前言
在前 3 年撰写前一年度钢桥建设与研究进展的基础上，本文回顾总结 2022 年建成通车的浙江温州瓯江北口大桥、云南易门绿汁江大桥、山东济南凤凰黄河大桥、重庆市明月峡长江大桥、广东珠海金海大桥、四川宜宾临港长江大桥、孟加拉帕德玛大桥、福建福州道庆洲大桥和中俄黑河黑龙江大桥等国内外大型、 特色钢桥的建设成就与技术进步，桥梁耐候钢及其焊接接头、桥梁高性能钢及其焊接接头、桥梁 F 级耐候钢及其焊接接头、不锈钢桥梁和不锈钢复合材料的研究与应用，退火处理正交异性钢桥面疲劳性能、纵肋与顶板双面焊接正交异性钢桥面疲劳性能、 CFRP 板和 Fe-SMA 板加固正交异性钢桥面疲劳性能、腐蚀环境钢桥的疲劳劣化问题、基于混合模拟的钢桥疲劳诊断方法、考虑车桥和腐蚀作用的钢桥疲劳性能、数据预测模型在钢桥疲劳分析中的研究与应用，钢超载桥损伤分析、钢桥撞击损伤分析、钢桥风致振动效应分析、钢桥地震作用响应分析、钢桥洪水与冲刷作用效应分析、钢桥火灾与爆炸效应分析的研究，钢桥安全耐久新理念与方法研究等方面的新进展。挂一漏万，粗细不均，欢迎同行批评指正。郑皆连、范文理、张雷、王应良、肖海珠、文望青、严爱国、戴晓春、周青、李铭、孔庆凯、韩小义、沈锐利、张清华、卫星、姜旭、陈力波、蔡敬光、何赛中、徐向军、曲春升、胥润东、舒思利、杨光武、吴东升、孟续东、徐佳、孙秀贵、何小军、伏永鹏、杨辉、罗天、罗安、张锐和李剑鸾等专家同行对本文几次征求意见稿提出了宝贵意见和提供了部分资料等帮助，部分图片来源于参考文献和网络等，作者一并感谢。
大型与特色钢桥的建设成就与技术进步
1.1 世界最大跨度双层桥面连跨悬索桥：浙江温州瓯江北口大桥
2022年5月建成通车的浙江省温州市瓯江北口大桥位于瓯江北汊入海口，为沈海高速G15 W3 并行线与G228国道合建双层公路桥梁；大桥工程全长7913 m，其中跨瓯江主桥2090m，上层为设计速度100km/h的6车道甬台温复线高速公路，下层为设计速度80km/h的6车道南金一级公路，采用800m双主跨三塔悬索桥，孔跨布置为(215＋800＋800＋275)m，如图1所示，是世界最大跨度的双层桥面连跨悬索桥 [1] [2] [3] 。该桥的主要特征有：
(1) 桥梁主桁高12.5m、中心距36.2m，双层桥面均采用板桁组合结构，每延米重约为37.1t，总重7.78万t。
1.2 世界最大跨度塔岩索鞍悬索桥：云南易门绿汁江大桥
20 22年8月建成通车的云南省易门县绿汁江大桥位于玉溪至楚雄高速公路，横跨绿汁江深V形峡谷(楚雄侧岸自然坡度70～80°，山体高650m)，桥梁两侧均与隧道相连，该桥是世界最大跨度的塔岩索鞍悬索 桥 [4] ，也是第二座同类型悬索桥，如图2，其主要特征有 ：
(1) 悬吊桥面钢箱梁总长726.14m，包括707.57m吊索支承的整体箱梁和楚雄侧延伸至主线分幅隧道内18.57m长的分离式箱梁，整体箱梁高3.0m，全宽31.4m。
(2) 结合极端陡峭地形，在玉溪侧塔顶和楚雄侧山体岩石内分别设置主鞍座，主缆经主鞍座支承延伸并锚固在两侧的隧道锚中(楚雄侧、玉溪侧隧道锚分别位于主线隧道的上方和下方)，形成了独特的塔岩索鞍钢箱梁悬索桥(分别在塔顶和山体岩石上设置主索鞍)。
(3) 玉溪岸采用门式框架桥塔，塔高156m。
(4) 主缆计算跨度为(140+780)m，垂跨比1/11，两根主缆横向间距28m。
(5) 主缆靠近楚雄侧岩石主鞍附近71.4m范围内无吊索，为解决主梁变形与振动过大和梁端支座出现负反力等问题，在地形为绝壁无法设置地锚吊索的特殊情况下，在该侧无吊索区段一定长度箱梁内设置了混凝土压重块。
(6) 无塔侧采用集主索鞍、散索鞍和底部滑动功能于一体的新型组合索鞍，采用12Cr13不锈钢高防腐性能滚轴，抗腐蚀能力为常用合金钢的8倍，达到全寿命周期免维护，并采用热处理提高了屈服强度45%。
(7) 桥梁基本实现了高陡边坡零开挖，有效地保护周边生态与自然景观，成为峡谷桥梁建设的精美篇章。
1.3 世界最大跨度自锚式连跨悬索桥：山东济南凤凰黄河大桥
(1) 桥面布置双向8车道一级公路，设计速度为60km/h，预留双线轨道交通R1线，采用6编组A型车(4个170kN车轴)、无砟轨道的二期恒载124.2 kN/m。
(2) 孔跨布置为(70＋168＋428＋428＋168＋70)m，全长1332m。
(3) 主缆跨径布置为(171.5＋428＋428＋171.5)m，两主跨垂跨比1/6.15，两边跨垂跨比1/15.6，采用61股127根直径6.2mm的高强钢丝束，钢丝标准抗拉强度为1960MPa，吊索标准间距为9.0m，分为柔性吊索、刚性吊索和中央扣。
(4) 主梁采用钢箱与混凝土板组合结构，全宽61.7m，高4.0m，主体钢材为Q345qE、Q420qE，钢箱梁采用顶推施工，机动车道和缆吊系统区域设置12cm厚C60的带纤维的钢筋混凝土桥面板，用焊钉连接钢顶板。
(5) 三座混凝土与钢混合塔柱的梯形桥塔均包含上横梁、桥面支承横梁(带外侧悬臂牛腿)，中塔高126m，两边塔高116.1m，塔柱均为单箱五边形截面，常水位以上的钢塔柱由壁板、腹板、隔板和加劲肋组成，桥塔用钢量1.39万t。
1.4 世界第二跨度双层铁路斜拉桥：重庆市明月峡长江大桥
20 22年12月建成通车的重庆市明月峡长江大桥位于南岸区和江北区长江狭窄弯道上，为我国首座双层四线铁路高低塔钢桁梁斜拉桥、第二大跨度的双层铁路斜拉桥 [6] [7] ，如图4所示。该桥的主要特征有 ：
(1) 孔跨布置为(62.5＋125＋425＋175＋75)m，下层桥面为160km/h的重庆东环线双线客运铁路，上层为预留250km/h的达渝城际双线铁路。
1.5 世界最大跨度公铁两用同层三主跨斜拉桥：广东珠海金海大桥
(1) 主梁采用大悬臂钢箱梁，桥面布置为(16.25m公路+2.75m分隔带+ 11.6m铁路+2.75m分隔带+16.25m公路)，总宽49.6m，桥面中间为双线160km/h城际铁路，两侧为双向6车道100km/h高速公路。
(2) 主梁的中间箱梁宽17.6m、高4.676m，承担铁路荷载，箱室内横梁采用桁架结构，主梁顶板纵向每隔3m设置一道横肋，箱外每隔6m设置一道斜撑支撑横肋，无斜撑位置的横肋通过小纵梁支承在有斜撑的横肋上，两侧各设置16m横向长悬臂横肋支承桥面，承担公路荷载，桥面相对较宽，较大间距斜杆支撑的横向大悬臂桥面需要更多重视与关注公路重车通行引起的竖向振动与变形等问题。
(3) 桥梁采用刚构连续体系(中塔塔墩梁固结，边塔塔梁固结、塔墩分离)，既提高桥梁刚度，又有效减小多塔长联桥梁的温度效应。
(4) 桥梁设计与建造有多项先进性和创新性指标。
1.6 世界最大跨度公铁两用同层斜拉桥：四川宜宾临港长江大桥
(1) 桥梁主桥孔跨布置为(72.5＋203＋522＋203+72.5)m，采用公铁同层钢箱梁斜拉桥；主桥公铁同层布置使主桥和两岸接线更加合理。四线高速铁路的设计速度为300km/h，铁路桥面宽26.2m，线间距为(6.5+5+6.5)m；双向六车道城市主干道设计速度为80km/h，荷载等级为城市-A级，两侧公路各宽12.75m；两侧各设置4.3m宽的非机动车道与人行道；公路和铁路之间索梁锚固区域宽1.8m；桥面总宽63.9m。
(2) 钢箱梁采用单箱五室结构，梁高5.0m，中间主箱宽54.2m，两侧翼缘宽均为4.85m，桥面设2%人字横坡；拉索锚固采用内置式钢锚箱，其宽2.6m；中间铁路箱室宽25.5m；两侧公路箱室各宽11.75m。箱梁顶板、U形纵肋、锚固腹板、横隔板采用Q345qE、Q345qD和Q420qD钢材。箱梁顶板采用16mm至30mm共7种厚度，顶板与U肋之间采用双面全熔透焊接；平底板、斜底板采用14至30mm共7种厚度；边腹板采用18mm至40mm共4种厚度；中间纵腹板采用20mm至40mm共5种厚度。标准段横隔板间距4m，墩顶区域加密至3m。公路钢桥面上设置15cm厚钢筋混凝土层，用焊钉连接顶板，铺设9cm厚的沥青混凝土铺装；铁路桥面铺装采用ECO改性聚氨酯防水粘结层、3cm厚ECO改性聚氨酯混凝土、玻璃纤维布、HYE粘结层和3.5cm厚SMA高弹改性沥青，采用道砟桥面。
(3) 采用钻石形桥塔，塔柱为钢筋混凝土，下横梁为全预应力混凝土；自贡侧塔高250.8m，宜宾侧塔高240m，上塔柱高70.8m，中塔柱高108m，下塔柱自贡侧高72m、宜宾侧高61m，上、中塔柱采用六边形截面，在下横梁顶由六边形截面变为四边形截面，上塔柱标准段横向宽7.2m，中塔柱由7.2m渐变至8.5m，下塔柱由8.5m渐变至12m；为提高防撞能力，下塔柱内最高通航水位以下填充C25混凝土。
(4) 斜拉索采用双索面扇形布置，一个扇面21对索，全桥共336根斜拉索；斜拉索采用直径7 mm平行钢丝索，钢丝标准抗拉强度为1860MPa，外包双层PE护套(两层护套间设置隔离层)，钢丝数分别为163、187、211、223、241、265、283和301共8种规格，锚具为冷铸锚；索长为86.4m至299.8m，单根索钢丝束重量为4.2t至25.2t，最大索力约7500kN；斜拉索在主梁上纵向标准间距为12m，在塔上标准竖向间距为2.8m；为进一步提高主梁竖向刚度，在跨中设置一对相交索。
(5) 主桥纵向约束采用自贡侧桥塔为可剪断的纵向固定支座，宜宾侧桥塔为纵向活动支座：正常使用时为半固定体系，列车纵向制动力等通过自贡侧桥塔固定支座传递，减小梁端位移；地震作用下固定支座纵向力超过设计剪断力时剪断，固定支座释放纵向约束，结构体系转换为半漂浮体系，形成比较合理的对称抗震体系，使两主塔共同发挥抗震能力。在边墩、辅助墩的墩顶与主梁之间设置减隔震支座；主梁在两桥塔的两侧面均设置横向抗风与抗震支座。在两桥塔横梁与主梁间各设置8套粘滞阻尼器(全桥共16套)，其阻尼系数为4000kN·(s/m)α，速度指数为0.2，单个阻尼器最大阻尼力为3500kN，最大冲程为±550mm。
(6) 公铁之间采用双层最高等级(HA级)的防撞护栏：公路侧为混凝土护栏，铁路侧为钢制护栏，防止公路侧车辆冲入列车运营线路。主桥两侧梁端铁路桥面设置钢轨伸缩调节器和上承式梁端伸缩装置组合为一体，公路桥面设置单元式多向变位梳齿板式伸缩缝；铁路与公路梁端伸缩量为±600mm。为消除列车头灯对公路行车可能造成安全隐患，在公路侧防撞护栏上设置防眩隔离屏障消除眩光影响。
(7) 高速铁路荷载作用下主梁跨中挠跨比为1/900，高速铁路荷载、城市-A级荷载和人群荷载组合作用下主梁跨中竖向挠跨比为1/707；横向极限荷载作用下主梁跨中横向挠跨比小于1/8000。
1.7 世界最长联公铁两用双层桥面钢桁与混凝土桥面板组合连续梁桥：孟加拉帕德玛大桥
(1) 主桥为7联公铁两用双层桥面连续钢桁与混凝土桥面组合梁，孔跨布置为(6×(6×150)+5×150)m(1至6联为6跨，第7联为5跨，每跨长150m，共41孔)。
1.8 世界最大跨度钢桁与混凝土桥面板组合连续梁桥：福建福州道庆洲大桥
(2) 主桥采用孔跨布置为(121+276+121)m的变高度钢桁与混凝土桥面板组合连续梁；跨江引桥标准段采用7×84m连续钢桁组合梁；在线路曲线段采用基准跨度84m的变宽桁和折线桁梁。
(3) 主桥主桁采用无竖杆三角形桁架，两片主桁中心距15m，中跨中部与边跨端部采用高9.5m的平行弦桁架，两中间支座桁高增大至23m，节间均为12m，采用焊接整体节点形式。
(4) 上层公路桥面上弦杆与横梁和混凝土板之间用焊钉连接，形成组合结构，横梁间距3m，预制混凝土板厚22cm和28cm，桥面系横向两外侧各悬臂8m，桥面全宽 31m，采用体内索与部分节间在上弦杆两侧施加体外索相结合的方法，改善混凝土桥面板受力(包括降低相应上弦杆的拉应力)。
(5) 下层地铁桥面采用由顶板、节点横梁、节间横肋、四道纵梁和多道纵肋组成的正交异性钢桥面。
(6) 中间桥墩支座采用竖向承载力1.35万t的我国第二大吨位双曲面球型减震支座。
1.9 我国首座使用F级耐候钢桥梁：中俄黑河黑龙江大桥
(1) 设计标准为二级公路桥梁，设计车速为80km/h，汽车荷载标准为公路-I级(中方标准)和A14与H14(俄方标准)，人群荷载为3kN/m2，桥面宽度为1.5m(人行道及防撞护栏)+2m(紧急停靠带)+2×3.75m(行车道)+2m(紧急停靠带)+1.5m(人行道及防撞护栏)，共14.5m。
耐候钢与高性能钢和不锈钢桥梁研究与应用
2.1 桥梁耐候钢及其焊接接头研究与应用
未来要大 力推广绿色建材，发展装配式和钢结构 建筑，建设低碳城市与乡村，需要研发耐候钢、抗震耐火钢等高性能钢材。 石永久 等 人 [13] 针对高性能结构钢和钢结 构体 系的应用开展了研究，分别对高强度结构钢、耐候钢、耐火 钢和抗震耐蚀耐火钢进行介 绍，同时总结了高性能钢材基本连接构件及其承载 能力。 研究结果表明， 高性能钢材及其连接结构的强度设计指标等参数仍然需要长期统计分析和大量研究， 需要大力发展新型 高性能钢结构和高性能组合结构体系，同时发展新的加工工艺和焊材。
耐候钢主要特点是比普通结构钢具有更高的抗腐蚀性能，近年更多学者开展耐候钢的材料力学性能、生产加工工艺、疲劳性能等研究。因此，包含腐蚀性能和腐蚀作用下的力学性能与疲劳性能等。针对耐候钢的腐蚀性能，周鲁军等 人 [14] 综述了海洋工程用钢的大气腐蚀行为与耐候钢发展方面的研究，介绍了耐候钢大气腐蚀的电化学模型，分析了环境因素，包括相对湿度与污染物、光照、锈层损伤等，对耐候钢大气腐蚀行为的影响，总结了耐候钢的发展历程以及晶粒尺寸与显微组织等非合金因素在耐候钢发展中的作用。研究结果表明，耐候钢将是今后钢铁材料方面的热点研究方向。
马燕等 人 [15] 针对耐候钢及其焊接节点的大气腐蚀的预测进行研究，采用元胞自动机技术模拟耐候钢腐蚀演化过程，并通过已有腐蚀试验结果进行验证，结果表明，该预测方法模型稳定可靠、演化规律合理，并且与大气暴露实验数据吻合良好，可为耐候钢及其焊接节点腐蚀评估提供依据。针对耐候钢的疲劳性能，赵而年等 人 [16] 针对Q370qDNH耐候钢典型焊接接头疲劳性能开展了研究，通过开展对接焊缝、T形焊缝和十字焊缝接头疲劳试验，结果表明，三种典型焊接细节疲劳破坏部位均发生于焊趾，疲劳强度分别是《钢结构设计标准》和《铁路桥梁钢结构设计规范》要求的1.3和1.14倍，且T形焊缝疲劳性能最优。针对考虑腐蚀的耐候钢疲劳性能，宗亮等 人 [17] 开展了工业海洋大气环境下Q355DNH焊接耐候钢腐蚀后力学性能研究，通过先后开展腐蚀试验、力学试验和疲劳试验，研究腐蚀后Q355DNH耐候钢的力学和疲劳性能，其中，腐蚀8周期(等效于青岛受工业污染的海洋大气环境自然腐蚀20年)后Q355DNH母材的屈服强度和抗拉强度分别下降8.1%和7.2%，对接焊缝试件分别下降14.1%和12.5%；母材试件和对接焊缝试件的设计疲劳强度分别下降35.6%和30.3%。同时考虑焊接、腐蚀和疲劳作用，张宇和郑凯锋等 人 [18] 研究Q345CNH耐候钢焊接接头腐蚀后的疲劳性能，先后开展腐蚀试验和疲劳试验，探明了腐蚀作用对疲劳性能的劣化特点，其中，腐蚀试验可模拟C3海洋环境，结果表明，腐蚀后的焊接接头疲劳强度降低了26.9%；在公路免涂装焊接钢桥设计中，耐候钢打磨余高对接接头疲劳强度推荐采用80疲劳细节类型；在铁路免涂装焊接钢桥设计中，上述疲劳容许应力幅推荐采用类别Ⅸ。
张玉玲等 [19] 对盐雾腐蚀后的Q355DNH钢焊接件开展疲劳实验，结果表明：经等效广州大气22年腐蚀盐雾腐蚀后，疲劳实验中裂纹将起源于腐蚀坑处，且疲劳强度降低18.1%。张宇和郑凯锋 等 [20] 通过腐蚀后焊接构件的疲劳试验研究初步发现：在经历等效40年的自然大气腐蚀后，焊接试件疲劳强度降低20%，且疲劳裂纹均起源于热影响区坑蚀最严重处。廖晓璇 等 [21] 在干燥大气、盐水浸泡等2种工况下开展Q345qD结构钢T型焊试件的疲劳实验，结果表明，盐水浸泡腐蚀下试件平均疲劳寿命下降约48%。进一步断面分析表明，腐蚀疲劳裂纹萌生于焊趾多个蚀坑。苏翰和杜进生 等 [22] [23] 通过疲劳试验研究表明，经历南京1年的大气腐蚀后，Q345qDNH桥梁耐候钢对接焊和T型焊试件的疲劳强度分别下降约14%和26%。
张宇和郑凯锋等 人 [24] 对免涂装耐候钢桥梁的强度和稳定设计方法开展了研究，基于现有《桥梁用结构钢》和《耐候结构钢》规范，提出了《桥梁用结构钢》规定耐候钢腐蚀上限模型，并采用大量自然腐蚀数据进行验证，结合《铁路桥梁钢结构设计规范》与《公路钢结构桥梁设计规范》，提出基于腐蚀量模型的免涂装耐候钢桥梁强度和稳定设计方法，为我国免涂装耐候钢桥梁设计提供理论依据。以上研究表明，耐候钢具有良好的抗腐蚀性能，其腐蚀评估方法逐渐成熟；耐候钢的疲劳性能尤其是腐蚀疲劳性能将是今后的研究重点。
近年来，越来越多建造免涂装耐候钢桥梁，取得良好效果。2022年12月建成通车的湖南常益长高铁跨石长铁路大桥为设计时速350km的双线拱形桥塔斜拉桥，桥跨布置为(32+90+90+32)m，主梁采用纵肋倒置式钢与混凝土组合梁，梁高3.05m，钢梁采用免涂装耐候钢，如图10所示，解决了跨运营铁路钢梁的检修涂装问题，同时符合绿色建造的理念。
2.2 桥梁高性能钢及其焊接接头研究与应用
2.3 桥梁F级耐候钢及其焊接接头研究与应用
2.4 不锈钢桥梁和不锈钢复合材料研究与应用
不锈钢和不锈钢复合材料兼具优良的耐腐蚀性能和传统结构钢材的高强度、低成本等特点，应用于钢结构工程中部分具有综合力学性能更优、施工简单周期更短、设计使用年限更长、全生命周期成本更低、综合社会效益更高等显著优势，尤其适用于对耐腐蚀性要求较高的工程结构。
班慧勇等人综述了不锈钢复合钢材在材料和构件层面力学性能等研究，指出在结构工程相关领域的研究还亟待加强，需要开展更多的理论和试验研究，以更全面地推进不锈钢复合材料在钢结构领域的设计方法与计算理论研究和工程应用，例如受压板件在两种材料共同作用下的失稳机理、残余应力分布模型、复合界面的缺陷影响机理、关键连接节点的受力性能等关键技术问题。
钢桥疲劳研究与应用
3.1 退火处理正交异性钢桥面疲劳性能研究与应用
正交异性钢桥面焊接残余应力是诱发和加速连接焊缝疲劳开裂的不可忽视的重要因素。由焊接工艺决定，钢桥面顶板与U肋构造细节、U肋与横隔板构造细节在制造之初即存在疲劳损伤初始缺陷，在车辆荷载直接作用下显著影响其疲劳强度。基于近年来对钢桥面焊接残余应力认识的加深，出现了几种人为干预焊接残余应力的尝试，即机械锤击法、喷丸法和焊后热处理法。其中，郑凯锋和冯霄暘 等 [32] 采用台车式退火炉对正交异性钢桥面单元进行退火处理(如图12)后进行疲劳试验，结果表明，退火后钢桥面焊接残余应力减小78%以上，疲劳寿命提高约86%。退火处理的钢桥面应用到南京仙新路长江大桥部分节段。
图12 退火处理正交异性钢桥面
3.2 纵肋与顶板双面焊接正交异性钢桥面疲劳性能研究与应用
基于传统结构和新结构，新的构造和连接工艺也孕育而生，其研究也支撑结构的更好应用。张清华等 人 [33] 以正交异性钢桥面板纵肋与顶板传统单面焊构造细节疲劳破坏问题为背景，提出双面焊构造以提高该疲劳细节疲劳强度，通过试验研究该细节的疲劳开裂模式和疲劳强度，结果表明，纵肋与顶板新型双面焊构造细节的疲劳强度显著高于单面焊构造细节，当实际熔透率不低于75%时，其名义应力幅疲劳强度高于90 MPa，等效结构应力幅疲劳强度高于100MPa，为该类型钢桥面提供设计计算方式。
3.3 CFRP和Fe-SMA板加固正交异性钢桥面疲劳性能研究与应用
经过20年的高速建设，桥梁加固维护将逐渐取代新建，钢桥的加固需要开展研究。任翔等 人 [34] 针对碳纤维增强聚合物(CFRP)板加固钢结构的粘结界面开展研究，通过开展冻融、干湿和冻融/干湿交替环境作用，研究CFRP板与钢双搭试件的力学性能，结果表明，多数试件发生CFRP板表面纤维剥离破坏模式和CFRP板表面纤维剥离与黏结剂间剥离的混合破坏模式，且界面峰值剪应力出现在靠近试件钢板接缝处两侧黏结界面，在加固设计中应重点考虑冻融、冻融/干湿环境作用的影响。
图13 粘贴CFRP板和Fe-SMA板补强试验
3.4 腐蚀环境钢桥疲劳劣化研究
我国钢桥大规模建设起步较晚但后期发展迅猛，具有建设时间集中、服役期较短等特点，随着我国在役钢桥的数目和服役年限将持续增长，其长期损伤问题将日益突出，从而将给管养维护带来巨大的挑战。钢桥最突出的两类长期损伤问题包括：(1) 反复车辆荷载作用下的焊缝疲劳开裂最为突 出 [37] ；(2) 环境作用下的腐蚀，包括均匀腐蚀和局部坑 蚀 [38] 。其中，腐蚀环境下钢桥的疲劳和腐蚀将出现相互耦合和加剧的趋势，即腐蚀疲劳耦合损伤，进一步加剧桥梁的长期损伤 [39] 。随着免涂装耐候钢材料在桥梁中的应用，也将不同程度上出现的腐蚀疲劳耦合劣化问题。因此，在沿海等较强腐蚀环境和交变荷载共同作用下，钢桥部分节点将存在特殊的腐蚀-疲劳耦合劣化问题，如图14所示。
图14 腐蚀环境中的钢桥焊接节点疲劳劣化
3.5 基于混合模拟钢桥疲劳诊断方法研究
大量科研机构对钢桥疲劳开裂已开展广泛研究，逐步形成名义应力-结构热点应力-断裂力学方法为代表的多层次分析、诊断方法，并反映在相关规范中。近年来，国内外部分疲劳问题研究由确定性方法转向对随机描述方法。Kwon和Frangopol [40] 将疲劳抗力和等效应力幅作为随机变量，提出一种结合实测长期应力幅的钢桥疲劳可靠度分析方法。郭彤 [41] 等通过对实测车流数据的统计分析建立了随机车辆模型，结合疲劳抗力的不确定性，建立钢桥面特定细节的疲劳可靠度分析方法。鲁乃唯 [42] 等通过实测车流数据建立随机车流模型，结合应力幅-寿命(S-N)曲线分析交通量增长对钢桥面疲劳损伤的影响。Heng等 [43] 在概率框架下对钢桥焊缝疲劳性能进行了一系列研究，通过结合车辆荷载、风荷载和疲劳强度的随机特征，实现了基于可靠度指标的疲劳寿命评估，研究了荷载和抗力随机特征对焊缝疲劳寿命的影响，如图15所示。
图15 混合模拟驱动的钢桥疲劳诊断
3.6 考虑车桥作用和腐蚀作用钢桥疲劳性能研究与应用
张伟和袁昊 [44] 基于车桥耦合动力分析，在概率框架下结合构件腐蚀和桥面腐蚀的影响对钢桥构件疲劳寿命进行分析。分析中同时计入截面均匀腐蚀带来的应力幅提升和腐蚀作用引起的疲劳强度折减。结果表明：桥面粗糙度的影响超过桥面腐蚀；均匀腐蚀对应力幅的影响不明显；腐蚀带来的疲劳强度折减对构件疲劳寿命影响较大，弱腐蚀作用下疲劳寿命降低超过60%，中等和强腐蚀作用下疲劳寿命降低超过70%。邓露 [45] 等在钢桥疲劳分析中计入了截面均匀腐蚀带来的应力幅提升和腐蚀作用下的疲劳抗力折减，并考虑车辆超载效应。结果表明：在郊区、城市和海洋环境下，钢桥疲劳寿命分别降低约62.83%、66.84%和71.58%。叶肖伟 [46] 等结合青马大桥应变传感器监测数据，建立典型T形焊缝的实测应力谱，在考虑腐蚀导致截面削减和腐蚀导致疲劳强度下降的基础上，对该焊接疲劳可靠度进行分析。结果表明，腐蚀对焊缝疲劳可靠度影响显著，当腐蚀劣化指数为0.001和0.006时，相同可靠度指标下验算焊缝的寿命分别减少33.23%和68%。
3.7 数据预测模型在钢桥疲劳分析中研究与应用
钢桥疲劳等长期损伤过程的本质随机性和预测模型的认知随机性，导致模型预测结果与现实状况往往存在差异。近年来，以贝叶斯方法为代表的智能学习算法逐步被应用，以弥补模型与现实情况的差距。Zhu等 [47] 建立了钢桥面单细节疲劳损伤分析的动态贝叶斯网络模型，其研究表明：动态贝叶斯网络模型能够实现钢桥面疲劳损伤的预测和自动校正。Hu等 [48] 采用基于贝叶斯模型的马尔科夫链蒙特卡洛方法，基于实测的涡轮叶片低周疲劳关键参数，对其既有分布进行模型更新，结果表明：更新后预测模型的离散性明显降低。Heng等 [49] 基于动态贝叶斯网络方法进行算法改进，初步建立钢桥疲劳可靠度问题的系统级评估方法框架和应用雏形，实现疲劳可靠度预测、疲劳性能改善影响分析、基于荷载观测模型的可靠度修正、基于健康检视结果的参数重认知和模型校正，以及疲劳治理措施影响分析，以期为钢桥运营期内维护和管养提供理论支撑。在此基础上，Heng等 [50] 综合断裂力学、概率演化论、高斯过程数据驱动方法和贝叶斯方法，模拟疲劳损伤的随机演化过程，并依据实测裂纹扩展数据对预测模型进行修正，如图16所示。
图16 依据实测裂纹发展数据的模型-数据同化
钢桥事故与灾害分析研究
4.1 钢桥超载损伤分析研究
车辆荷载是桥梁运营中的主要荷载之一，我国桥梁规范经多次修订，对车辆荷载模式和等级进行了更新和完善。虽然桥梁设计荷载在不断提高完善，但超载仍然是相当普遍的现象。超载和重车对桥梁运营安全构成威胁与挑战，目前仍是国内外桥梁运营、维护、管控期间的风险源之一。2022年6月17日，菲律宾薄荷省一座钢桥突然坍塌，如图17，事故原因是一辆12轮卡车超载导致的。一些学者对此类问题做了部分研究，Caredda等 [51] 研究了钢桁架桥在不同损伤特征下的抗倒塌鲁棒性，分析了局部破坏对结构荷载传递机理和渐进倒塌形式的影响。Ji等 [52] 基于显式动力非线性分析，评价了单柱墩支撑钢与混凝土组合梁的横向倾覆机理，提出了一种考虑相应极限状态的倾覆稳定性分析方法。
图17 菲律宾薄荷省钢贝雷梁桥坍塌
4.2 钢桥撞击损伤分析研究
4.3 钢桥风致效应分析研究
4.4 钢桥地震作用响应分析研究
4.5 钢桥洪水与冲刷效应分析研究
钢桥运营期内遭遇极端洪水和冲刷侵蚀是结构重大安全风险之一，全球桥梁的洪水和冲刷风险正在加剧。随着水流不断冲刷基础、漂浮物撞击下部或上部结构，也易导致桥梁整体或局部损坏。2007-2015年间美国倒塌的102座桥梁中，水文灾害导致垮塌的桥梁数目占比竟达到43.1%。2020年8月，陕西某地在暴雨洪涝下有共计26座桥梁被冲毁。2021年4月25日，在建的河南宜阳一在建人行桥的施工满堂支架被冲毁，并造成了第四跨两根主梁坍塌，如图18。国内外学者对此类问题做了相关研究，Guo等 [62] 探讨了粘结钢板在抗驳船冲击方面的益处，数值计算结果证明粘结钢板在各种冲刷条件下降低桥墩局部损伤的有效性。Kosic等 [63] 使用OpenSees、考虑土与结构相互作用对在极端洪水作用下一公路桥的响应进行了分析，确定了冲刷和漂浮物对桥梁不同构件冲击荷载、内力和模态周期的影响，研究了水流高度、速度、冲刷深度和漂浮物对桥梁不同构件的影响。Sasidharan等 [64] 考虑了地理位置、气候预测以及水文、水力和冲刷预测模型相关的不确定性，提出了一种基于失效预警时间的合理冲刷风险评级方法，并用于峰值流量条件下桥梁局部冲刷风险的评估。
图18 河南宜阳在建人行钢拱桥支架被冲毁
4.6 钢桥火灾与爆炸效应分析研究
图19 俄罗斯克里米亚大桥爆炸受损
钢桥安全耐久新理念与方法研究
随着科技发展和社会进步，公众对灾患的预警和应对，灾后复原、恢复和重建能力提出了更高，更全面的要求。以桥梁抗震为例，当前研究热点已从基于生命安全的结构抗震减震技术转向了震后结构功能可恢复与快速修复方法。这主要源于以保护生命为目标的传统抗震设计理念已经不能满足不断进步的设计要求，桥梁抗震的研究重点需逐步向具有可回复、易修复、避免脆性破坏特性的韧性设计方法转移 [68] 。桥梁韧性主要指桥梁预防，承受和适应不利事件及灾害的能力。针对桥梁的韧性设计理念与方法的研究在近年间受到了广泛关注，与钢桥相关的有如下典型进展。
作者与研究团队成员介绍
郑凯锋 教授 博士 博导
唐继舜 教授 博士 硕导
李俊 副教授 博士 硕导
叶华文 副教授 博士 硕导
栗怀广 博士 硕导
朱金 副教授 博士 硕导
衡俊霖 研究员 博士
陈应高 研究员(教授级高级工程师) 博士生
阳发金 高级工程师 博士生
刘志如 教授级高级工程师 硕导 博士生
张宇 工程师 博士
王亚伟 助理研究员 博士
冯霄暘 博士生
熊籽跞 博士生
雷鸣 博士生
胡博 博士生
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只看楼主 我来说两句 抢板凳太牛了
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