公路交通科技

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桥梁工程

基于摄影测量的简支梁桥损伤识别

李萍, 张劲泉, 王磊, 王陶, 闫昕

2022, 39(8): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.001

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曲率模态法是检测结构损伤的重要方法之一，但是在推广应用的过程中，受到传感器数量的限制，检测精度不高。摄影测量法可以非接触获得较为密集的测点数据，突破该方法的应用限制。采用图像相关法（DIC）处理结构振动视频数据，提取视频流中各标识点的竖向动态位移时程数据。通过时频转换确定结构的主频和振型，通过中心差分法得到曲率模态。在损伤尺度不变的情况下，按照不同测点间距提取测点的振型和曲率，对比了测点间距对曲率模态法检测损伤突变的影响。计算了不同测点间距的曲率模态差、曲率模态变化率，验证了二者对于曲率突变的放大效应。通过分析简支梁振动试验的结果可知：有损/无损梁的曲率模态曲线都不光滑；在测点间距比较密时，损伤位置的曲率突变很大，可检测损伤位置，但是依据单一状态的曲率模态判断损伤容易受到其他突变的干扰；不同状态的曲率模态对比更易于判断损伤位置；曲率模态变化率、曲率模态差能在一定程度上放大损伤位置的曲率突变，但是放大效应有限。由此可知，提高损伤检测定位精度最有效的方式是加密提取测点，将不同损伤状态的曲率模态做比对。比较而言，摄影测量法比传统的测量手段更适用于求解曲率模态的损伤指标，在降低检测成本的同时，使检测更加便捷高效。

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桥梁工程

预应力混凝土现浇箱梁运营期腹板斜向裂缝损伤分析

刘红义, 张劲泉, 周建庭, 闫昕

2022, 39(8): 9-15. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.002

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为了研究某通车5 a大跨径预应力混凝土变截面现浇箱梁运营期腹板斜向裂缝产生的原因，对裂缝的时间和空间分布进行了详细检测和描述，裂缝主要分布在跨中附近，呈8字形分布，斜向裂缝逐年增多。首先分析了此类裂缝产生的常见原因和机理，重点从现行规范中的计算模式进行机理分析。然后建立了ABAQUS主桥实体有限元模型，在对该桥交通量、恒载、裂缝产生历史等充分调查的基础上，采用单因素分析和耦合因素分析方法，分析了箱梁竖向预应力损失、纵向预应力损失、超载等因素对箱梁腹板混凝土主拉应力的影响。结果表明：竖向预应力损失对腹板混凝土主拉应力影响不大，当纵向预应力损失21%或车辆超载45%时，腹板混凝土主拉应力超限；考虑竖向预应力损失40%、纵向预应力损失5%、超载40%等耦合因素，腹板混凝土主拉应力亦超限，耦合因素作用下有限元主拉应力超限位置与桥梁实际产生裂缝的位置具有一定的对应性；超载、纵向预应力损失等耦合因素是该桥腹板产生斜向裂缝的主要原因。研究成果为同类桥梁裂缝成因分析和维修处治提供工程参考。

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桥梁工程

锚下控制应力对PC小箱梁裂缝发展的影响及控制方法研究

刘振伟, 董鹏

2022, 39(8): 16-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.003

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锚下控制应力变化引起的PC小箱梁裂缝的产生及发展贯穿于PC小箱梁的施工及运营阶段，这大大制约了PC小箱梁的正常承载能力及安全性能。为改变这一局面，通过综合采用现场试验测试和数值分析的方法，对锚下控制应力引起的PC小箱梁裂缝产生及发展的成因机理及控制方法开展了研究。通过对施工张拉阶段锚下控制应力变化情况进行监测，分析了完全张拉、超张拉及张拉结束后等不同阶段PC小箱梁锚下控制应力的变化规律。采用数值模拟的方法，综合考虑PC小箱梁的成桥状态以及单梁状态，其中单梁同时考虑竖向温度梯度可能对结构产生的影响，分析了不同阶段锚下控制应力变化下PC小箱梁竖向位移、应力与裂缝产生的内在联系。将数值分析结果与现场实测数据进行了对比。从而分别从设计、施工及运营等方面对PC小箱梁桥开裂的主要成因进行了探讨。结果表明：PC小箱梁在施工阶段，预应力损失及超张拉等因素会对箱梁开裂产生一定程度的影响；根据分析结果针对性提出的PC小箱梁裂缝控制措施，可减少预应力损失以及超张拉等因素可能产生的影响，从而提升其预应力施工及运营质量控制水平。这都将进一步减少锚下控制应力变化对PC小箱梁结构安全性的影响，从而整体提升PC小箱梁裂缝控制水平。

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桥梁工程

基于车-桥响应连续小波变换的桥梁无模型损伤识别方法

安宁, 和海芳, 马瑞, 蔺宝垚

2022, 39(8): 25-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.004

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与传统的基于桥梁动力响应的桥梁损伤识别方法不同，提出了一种基于车辆-桥梁耦合振动时程连续小波变换的桥梁结构无模型损伤识别方法。以简支梁为例，假定桥梁的损伤形式为裂缝，并使用集中扭转弹簧来模拟梁中的裂缝，进而利用传递矩阵法，确定了损伤简支梁的模态参数、固有频率和振型。使用弹簧-阻尼-质量系统模拟车辆，建立了简支梁在移动弹簧质量单元作用下的车辆-桥梁耦合振动模型，并推导了车辆-桥梁系统的运动方程，利用模态分解理论得到了简支梁和移动弹簧质量单元的振动响应。根据桥梁裂缝的数量、位置和深度设置了5种不同工况，使用Mexican Hat小波分别对车辆和桥梁的竖向位移时程进行连续小波变换，找到小波系数取极大值的点，即信号的突变点，从而确定了桥梁的损伤位置。对振动响应添加5%的噪声后，使用连续小波变换方法仍然能清晰分辨出变异点的位置，但当裂缝位于桥梁端部时，可能会造成误判。为了解参数对识别结果的影响，分别按照车辆速度、车辆质量、车辆刚度等参数共设置了15种不同工况，进行识别效果的比较。结果表明：该方法能够准确确定损伤位置，是一种有效的方法；当车辆较重、车速较低时的桥梁损伤识别效果较好，而车辆的刚度和阻尼对桥梁损伤识别结果的影响较小。

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桥梁工程

大跨径钢箱梁桥正交异性板疲劳裂纹发展规律及处置措施

刘汉勇, 代希华, 程寿山

2022, 39(8): 32-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.005

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为掌握在用大跨径钢箱梁桥正交异性板疲劳裂纹的发展规律，探寻延长正交异性板使用寿命的加固措施，针对当前正交异性钢桥面板普遍存在的疲劳开裂现状，以国内某大型悬索桥钢箱梁正交异性板为研究对象，采用目视检查与磁粉探伤相结合的方法，检查统计了该桥正交异性板的可见裂纹和疑似隐性裂纹数量。根据疲劳裂纹检查结果，分析了其疲劳裂纹发展与近7 a的日均交通量的关联关系。从力学性能、构造措施与焊接工艺3方面进行了疲劳裂纹开裂机理分析，明晰了5类疲劳裂纹萌生和发展的机理。在此基础上，针对每一类疲劳裂纹给出了修复方法。为改善正交异性钢桥面板的整体受力性能，提出了增加空腹式横隔板的正交异性板钢箱梁加固措施，以该桥钢箱梁标准段为实际案例，设计了空腹式横隔板加固方案，并对增加空腹式横隔板后的钢箱梁标准段进行了有限元分析。结果表明：除IV类疲劳裂纹与交通量不存在明显相关性以外，其余疲劳裂纹（I，II，III，V，VI类）的形成原因均与交通量增长有较密切的相关性。提出的方法可以显著降低正交异性板疲劳细节处的应力水平，改善正交异性钢桥面板的受力性能，提高正交异性板的疲劳寿命。根据研究结果，建议将常规疲劳裂纹修复，并增加空腹式横隔板作为在用钢箱梁正交异性板的有效加固措施。

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桥梁工程

基于无人机倾斜摄影和三维激光扫描的桥梁数字化建模方法

周勇, 刘如飞, 齐辉, 丛波日, 陈敏

2022, 39(8): 39-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.006

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为开展无人机倾斜点云与车载激光点云的数据融合，实现融合数据的优势互补，弥补倾斜摄影技术观测视角上的不足，完成桥梁的高精度数字化还原，针对无人机倾斜摄影测量技术无法全面获取完整地物三维信息，导致建模中存在桥梁三维模型局部纹理扭曲、空洞的问题，提出了一种利用无人机倾斜摄影技术与三维激光扫描技术进行多源数据融合建模的方法。首先用倾斜实景三维重建技术将无人机获取的桥梁倾斜实景三角网数据转换为倾斜密集点云。然后针对两种数据分布特点，基于同名平面几何特征的点云配准方法，对待匹配点云中的公共面进行初步提取，并利用多分区最小二乘拟合算法进行去噪。接着对去噪的平面点云使用RANSAC算法进行平面拟合，使用四元数坐标转换模型计算旋转矩阵，建立了间接平差误差方程计算融合参数，将两种点云进行了高精度融合。最后利用全视角覆盖的融合点云数据进行了精细三角网重建，通过纹理自动映射得到融合后的桥梁精细化模型。试验结果表明：影响倾斜实景模型精度的因素主要是数据融合误差和建模误差；基于多源数据融合的建模方法既能保证三维模型的重建效率和精度，又能修正无人机倾斜摄影建模存在的桥梁底部纹理，为桥梁数字化还原提供了可行的方法。

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桥梁工程

基于响应面法的斜拉桥动力模型修正方法

张立业, 汪波, 王兵见, 陈可, 吕竟铭

2022, 39(8): 46-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.007

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为建立能够精确反映实际桥梁结构特性的基准有限元模型，提高结构分析和损伤识别的准确性，在斜拉桥健康监测和参数化有限元分析技术的基础上，基于响应面法建立了斜拉桥动力模型修正方法，实现斜拉桥有限元模型修正和健康监测数据的快速分析。提出了基于频率监测的斜拉桥模型修正方法，解决了响应面方程建立，目标函数求解和最优化算法等斜拉桥动力模型修正的关键问题，得出了斜拉桥动力模型修正的一般流程。利用实际监测的动力特征参数构造出适用于斜拉桥模型修正的响应面方程和目标函数，讨论了目标函数中权重系数的相关性及其取值方法，采用最小二乘法求解出待定系数和最优化结果。以东海大桥主航道斜拉桥为研究对象，建立了精细化的初始有限元模型，根据工程经验确定待修正参数，采用中心复合设计法确定响应面的试验工况并得出有限元分析结果。应用最小二乘法回归出响应面方程，进而求解出目标函数的最优解。结果表明：修正后有限元模型计算的振动频率值与实际桥梁结构监测的振动频率值的误差由2.03%~7.95%提高到0.05%~1.27%，其中一阶振动频率几乎与实际监测的振动频率值一致；修正后的有限元模型能够精确模拟实际斜拉桥结构的动力性能，表明该方法对斜拉桥的模型修正具有很好的适应性。

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桥梁工程

长期服役的高速公路空心梁板疲劳性能试验研究

杜岩松, 韩洪涛, 郝朝伟, 王明法, 王鹏程

2022, 39(8): 53-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.008

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为研究服役多年的高速公路预应力空心梁板抗疲劳性能，依托某高速公路改扩建工程，采用大型加载结构MTS开展了对服役多年的旧桥梁板抗疲劳性能研究，分析了梁体在循环荷载作用下的受力状况。采用ABAQUS有限元分析软件对旧桥梁板建立实体单元模型，模拟了钢筋混凝土梁板加载的全过程，并与试验数据进行了对比分析。通过对荷载幅值与疲劳寿命试验数据进行拟合分析，得出了梁板疲劳寿命计算公式。结果表明：在前期疲劳作用下，梁板应变及挠度发展较为稳定，后期随着循环次数的增加两者增幅较大；裂缝发展由梁底部向上延伸，并在破坏阶段贯穿顶部；在疲劳荷载作用下，梁体破坏模式为受压区混凝土先破坏，随后受拉区混凝土破坏，属于典型的脆性破坏模式；不同幅值下的梁板破坏时挠度及应变值上下浮动小，但是其疲劳寿命相差较大，荷载幅值的增大不会影响破坏时的挠度和应变值，只对疲劳寿命有影响；0.7M_max幅值与0.8M_max，0.9M_max，1.0M_max幅值分别相差1.14，1.29，1.42倍，其幅值下的疲劳耐受度比值分别为1.96，4.17，9.52倍，可以看出疲劳耐受度不是随荷载幅值的增加而呈线性降低；有限元模拟结果与实际试验数据基本吻合，数据可靠。

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桥梁工程

基于数值仿真的悬索桥锚碇温度敏感性及开裂成因分析

姬伟, 左新黛

2022, 39(8): 62-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.009

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为了解决悬索桥锚碇在运营期间的开裂问题，针对一座运营10余年、大跨径悬索桥混凝土锚碇逐年增长的裂缝，从索力、环境、材料、施工等多方面因素全面开展了分析。采用大型空间有限元软件建立了锚碇精细化数值模型，模型能够模拟主缆索股力传递给锚体混凝土的真实受力状态。充分考虑桥址环境特点，考虑6种温度工况对锚碇进行了温度敏感性仿真分析，分析了不同温度工况下锚碇结构的应力分布。结果表明：锚碇开裂与锚杆力作用相关性不大；在工况2下整体升温20℃，锚碇侧墙主拉应力达到容许应力1.5倍；工况6下锚碇表面混凝土由40℃骤降为20℃，锚碇侧墙主拉应力达到容许应力的2.4倍；在内外约束双重作用下，冷击效应导致锚碇混凝土表面温度骤降产生“内约束裂缝”，整体升温导致锚碇混凝土膨胀产生“外约束裂缝”，这两种类型裂缝一般为深层裂缝和增长裂缝，该锚碇侧墙竖向裂缝最大深度达到6 cm；环境和施工因素是造成横向施工开裂的主要原因。最终采用外包带防裂钢筋网的高性能混凝土对锚碇进行了加固，后续观测效果良好。

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桥梁工程

基于感知信息的混凝土桥梁耐久性智能诊断方法

李殿斌, 李伟, 陈南

2022, 39(8): 70-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.010

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混凝土桥梁结构于其生命周期中常因自然环境因素的影响而产生劣化与腐蚀，造成耐久性降低及使用年限减少，一般大气环境下桥梁结构混凝土碳化现象是造成混凝土桥梁耐久性下降的重要原因之一。结合桥梁结构混凝土材料的特点分析了碳化现象的原理及主要影响因素，提出了用于碳化深度预测的自回归时间序列模型（BP-AR），并利用依托工程中采集的感知数据对结构实际发生的碳化深度进行了预测。开展室内试验并将试验结果与模型测算结果进行比较，验证了BP-AR预测算法的预测精度和可靠性。结果表明：混凝土碳化深度的影响因素复杂多变且交叉耦合，在感知信息数据有限的条件下，利用BP-AR模型由于在回归过程中考虑了碳化现象的时效性，因而能够获得比一般神经网络模型（BP）更准确的预测结果，具有较高的预测精度；建立的模型充分考虑了时间依赖性来实现碳化深度的神经网络预测，即把碳化反应随时间的变化与其他影响因素统筹考虑，形成一种BP-AR融合算法，保证了对碳化深度的预测和修正，达到了提高模型预测精度的目的，揭示了结构混凝土碳化机制。

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桥梁工程

京沪高速江苏段混凝土桥梁的耐久性指标统计特性分析

陈光伟, 王少鹏, 杨洋, 厉广广, 赵尚传

2022, 39(8): 76-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.011

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为评估京沪高速公路江苏段扩建工程中既有混凝土桥梁的耐久性状况，为既有桥梁的再利用提供依据，采集了线路中10座桥梁（包含空心板梁桥、组合箱梁桥和T梁桥）的耐久性指标数据，指标包括混凝土强度、碳化深度、钢筋保护层厚度。通过对各类构件的耐久性指标进行现场测试并进行数据统计特性分析，得出：混凝土强度、碳化深度、保护层厚度符合正态分布或对数正态分布；各类构件的混凝土强度变异性较小，变异系数在0.17~0.18；各类构件的碳化深度普遍具有很高的变异性，变异系数在0.35~0.61，墩柱的碳化深度变异性最小，空心板梁变异性最大；各类构件保护层厚度变异性较为稳定，变异系数稳定在0.20~0.32范围，箱梁的保护层厚度变异性最小，T梁的变异性最大。桥梁上部结构混凝土强度主要在40~60 MPa之间，下部结构主要在30~40 MPa之间；上部结构碳化深度主要在1~5 mm之间，下部结构碳化深度主要在10~25 mm之间，上部结构碳化深度远小于下部结构。桥梁上部结构的碳化系数远大于下部结构，上部结构碳化系数均值95%置信区间上限在0.23~0.75 mm·a^-0.5范围，下部结构碳化系数均值95%置信区间上限在3.57~3.85 mm·a^-0.5范围。碳化深度及碳化系数与混凝土强度有很强的相关性，均符合指数衰减函数。

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桥梁工程

大跨径混凝土斜拉桥荷载试验研究

熊海涛, 刘志东, 胡友强, 宋春霞

2022, 39(8): 86-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.012

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为评定某主跨跨径320 m，全长600 m的新建预应力混凝土斜拉桥在成桥状态下的承载能力，对其进行了全面的静、动载荷试验。首先给出了采用有限元软件MIDAS进行斜拉桥空间建模分析的基本原则和主要构件（如主梁、主塔、辅助墩、斜拉索等）的单元类型和边界条件以及梁塔、梁索的连接设置方法。同时给出了荷载试验加载项目和工况优化原则及方法。为全面了解本桥试验情况，详细介绍了静、动载荷试验的测试断面布置和挠度、位移、索力等关键测试项目的测试方法。对主梁的应变、挠度、全桥挠曲线、塔顶纵向位移、斜拉索索力增量等静力测试结果与理论计算值进行了对比分析，对大桥振型、阻尼比等动载试验结果进行了分析，给出了试验荷载下混凝土箱梁关键控制截面应变分布规律和主梁竖向挠度及主塔纵向偏位的变形特征，以及应变、挠度等关键测试项目随荷载加载等级的变化情况，并对试验数据偏差情况进行了分析，在此基础上对大桥的承载能力及安全储备情况进行了合理评定。结果表明：该桥的实际承载能力满足设计要求，且安全储备较为合理；试验中既要保证测试工作的完备又需兼顾荷载试验效率，应尽可能对测试项目进行合理优化，当测试数据与理论值偏差较大时，应仔细分析数据偏差产生的原因，对偏差数据既不可盲目剔除也不可盲目采用，需要结合加载情况、测点布置等情况加以综合分析。

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桥梁工程

钢筋混凝土深梁在冲击荷载作用下的动力响应分析

罗绪昌, 蔺宝垚, 张春霞

2022, 39(8): 94-100. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.013

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为了研究钢筋混凝土深梁的抗冲击性能，在已有试验的基础上，建立了与试验结果吻合良好的数值模型，验证了钢筋混凝土模型的合理性。研究了不同冲击速度、混凝土强度和冲击位置等因素的影响，分析了冲击力时程曲线、跨中位移、剪力响应和破坏模式。结果表明：钢筋混凝土深梁在冲击荷载下的破坏形态、冲击力和位移响应等与试验结果相近，较好地再现了破坏过程，在冲击荷载作用下，由于冲击的能量不同、结构自身属性的区别和接触刚度的差异，钢筋混凝土在冲击荷载下的冲击力时程曲线具有明显的区别；冲击速度的不同明显影响梁的塑性分布趋势，随着冲击速度的增大，梁的损失程度逐渐增大，且裂缝分布也逐渐密集；随着混凝土强度的增大，沿着长度方向分布的剪力逐渐增大；深梁的破坏模式都为弯剪破坏，但是随着冲击速度的增大，梁的破化模式受剪力影响更加明显；跨中峰值位移和残余位移受到冲击能量影响较大，并且峰值位移与冲击能量呈现线性关系；混凝土强度提高有助于减小跨中的峰值位移和残余位移，且梁的损伤程度逐渐下降；在跨中冲击荷载下，梁的剪力响应呈现对称分布规律，形成了跨中高剪力作用；冲击位置靠近支座，深梁的损伤程度逐渐下降。

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桥梁工程

斜拉体系加固大跨径箱梁桥关键技术研究与应用

王来永, 张劲泉, 武俊彦, 徐刚年

2022, 39(8): 101-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.014

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针对传统加固方法在解决大跨径预应力混凝土箱梁桥的开裂和跨中下挠病害不足的问题，提出了斜拉体系加固方法。采用理论计算、模型试验等方法对加固结构体系、关键构造局部受力性能开展了研究，提出了施工过程监控方法及施工质量控制要点等关键技术。结果表明：在不改变原桥荷载的情况下，拉索根数对桥梁结构受力性能影响较大，根数越多，主梁的最大主拉应力会越小，拉索索力越均匀平缓，布索位置显示锚固点均集中在1/3~1/4跨处；拉索静力允许应力值可采用公路矮塔斜拉桥拉索允许应力值的下限值，可通过积累运营期新增拉索在活载作用下的应力幅值数据，进一步确定合理的拉索允许应力值；斜拉索提供的弹性支撑大大改善了主梁受力过程，同时提高了主梁的弹性变形能力和承载能力；张拉过程及破坏试验加载过程中，托架连接位置未出现明显病害，托梁无明显变形情况，说明该传力方式较为合理可靠；发明的斜拉索滑动索鞍和托梁托架等关键构造，可使新增索力可靠地传递到原有箱梁上，并尽量减小不利附加力和局部应力；提出的施工过程监控方法，可将成桥后应力和线形控制在预期目标范围内，保证了施工过程中的安全；制定的专用施工技术规范及专项工程质量检验评定标准，可有效控制工程质量。研究成果已成功应用于东明黄河公路大桥（75+7×120+75） m改造工程中，取得了较好的加固效果，可为类似工程提供参考和借鉴。

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桥梁工程

板式橡胶支座与RC桥墩串联结构抗震性能试验研究

董振华, 刘坤, 周雨龙, 梅波, 罗吉庆

2022, 39(8): 109-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.015

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为了探究非减隔震钢筋混凝土梁桥的典型震损模式，建立了相应的抗震损伤失效临界判别标准。针对服役桥梁结构局部缺损影响下其震损演变规律和震损模式不明确的问题，基于支座与桥墩串联结构力学理论计算模型，从抗震易损构件着手，设计并制作了4组典型普通橡胶支座和钢筋混凝土桥墩局部串联结构模型构件，并对此开展了水平单向拟静力试验研究，主要考虑了界面接触条件、支座抗剪刚度的影响。对不同参数影响下试验模型的损伤破坏特征、水平力-位移滞回曲线、耗能等抗震性能指标进行了对比分析。结果表明：支座抗剪刚度和串联结构界面接触条件可影响或改变局部串联结构的抗震损伤失效模式。其中，采用和未采用四氟滑板支座的串联结构典型损伤失效模式分别对应支座水平滑动位移较大、支座剪切变形大和下部墩柱损伤模式；支座与相邻结构的界面摩擦连接较弱或界面摩擦滑移，该类串联体系的水平位移-水平力滞回曲线较饱满，且显著降低下部墩柱的侧向位移，而支座和上部刚体侧移较大，实际工程中易发生碰撞和落梁震损模式，与延性抗震设计理念内涵存在差异。

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桥梁工程

不同应力幅下锈蚀疲劳耦合钢筋混凝土梁性能退化试验

李鹏飞, 毛燕, 许乐欣, 陈焕勇, 李毅

2022, 39(8): 119-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.016

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为了探究锈蚀与疲劳荷载的耦合作用对钢筋混凝土构件抗弯性能的影响，分别对3组钢筋混凝土梁试件开展了在不同应力幅下的单纯疲劳加载试验与锈蚀疲劳耦合加载试验。通过模型试验，对比分析了单纯疲劳试验梁与锈蚀疲劳耦合加载试验梁在3种不同应力幅下的裂缝发展规律、荷载-挠度变化趋势、疲劳寿命及最终破坏形态。试验结果表明：应力幅一定时，在相同荷载循环次数条件下，锈蚀疲劳耦合加载试验梁的裂缝数量及开展程度均明显大于单纯疲劳加载试验梁；整个加载过程中，锈蚀疲劳耦合试验梁的刚度退化速率大于单纯疲劳加载试验梁，锈蚀疲劳耦合作用加速了钢筋混凝土梁的裂缝开展和刚度退化；相同应力幅下，锈蚀疲劳耦合试验梁XP-2，XP-3相比单纯疲劳试验梁P-2，P-3，疲劳寿命分别下降27.5%，18.6%；锈蚀疲劳耦合作用下，钢筋混凝土梁的破坏形式为底部受拉钢筋发生疲劳脆性断裂，钢筋断口处锈蚀严重，断口表面凹凸不平，呈现出撕裂的斜截面形状，与单纯疲劳加载梁钢筋断裂处断口平滑的特征有明显区别；锈蚀疲劳耦合试验梁在最终破坏状态下破坏区域更大，混凝土脱落更严重，锈蚀疲劳耦合作用下钢筋混凝土梁的塑性明显降低。

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桥梁工程

高石粉含量机制砂混凝土匀质性的试验研究

刘龙龙, 赵尚传, 刘忠凯, 王少鹏, 刘荣欣

2022, 39(8): 127-133. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.017

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为保障机制砂混凝土的耐久性，解决高石粉含量机制砂混凝土匀质性差、易开裂的问题，按照强度等级C50，C40，C30，水胶比分别为0.31，0.36，0.45，制备了尺寸150 mm×150 mm×150 mm机制砂混凝土试件，其中3组采用最大密实度理论分配粗、细骨料比例，另外3组采用原配合比设计。将浇注的试件标准养护28 d后再进行机械切割成混凝土切片。然后用MATLAB软件对试件切片二值化处理，并将二值化后的切片照片进行3×3等分处理。最后利用Image-Pro Plus软件读取二值化处理的切片中骨料颗粒数量和面积，依据现有的匀质性评估模型，对比分析了不同配合比设计中机制砂级配、石粉含量、骨料最大粒径及水胶比等因素对机制砂混凝土匀质性的影响。试验结果表明：机制砂石粉含量较高时，水胶比相同，采用最大密实度理论分配粗、细骨料可减少机制砂比例，增加粗骨料含量，提升其匀质性；减小水胶比，提升混凝土强度等级时，试件切片中骨料的面积减少、浆体面积增加，有助于提高混凝土的匀质性；对比不同配合比设计方法中骨料最大粒径、水胶比、骨料级配等因素对混凝土匀质性的影响程度，骨料的最大粒径对机制砂混凝土的匀质性影响最大；采用最大密实度理论分配机制砂粗、细骨料比例可以有效缓解机制砂石粉含量高导致的机制砂混凝土匀质性差的问题，验证了其用于机制砂混凝土配合比设计的可行性。

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隧道工程

翠屏隧道强补给淹井积水抽排技术研究

刘拥华, 万飞, 张翾

2022, 39(8): 134-141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.018

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为处治翠屏隧道1^#斜井工区的强补给淹井积水，确定通过未开挖岩体进行超前泄水的施工方案，建立数值模型分析了岩体需要保留的安全厚度。采用短管自由流公式结合现场测试数据分析了泄水孔的直径及上台阶高度对泄水孔流量的影响。结果表明：Ⅳ₂级、Ⅳ₃级、Ⅴ₁级围岩的安全厚度至少应为10，15，18 m，否则隧道主洞进口工区开挖施工会引起岩体拉裂区联通，淹井积水将透过岩体流入主洞工区；要保证单个泄水孔流量大于300 m³/h，泄水孔直径至少应为150 mm；上台阶高度由5 m降低为3 m，泄水孔流量可提高71.6%。采用了以下抽排水方案：翠屏隧道主洞进口工区采用三台阶法开挖至岩盘厚度40 m时停止掘进，中台阶范围施工50 cm厚C30混凝土止水墙，预留20根DN 200 mm排水管，进行φ150 mm超前钻孔泄水施工，在积水水面降至拱顶以下3 m后开挖上台阶。经实践，隧道历经3个月实现了上台阶贯通，但排水过程中隧道岩盘泄水孔很容易堵塞，需要经常性清孔。其他类似工程借鉴本研究成果时，应采用防堵塞措施或减小安全岩盘厚度以提高泄水孔出水流量并降低堵塞的可能性。

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隧道工程

基于模糊理论的隧道服役性能评价方法研究

刘超, 刘刚, 许崇帮, 周幸宇, 张科超

2022, 39(8): 142-150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.019

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为了解决国内运营隧道遇到土建结构方面的病害问题，从公路隧道勘察、设计、施工3个方面对隧道土建结构病害致病因素进行了分析，以此为基础建立了一套完备的公路隧道服役性能评价指标体系，保证了评估要素的全面性。采用改进的层次分析法（乘积标度法），结合隧道建设周期内各项影响服役性能的因素的特点，提出了一种逻辑清晰、适用于分析公路隧道服役性能评价的指标权重确定法则。在此基础上，采用底层指标集与类型指标集的2级模糊综合评价模型，以当前养护规范标准为指标等级分级标准，计算了各评价指标的模糊综合评价值，组成该类型指标项目下各评价指标的单因素模糊综合评价值的矩阵，耦合各矩阵完成了对隧道设施服役性能的模糊综合评价。将某隧道建设情况作为工程实例进行了评价体系验证，证明了提出的服役性能模糊综合评价体系的工程应用有效性。该模糊评价研究不仅建立了完备的公路隧道服役性能评价方法，而且实现了对公路隧道服役性能的定量化分析，为工程上评价隧道服役性能提出了一种新方法，同时提出了隧道基础设施长期服役性能时变规律的评价方法。

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隧道工程

衬砌厚度不足对隧道结构承载力的影响

张军, 许崇帮, 徐筱, 杨香英, 周幸宇

2022, 39(8): 151-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.020

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隧道衬砌结构作为隧道工程的承载主体，衬砌结构承载能力计算与评定一直是隧道工程的研究重点内容之一。为保障隧道结构服役生命周期，同时避免在隧道工程施工及运营过程中出现由于衬砌厚度不足从而导致隧道病害发生的现象，针对衬砌厚度不足这一隧道缺陷进行了数值分析。将搜集的已运营隧道相关的5项模型试验文献为研究样本，以此为数据基础设计了9组数值模拟计算工况，通过数据试验结合有限元数值模拟的方式对衬砌厚度不足位置、衬砌厚度缺陷程度和隧道衬砌结构承载能力极限状态的识别方法进行了研究，在此基础上对衬砌厚度不足对隧道结构承载力的影响展开了分析。主要研究结果如下：衬砌结构拱顶下沉值与最大塑性应变值出现突变，该现象可作为隧道衬砌结构整体破坏的评判指标；衬砌结构厚度不足的程度与结构承载能力呈负相关，当厚度不足出现在拱腰时，该现象对结构承载能力影响最大；通过数值模拟与分析建立了考虑厚度不足位置与厚度不足程度的隧道承载能力评价方法。本研究结果可为隧道工程设计提供参考，同时在施工过程中提供对施工质量与隧道衬砌结构完全性的观测提供借鉴与参考。

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隧道工程

明挖公路隧道与邻接地铁协同施工风险耦合综合评价

付金, 徐筱, 陈秉欣, 张泽辉, 张翾

2022, 39(8): 159-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.021

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面向全域复杂环境下的明挖公路隧道与邻接地铁协同施工过程中事故致灾因素众多，相互之间的耦合关系也较为复杂。为满足施工安全管理的突出需求，首先，基于明挖公路隧道与邻接地铁协同施工主要风险事件特征分析及机理解析，构建了明挖公路隧道与邻接地铁协同施工风险耦合评价指标体系，明确了风险源及其耦合信息分析框架。其次，引入耦合度模型，基于各因素权重、风险值及功效，构建了明挖公路隧道与邻接地铁协同施工风险耦合综合评价模型，度量了风险耦合（因素相互作用）的程度。最后，采用理论与应用相结合的方法，结合深圳公常路明挖公路隧道与邻接地铁6号线支线协同施工项目，进行了实例分析，根据项目现场情况验证了模型的可行性。结果表明：同步施工因素参与耦合时，耦合度均较大，即同步施工因素对施工安全影响较大；同步施工和开挖二者耦合度最大，即邻接深基坑同步开挖风险耦合程度最为显著；施工中开挖、围护、降止水等技术方案的确定及施工现场管理均应注重考虑同步施工因素的影响；对于相邻深基坑同步开挖，应选取合理的施工组织与开挖工法，降低风险耦合作用，保障施工安全。

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隧道工程

盾构隧道施工对在建明挖公路隧道变形的影响

张翾, 吕竟铭, 王礼华, 冯春蕾, 史豪杰

2022, 39(8): 166-174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.022

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近年来，新出现了明挖公路隧道与城市地铁盾构隧道同期施工的工程案例。明挖公路隧道断面尺寸通常较大，盾构隧道与明挖公路隧道同期施工相互影响显著，直接威胁邻近明挖公路隧道结构的安全和正常使用。基于深圳市某盾构区间隧道邻接明挖公路隧道开挖的实际工程，利用FLAC3D进行数值仿真分析，研究盾构隧道不同位置施工对在建明挖隧道的围护结构及周边土体变形影响。结果表明：地表沉降值随着盾构隧道埋深及距离围护结构水平间距的增加逐渐减小，其减小速率及地表沉降槽的形态在不同工况有着较大差异；地表沉降槽呈现出单峰和双峰的特征，与双线盾构隧道的间距密切相关，当双线隧道近距离施工时引起的地表沉降呈W型，而当双线隧道远距离施工时引起的地表沉降呈U型；在建明挖隧道围护结构水平位移受盾构隧道埋深及距离围护结构水平间距影响较大，围护结构整体朝向明挖隧道内侧偏移，其最大峰值出现在不同埋深处；当盾构隧道埋深确定时，规划设计时应尽量使得盾构隧道距离在建明挖隧道围护结构水平间距大于2倍明挖隧道埋深值，建议后续研究选取适当的变形控制标准，提出盾构隧道邻侧施工对在建明挖隧道变形影响区划分，从而在同类工程施工前对可产生的影响进行科学评估。

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隧道工程

膨胀荷载作用下的岩石致裂试验研究

杨香英, 刘志国, 邹福林, 韦四江, 周幸宇

2022, 39(8): 175-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.023

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膨胀岩在国内的分布十分广泛，全国有多个省、区存在膨胀岩，岩石的膨胀性对隧道土建结构具有十分不利的影响。为避免膨胀岩在地下水作用下发生膨胀导致隧道衬砌支护结构荷载增加、结构体破坏等病害的发生，提出了一种膨胀剂对膨胀荷载下石膏质岩石的破裂行为进行研究，并检验了在实验室内利用膨胀荷载作用开展石膏岩破裂特征研究的有效性。试验通过对石膏岩试块进行力学测试得到其力学特性，在获得试验块准确的力学特性后，利用开孔灌注膨胀材料的方式对3种膨胀荷载下完整岩石试块的破坏过程进行了测试，以模拟真实膨胀岩环境中的受力情况。对于在试验时应变片产生数据的波动，利用数值模拟的方法对其进行了分析，得出了使用静态破碎剂而产生的热量对岩石膨胀致裂试验结果的影响规律，验证了所提出的试验方法的有效性。结果表明：所提出的试验方法为深入研究膨胀岩破坏过程和破坏机理提供了积极探索，证明了使用HSCA-II膨胀剂作为膨胀荷载的试验方案具有一定的实际应用价值与指导意义。提出了针对岩石膨胀试验的新的试验方法，为实际工程提供理论支撑。

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隧道工程

公路隧道施工对邻近建筑物的影响及控制

王学斌

2022, 39(8): 182-190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-0268.2022.08.024

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为了避免公路隧道在施工过程中诱发地表及深层土体沉降和变形，进而引发邻近建筑产生过大位移或变形，影响建筑结构安全使用，以海沧隧道近距离穿越金庄花园工程为依托，通过分析海沧隧道与金庄花园等建筑物的位置关系，在现有病害的基础上，借助有限元数值模拟方法，对海沧隧道左右线分别穿越金庄花园的过程进行了模拟，分析了该过程中隧道及建筑物的沉降变化。结合PECK公式计算隧道沉降的理论值，将数值模拟结果与理论计算结果进行对比，分析了隧道开挖引起的建筑物变形机理。对现场施工过程中建筑物周边地表沉降、建筑物沉降、建筑物倾斜及裂缝位移等进行了监测，采集分析了监测数据，验证了数值模拟计算规律。结果表明：隧道穿越建筑物时引起的最大沉降位于右线隧道处，右侧建筑物处于沉降槽范围内，理论计算沉降值与数值模拟及监测数据均一致，规律准确。据此采取了注浆加固和高压旋喷桩的保护措施，经加固，地表沉降得到控制，竖向总体呈现隆起趋势，注浆效果良好，金庄花园建筑物沉降也逐渐趋于稳定，裂缝位移进入平台期，达到稳定状态，最终隧道顺利通过了邻近建筑物。

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2022年, 第39卷, 第8期　刊出日期：2022-08-05

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