換。 重載車輛以及繁重的交通量與惡劣的高低溫條件是中國(guó)鋼橋面鋪裝層破損的主要原因。從斷裂力學(xué)角度來看，鋼橋面鋪裝層實(shí)際鋪設(shè)過程中總是會(huì)在表面留下許多細(xì)小的缺陷, 隨著軸載作用次數(shù)的增加，鋪裝層結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生不同程度的損傷, 且在不同的使用階段，相同的荷載對(duì)鋪裝層所造成的損傷是不同的。某大橋設(shè)計(jì)日均流量為8萬(wàn)輛，而現(xiàn)在日車流量已超過10萬(wàn)，高峰時(shí)期甚至達(dá)到14.24萬(wàn)，該大橋鋪裝病害主要集中于重車道和跨中區(qū)域。由于鋪裝材料和交通荷載的原因，某大橋的澆筑式瀝青鋪裝層通車一年內(nèi)就發(fā)生了深5mm~8mm、長(zhǎng)200 m左右的塑性變形，并有發(fā)展為車轍的趨勢(shì)；通車兩年內(nèi)，車轍處就產(chǎn)生長(zhǎng)0.5m~2m、寬1mm~3mm的裂縫。 從地域來看，亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)是鋼橋面鋪裝層嚴(yán)重病害的多發(fā)地，該地區(qū)高溫持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，5~10月平均氣溫達(dá)到33℃~37℃。對(duì)于位于南方城市的大跨徑鋼橋，夏季鋼橋面鋪裝層表面溫度可達(dá)70℃，晝夜溫差超過30℃，這更加劇了鋪裝層材料的破壞。 根據(jù)對(duì)多個(gè)大橋的鋪裝病害進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)有以下規(guī)律：1) 多發(fā)生于輪跡帶和重車道；2) 不同車道的連接處易形成縱向裂縫；3) 縱橋方向上，病害多集中于跨中、邊跨以及上坡段，支座附近病害較少；4) 病害多發(fā)處與鋼箱梁病害多發(fā)處對(duì)應(yīng)；5) 存在爆發(fā)性增長(zhǎng)現(xiàn)象，時(shí)間點(diǎn)一般為大橋通車7~10年左右。 橋面鋪裝經(jīng)歷一段服役期后將不可避免發(fā)生不同程度的破損。根據(jù)不同的破損情況和交通量狀況，橋面鋪裝一般可采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、修復(fù)性養(yǎng)護(hù)和翻修三種修復(fù)處理措施。 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是在橋面鋪裝出現(xiàn)明顯病害之前而采取的主動(dòng)性養(yǎng)護(hù)措施，目的在于延緩橋面鋪裝的破損進(jìn)程，延長(zhǎng)其服役使用壽命。常見的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施包括裂縫填封、霧封層和微表處等[130]。工程經(jīng)驗(yàn)表明，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是橋面鋪裝修復(fù)養(yǎng)護(hù)工作重要的組成部分，效益高，成本低，是保證實(shí)現(xiàn)鋪裝設(shè)計(jì)目標(biāo)和鋪裝正常使用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)受到足夠的重視。 修復(fù)性養(yǎng)護(hù)主要指的是對(duì)橋面鋪裝局部出現(xiàn)的坑槽、裂縫、推移等病害進(jìn)行修復(fù)，按目標(biāo)修補(bǔ)壽命一般可分為應(yīng)急性修復(fù)、半性修復(fù)和性修復(fù)。常見的修復(fù)性養(yǎng)護(hù)技術(shù)包括就地?zé)嵩偕夹g(shù)、拌熱再生法、就地冷再生法和霧封層技術(shù)等[131]。 當(dāng)橋面鋪裝發(fā)生大面積破損，采取修復(fù)性養(yǎng)護(hù)已無法遏制病害的發(fā)展時(shí)，需要對(duì)橋面鋪裝采取翻修措施。橋面鋪裝的翻修，即去除原有的橋面鋪裝，重新對(duì)鋼橋面進(jìn)行防銹防水等處理，再攤鋪新的鋪裝層，一般需要根據(jù)橋面交通量狀況、環(huán)境條件、施工條件和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益等方面來綜合確定翻修方案。 大跨徑橋梁的標(biāo)準(zhǔn)體系是體現(xiàn)國(guó)家橋梁工程建設(shè)水平的重要指標(biāo)，是橋梁建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的高度總結(jié)。大跨徑橋梁由于其結(jié)構(gòu)的重要性，在設(shè)計(jì)和施工方面常常需要根據(jù)實(shí)際情況采取突破常規(guī)的技術(shù)方法，只有經(jīng)過工程實(shí)踐驗(yàn)證的成熟的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，才有可能形成標(biāo)準(zhǔn)體系，對(duì)國(guó)家的大跨徑橋梁建設(shè)形成技術(shù)要求。根據(jù)近幾十年來大量橋梁工程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)來看，中國(guó)橋梁設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范面臨著需要不斷豐富和完善的形式和任務(wù)。2002年，中國(guó)發(fā)布了《公路工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系》(JTG A01-2002)，并陸續(xù)建立了涵蓋約80本標(biāo)準(zhǔn)的JTG標(biāo)準(zhǔn)體系（現(xiàn)行為《公路工程標(biāo)準(zhǔn)體系》(JTG 1001-2017)），還制定了《公路懸索橋設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T D65-05-2015)、《公路斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG 3365-01-2020)和《公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T D65-06-2015)等專項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)范，這些對(duì)中國(guó)大跨徑橋梁設(shè)計(jì)起到重要的指導(dǎo)作用。但是中國(guó)還沒有建立國(guó)家層面的大跨徑橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系，也缺乏相應(yīng)的國(guó)家層面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。中國(guó)在承接海外大跨徑橋梁設(shè)計(jì)任務(wù)后，常常是借用歐洲和美國(guó)等國(guó)外規(guī)范。對(duì)比國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家來看，中國(guó)大跨徑橋梁的設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系是滯后于實(shí)際工程建設(shè)的，國(guó)家層面上的標(biāo)準(zhǔn)體系仍十分欠缺。因此，加快完善中國(guó)大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，是當(dāng)前及今后較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。 為了建立一個(gè)完善的特大跨徑橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，應(yīng)當(dāng)面向當(dāng)下和未來，審慎思考，引入國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的橋梁設(shè)計(jì)理論，充分吸納中國(guó)近幾十年來積累的成熟建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，剔除不正確或不成熟的設(shè)計(jì)概念，另外，還應(yīng)當(dāng)關(guān)注和橋梁建設(shè)息息相關(guān)的行業(yè)或?qū)I(yè)，例如高速發(fā)展的材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和不斷更新?lián)Q代的工程裝，并充分認(rèn)識(shí)到“建養(yǎng)并重”的重要性，研究橋梁建成之后的管養(yǎng)技術(shù)，包括健康監(jiān)測(cè)、評(píng)估和維護(hù)，以確保橋梁運(yùn)營(yíng)和結(jié)構(gòu)安全。 特大跨徑橋梁的設(shè)計(jì)方案在很大程度上取決于橋梁結(jié)構(gòu)用鋼的發(fā)展，中國(guó)的橋梁結(jié)構(gòu)用鋼大致經(jīng)歷了“碳錳鋼低合金鋼高強(qiáng)鋼高性能鋼”的發(fā)展階段[132]。目前，中國(guó)《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T 714-2015)標(biāo)準(zhǔn)給出了Q345qNH~Q550qNH牌號(hào)高性能鋼的技術(shù)指標(biāo)，但總體而言，中國(guó)橋梁高性能鋼材的標(biāo)準(zhǔn)編制落后于橋梁發(fā)展需求。此外，隨著新型橋梁高性能鋼的不斷研發(fā)，橋梁構(gòu)件的焊接選材、工藝以及質(zhì)量的指標(biāo)要求也需及時(shí)更新調(diào)整，以提高二者使用的匹配度。近年來中國(guó)大跨徑橋梁設(shè)計(jì)越來越重視綠色與可持續(xù)的理念，可以預(yù)見未來大跨徑橋梁高性能鋼將具有廣闊的發(fā)展空間。 特大跨徑橋梁的纜索主要由鋼絲組成，作為橋梁的重要受力構(gòu)件，其質(zhì)量直接關(guān)系到橋梁的安全性和耐久性。經(jīng)過多年的研究，中國(guó)在特大跨徑橋梁建設(shè)中普遍使用了1860 MPa的高強(qiáng)鋼絲與高強(qiáng)鋼絞線，在建的斜拉橋的斜拉索與懸索橋的主纜也采用了研制的1960MPa~2000 MPa的高強(qiáng)鋼絲[133]。中國(guó)的高強(qiáng)鋼絲形成了具有自主產(chǎn)權(quán)的完整生產(chǎn)工藝體系，且性能指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品[134]。 但是，現(xiàn)有的橋梁養(yǎng)護(hù)規(guī)范尚未建立纜索壽命的評(píng)估方法，導(dǎo)致纜索的后期維護(hù)方案無據(jù)可循[135]。這給橋梁設(shè)計(jì)因考慮后期維護(hù)而選擇材料時(shí)帶來了困難，目前橋梁管養(yǎng)部門一般采取發(fā)現(xiàn)拉索銹蝕嚴(yán)重即更換的措施，這可能會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。盡管目前國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)高強(qiáng)鋼絲銹蝕壽命開展了一些研究[136-138]，但是相關(guān)研究仍十分有限，未來需要對(duì)高強(qiáng)鋼絲的銹蝕規(guī)律與力學(xué)性能衰減規(guī)律開展深入研究，并據(jù)此建立纜索服役壽命的評(píng)估方法。 當(dāng)前中國(guó)絕大多數(shù)大跨徑橋梁的橋面鋪裝采用環(huán)氧瀝青混合料、澆注式瀝青混合料及瀝青瑪蹄脂碎石等瀝青混合料，由于中國(guó)幅員遼闊，不同地區(qū)大跨徑橋梁所處的服役環(huán)境狀況以及交通狀況存在較大差異，對(duì)橋梁的實(shí)際需求也不同，這些都會(huì)影響橋梁的設(shè)計(jì)方案。隨著材料的發(fā)展，未來會(huì)出現(xiàn)更輕、更薄、更耐用的鋪裝結(jié)構(gòu)，不但提高了橋面鋪裝層與鋼箱梁受力與變形的兼容性，還可減小大跨徑橋梁的自重，將促進(jìn)大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，進(jìn)一步提高大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)跨徑。 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，大跨徑橋梁建設(shè)的信息化技術(shù)應(yīng)用已成為加快發(fā)展的重要手段。 在橋梁設(shè)計(jì)軟件方面，經(jīng)過30多年的研發(fā)與應(yīng)用，中國(guó)實(shí)現(xiàn)了從無到有、從有到優(yōu)的發(fā)展，中國(guó)自主研發(fā)的橋梁輔助設(shè)計(jì)與分析軟件已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展。應(yīng)用較廣泛的國(guó)產(chǎn)設(shè)計(jì)分析及施工控制軟件包括橋梁博士、QJX、GQJS、PRBP、BINAS、橋梁大師和方案設(shè)計(jì)師等，計(jì)算精度與效率與國(guó)外同類軟件基本相當(dāng)。且與國(guó)內(nèi)規(guī)范及實(shí)際工程結(jié)合度較高[139]。 BIM (Building Information Modeling)技術(shù)在中國(guó)橋梁設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)[140]階段得到了初步的應(yīng)用[141-143]。通過BIM協(xié)同管理，中國(guó)大跨徑橋梁已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了架設(shè)自動(dòng)化控制和吊裝運(yùn)行狀態(tài)控制等智能建造技術(shù)[144]，保證了橋梁建設(shè)的安全性、高效性和可控性。港珠澳大橋工程建設(shè)中，已試行了鋼箱梁的智能制造[139]。通過BIM協(xié)同管理，中國(guó)大跨徑鋼橋還擺脫了傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)，開始使用自主設(shè)計(jì)的AI健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用傳感器物聯(lián)網(wǎng)[145]、云計(jì)算[146]、大數(shù)據(jù)處理[140]等信息技術(shù)，提高監(jiān)測(cè)效率和可靠性，保證大橋安全。當(dāng)前橋梁BIM標(biāo)準(zhǔn)的編制、橋梁BIM軟件的開發(fā)以及相關(guān)的工程應(yīng)用的示范等BIM技術(shù)的試點(diǎn)工作正在開展。 總體而言，中國(guó)大跨徑橋梁的設(shè)計(jì)已經(jīng)開始應(yīng)用智能建造、AI監(jiān)測(cè)等信息化技術(shù)，但目前仍處于起步階段，技術(shù)水平未能滿足實(shí)際工程全生命周期內(nèi)的各項(xiàng)需求。此外，設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)仍是中國(guó)大跨徑橋梁建設(shè)發(fā)展的一個(gè)短板，未來需要注重研發(fā)適用于大跨徑橋梁復(fù)雜力學(xué)行為分析的國(guó)產(chǎn)核心軟件。同時(shí)，中國(guó)需要研發(fā)實(shí)用的國(guó)產(chǎn)BIM軟件，建立大跨徑橋梁BIM標(biāo)準(zhǔn)體系，兼顧大橋的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、管理等全生命周期，實(shí)現(xiàn)大橋全生命周期的信息化管理。 更先進(jìn)的工程裝能夠?yàn)闃蛄旱脑O(shè)計(jì)方案提供更多的可能性。結(jié)合中國(guó)大跨徑橋梁建設(shè)的基本情況，在引進(jìn)和消化國(guó)外先進(jìn)建設(shè)技術(shù)和工程裝的基礎(chǔ)上，中國(guó)在橋梁基礎(chǔ)、橋塔、纜索、主梁建設(shè)等工程裝方面取得了突破性的進(jìn)展[134,147]。 總體而言，中國(guó)目前在打樁船、起重機(jī)、纜載吊機(jī)等一些大型工程裝方面實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)，大幅減少了工程租賃費(fèi)用，且設(shè)的使用性能達(dá)到世界先進(jìn)水平。但是，這些裝的可靠性和服役壽命相比于國(guó)外同類設(shè)仍存在一定差距。一些裝的關(guān)鍵核心部件依然嚴(yán)重依賴進(jìn)口，不具自主生產(chǎn)能力。未來需要研究并提升大跨徑橋梁建設(shè)工程裝的可靠性及關(guān)鍵部件生產(chǎn)能力。 大跨徑橋梁應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。大跨徑橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般可分為傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)健康評(píng)估系統(tǒng)、檢查維護(hù)系統(tǒng)等5個(gè)子系統(tǒng)，具結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通監(jiān)測(cè)、設(shè)監(jiān)測(cè)、損傷識(shí)別、整體性能評(píng)估、綜合報(bào)警、信息網(wǎng)絡(luò)分析處理與橋梁養(yǎng)護(hù)管理等功能[148]。中國(guó)的橋梁健康監(jiān)測(cè)研究起步相對(duì)較晚，自上世紀(jì)90年代起，中國(guó)才陸續(xù)建立了不同規(guī)模的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)學(xué)者通過研究建立了相關(guān)的數(shù)據(jù)分析和評(píng)估理論、方法和技術(shù)體系[149-150]，為評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的服役狀況、驗(yàn)證大跨徑橋梁的理論模型、完善大跨徑橋梁的設(shè)計(jì)理論提供重要的數(shù)據(jù)和理論支撐。 雖然目前中國(guó)很多大跨徑橋梁均建有不同規(guī)模的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但是實(shí)際上大多數(shù)仍處于研究狀態(tài)，這導(dǎo)致大跨徑橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工管理與運(yùn)營(yíng)維護(hù)有所脫節(jié)。大跨徑橋梁健康監(jiān)測(cè)指標(biāo)眾多，實(shí)時(shí)積累的原始數(shù)據(jù)以海量計(jì)算，這給原始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)帶來巨大的挑戰(zhàn)。當(dāng)前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)仍缺少標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的分析系統(tǒng)。此外，各類傳感器的穩(wěn)定性較差，且使用壽命相比大跨徑橋梁壽命短的多，更換困難，這都導(dǎo)致健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無法充分實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)甚至處于完全癱瘓的狀態(tài)。因此，未來需在耐久、可靠、穩(wěn)定的傳感器系統(tǒng)開發(fā)、原始數(shù)據(jù)的有效保存與分析、監(jiān)測(cè)指標(biāo)與橋梁服役性能的關(guān)聯(lián)等方面開展深入的研究工作，并建立相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)一體化管理。 中國(guó)東部臨海，島嶼眾多，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，未來中國(guó)仍有建設(shè)大型甚至特大型跨海橋梁的需求。中國(guó)現(xiàn)行的橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范僅適用于跨徑小于2000m的懸索橋[151]和跨徑小于1000 m的斜拉橋[152]，且設(shè)計(jì)使用年限為100年，不適用于特大型跨海橋梁的建設(shè)。雖然目前歐洲、日本和韓國(guó)已經(jīng)針對(duì)主跨為1200m~1600m的雙塔斜拉橋、主跨為2700m~3300 m的懸索橋、主跨為1m的協(xié)作體系橋開展了技術(shù)研究和探索應(yīng)用[147]，但是目前世界上已建或在建的大跨徑橋梁均小于2000m，國(guó)內(nèi)外尚無特大型跨海橋梁設(shè)計(jì)與建設(shè)經(jīng)驗(yàn)可循。因此，未來需要結(jié)合大跨徑橋梁的科研和現(xiàn)場(chǎng)資料，針對(duì)特大型跨海橋梁開展基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，建立一套完善的設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為將來在復(fù)雜環(huán)境條件下建好橋梁打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 目前中國(guó)高速鐵路建設(shè)發(fā)展迅速，大跨度鐵路橋梁的建設(shè)需求也越來越強(qiáng)烈。與公路橋梁不同，由于列車運(yùn)行速度較快，大跨度鐵路橋梁承受的活載作用大，車橋系統(tǒng)的動(dòng)力作用非常明顯，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的剛度要求較高。此外，大跨度高速鐵路橋梁不僅需要保證列車行駛的安全性，也要滿足行車的舒適性[153]。中國(guó)針對(duì)公鐵兩用大跨徑斜拉橋的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)[154-155]、橋面鋪裝受力特征[156]、抗震減震[157-159]、車橋耦合振動(dòng)[160-161]等方面開展了一定的研究，且相關(guān)成果在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用。當(dāng)前有關(guān)公鐵兩用大跨徑懸索橋理論研究也主要集中在公鐵兩用大跨徑懸索橋抗風(fēng)、抗震等性能的研究[162-163]。 總體而言，高速鐵路大橋在中國(guó)發(fā)展仍處于起步階段，相關(guān)的設(shè)計(jì)理論仍不完善，未來仍需在高速鐵路大橋荷載分布特征、橋梁結(jié)構(gòu)剛度和穩(wěn)定性、橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面開展基礎(chǔ)理論研究，建立和完善相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系，指導(dǎo)高速鐵路大橋的建設(shè)。 中國(guó)特大跨徑橋梁的設(shè)計(jì)與建設(shè)取得了極大的進(jìn)步和發(fā)展，本文總結(jié)了近三十年來中國(guó)大跨徑斜拉橋、懸索橋和拱橋的基本情況，綜述了設(shè)計(jì)及建設(shè)技術(shù)的進(jìn)步，調(diào)研了目前的使用狀況，并對(duì)中國(guó)特大跨徑橋梁的設(shè)計(jì)方向進(jìn)行了展望。未來，中國(guó)特大跨徑橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合近幾十年來的設(shè)計(jì)、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，除考慮生命周期、結(jié)構(gòu)安全、建設(shè)規(guī)模外，還應(yīng)考慮到美觀、舒適及后期的健康監(jiān)測(cè)和維護(hù)等需求；同時(shí)還需要建立國(guó)家層面上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，并在特大型跨海橋梁、高速鐵路大橋等方向開展基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。 由教育部主管、高等教育出版社主辦的《前沿》（Frontiers）系列英文學(xué)術(shù)期刊，于2006年正式創(chuàng)刊，以網(wǎng)絡(luò)版和印刷版向全球發(fā)行。系列期刊包括基礎(chǔ)科學(xué)、生命科學(xué)、工程技術(shù)和人文社會(huì)科學(xué)四個(gè)主題，是我國(guó)覆蓋學(xué)科廣泛的英文學(xué)術(shù)期刊群，其中13種被SCI收錄，其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相應(yīng)學(xué)科國(guó)際權(quán)威檢索系統(tǒng)收錄，具有一定的國(guó)際學(xué)術(shù)影響力。系列期刊采用在線優(yōu)先出版方式，保證文章以快速度發(fā)表。
高等教育出版社入選“中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃”集群化項(xiàng)目。Frontier系列期刊中：13種被SCI收錄；1種被A&HCI收錄；6種被Ei收錄；2種被MEDLINE收錄；11種中國(guó)科技核心期刊；16種被CSCD收錄。 |
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