土木在线论坛 \ 建筑结构 \ 钢结构工程 \ 2022年度钢桥行业进展，钢桥行业年度综述

2022年度钢桥行业进展，钢桥行业年度综述

发布于：2023-05-10 09:21:10 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

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G15W3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：

图1 浙江温州瓯江北口大桥

(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。

(2) 主桁梁四跨连续，在中塔横梁和边塔横梁均设置竖向支座和横向抗风支座，在边塔设置纵向阻尼器，梁端伸缩缝最大位移量1440mm。

(3) 两主缆中心距41.8m，每根主缆由169股127丝直径5.4mm镀锌1860MPa高强钢丝组成，长2296m，首次采用抗滑移能力更大的深槽梳齿板索鞍结构，解决主缆的抗滑移问题。

(4) 吊索销铰连接下层桥面横梁的外伸悬臂端，既有利于降低桥塔高度(满足航空限高要求)，也有利于避免出现较大拉力的腹杆。

(5) 两个边塔采用直柱式门形塔，中塔为增加纵向刚度采用纵向为A形、横向门形的钢筋混凝土结构，4根塔柱在梁底和塔顶均设置横梁。

(6) 中塔基础钢沉井长66m、宽55m、高59m，钢壳总重约1.82万t，北锚碇为明挖基础，南锚碇超大型沉井基础(平面面积约为10个标准篮球场大小)总重达50万t，穿过深厚淤泥、黏土层等复杂地层，下沉到地下62m深度的卵石层上。

1.2 世界最大跨度塔岩索鞍悬索桥：云南易门绿汁江大桥

2022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：

图2 云南易门绿汁江大桥

(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。match

(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

2022年1月建成通车的山东省济南市凤凰黄河大桥主桥为连跨(三塔两主跨)空间主缆组合梁自锚式悬索桥，连接济南新东站和崔寨地区中心的南北交通主干道，是济南市第12座跨越黄河桥梁，成为世界最大跨度的(公轨两用)自锚式连跨悬索桥[5]，如图3。该桥的主要特征有：

图3 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

2022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：

图4 重庆市明月峡长江大桥

(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。

(2) 主梁采用N形桁架，主桁中心距17m，桁高14m，节间12.5m，箱型上弦杆高1400mm、下弦杆高1600mm、宽1400mm。

(3) 上下层桥面系均为密横梁正交异性整体钢桥面，顶板厚16mm，下设U形纵肋，每一钢轨下方设一道高480mm的小纵梁，每一节间处设4道横梁，横梁间距3.125m，横梁端部与主桁上下弦杆相同高度。

(4) 两花瓶形桥塔采用C50混凝土，低塔高188.5m，高塔高203.5m。

(5) 采用空间扇形双索面钢绞线斜拉索，矮塔两侧各13对，高塔两侧各17对。

(6) 桥梁首次采用在桥面板下封闭小箱室压重构造，解决多线斜拉桥的压重问题。

(7) 采用固定支座和阻尼器支承体系，减轻桥梁的日常运营振动和强震作用。

(8) 主桁横向联结系(除与主桁连接接头外)采用全焊，避免高强度螺栓可能断裂掉落影响下层铁路运行，钢梁高强度螺栓采用脱氢工艺，降低螺栓断裂率。

(9) 主梁延米用钢量29.3t/m，斜拉索1965t，桥塔混凝土40467m3：桥梁中跨竖向挠跨比为1/695，梁端转角为1.9‰，横向挠跨比为1/2485。

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

广东省珠海市金海大桥孔跨布置为(58.5+116+3×340+116+58.5)m为四塔三主跨(340m)公铁两用同层斜拉桥[8]，如图5，桥梁主体结构和公路桥面铺装与铁路铺轨已在2022年完成，成为我国第一座公铁两用同层斜拉桥，也是世界最大跨度的公铁两用同层三主跨斜拉桥。该桥的主要特征有：

图5 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

四川省宜宾市临港长江大桥是新建川南城际铁路与渝昆高铁和城市道路的过江通道，采用四线高速铁路和六车道公路同层合建的方式[9] ，如图6，桥梁主桥的主体结构已在2022年完成，成为世界首座公路和高速铁路同层合建斜拉桥，也是世界最大跨度的公铁(高铁)两用同层斜拉桥。该桥的主要特征有：

图6 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

2022年6月建成通车的孟加拉国帕德玛大桥(Padma Bridge)是连接马瓦镇(Mawa)和简吉拉镇(Janjira)、跨越帕德玛河的桥梁，全长9.83km，公铁合建主桥6.15km[10]，如图7，两岸公路引桥3.11km，铁路引桥532m，主桥成为世界最长联的公铁两用双层桥面钢桁与混凝土桥面板组合连续梁桥。该桥的主要特征有：

图7 孟加拉国帕德玛大桥

(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)。

(2) 钢主桁为无竖杆三角形全焊接桁架，桁高12.75 m，主桁中心距12.0 m，节间长18.75 m，上下弦杆与斜腹杆均为箱型截面，上弦杆高1.5m，下弦杆高1.6m，不设上平纵联。

(3) 钢桁梁采用工厂制造杆件与节点，工地整体组焊单孔桁架，整孔3400t一次吊装就位。

(4) 上层双向4车道公路桥面宽21.25m，采用整联预制、胶拼混凝土桥面板，与主桁通过焊钉连接并纵向张拉预应力束。

(5) 下层单线宽轨铁路桥面采用纵横梁结构，在2道节点横梁间设置4根纵梁；采用摩擦摆隔震支座，既能适应较大温差引起的变形，又能降低或部分隔离上部结构与下部结构的地震作用响应，减小墩台基础的地震力。

(6) 桥位处在地基承载力低、河床冲刷大、地震多发地区，主桥单墩基础均采用3m超大直径、超长钢管打入斜桩(最长128m，最深入土120m)，基础整体承载能力大、抗冲刷和抗震效果优良。

(7) 该桥梁是连接“泛亚铁路”的重要通道，是孟加拉国最大的基建工程，该国中央银行特别发行以“帕德玛大桥——国家骄傲的象征”为主题的70塔卡和100塔卡纪念钞。

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

2022年1月建成通车的福建省福州市道庆洲大桥位于闽江和乌龙江的交叉口，全线长2268.5m，采用公路和轻轨双层桥面形式，主桥是世界最大跨度的(公轨两用双层桥面)钢桁与混凝土桥面板组合连续梁桥[11] ，如图8，该桥的主要特征有：

图8 福建福州道庆洲大桥

(1) 上层桥面为6车道城市道路，下层桥面为双线轻轨(地铁6号线连接主城区和长乐机场，预留双侧人行和非机动车道)。

(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

2022年6月建成通车的中国黑河至俄罗斯布拉戈维申斯克的黑龙江大桥，全长1284.1m，其中主桥孔跨布置为(84.75+84+5×147+84+84.75)m的6塔组合梁矮塔斜拉桥，主桥中心线与中、俄国界线重合，中方侧有3×66.5m的连续组合梁桥[10]，如图9，是我国首次使用F级耐候钢材的桥梁。该桥的主要特征有：

图9 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。

(2) 桥位极端最低气温-44.5℃，主桥钢梁和桥塔主要受力结构采用Q420qFNH耐候钢，引桥主梁采用Q370qENH耐候钢，其技术指标符合《桥梁用结构钢》(GB/T 714-2015)要求，其中Q420qFNH钢材要求-60℃的冲击韧性指标KV2≥47J(这是我国桥梁用钢材标准中低温韧性要求最严苛的)，耐腐蚀指数I≥6.0，在此基础上制定焊接接头冲击韧性标准。

(3) 该桥成为我国首次使用F级钢材的桥梁，同时也是首次使用F级耐候钢材的桥梁，为今后在极寒地区建造钢桥积累了宝贵经验。

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。

图10 湖南常益长高铁跨石长铁路大桥

2.2 桥梁高性能钢及其焊接接头研究与应用

近年更高级别的高性能钢也逐渐开展了基础研究，为其用于桥梁建设打下基础，参照美国ASTM规范规定的高性能钢(如HPS 50W、HPS 70W、HPS 100W等)，我国现已能制造Q690qNH耐候钢，其强度性能与HPS 100W类似。彭宁琦等人[25] 针对TMCP+T和QT两种工艺的Q690qNH耐候钢开展了防断选材研究，并提出其验收方法，通过开展系列温度夏比冲击试验和系列温度动态撕裂试验对其防断性能进行评估，结果表明，QT工艺的Q690qNH耐候钢横向和厚度方向强度更加均匀，塑性、冲击、动态撕裂、CTOD和断裂韧性性能较好，但TMCP+T工艺的该类D级钢材不符合防断选材要求。周文浩[26] 针对Q690qNH耐候钢不预热的焊接性能进行研究，通过控制热影响区粗晶区的M/A组元控制焊缝韧性，同时合理匹配钢材元素控制热影响区软化，提出了优化Q690qNH耐候钢的不预热焊接技术，保证焊缝性能满足桥梁建设的要求。程鹏等人[27] 通过周期浸润加速腐蚀试验，研究宝钢生产的Q690qENH耐候钢和Q235钢的腐蚀性能，结果表明，Q690qENH耐候钢在腐蚀过程中能够形成更加致密和稳定的锈层，其腐蚀速率比Q235钢低40%。通过对高性能钢制造、焊接和腐蚀性能研究，促进了其推广和应用。张宇和郑凯锋等人[18] 还研究HPS 70W高性能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，腐蚀后的焊接疲劳强度降低18.9%；在公路免涂装焊接钢桥设计中，高性能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。

2.3 桥梁F级耐候钢及其焊接接头研究与应用

用于极寒地区的F级钢也开始应用于我国的桥梁建设，中俄黑河黑龙江大桥采用了Q420qFNH耐候钢，该种钢材是一种新型超低温高性能耐候钢，这是在我国桥梁工程中首次研究应用。卓晓等人[28] 通过腐蚀试验，研究Q420qFNH耐候钢焊接接头的抗腐蚀性能，结果表明，该种钢材焊接接头在模拟海洋大气腐蚀环境中母材、焊材和热影响区的腐蚀均匀，焊接接头具有较好的耐候性。徐向军等人[29] 结合中俄黑河黑龙江大桥的建设，开展力学试验和焊接性能试验，研究和评价了Q420qFNH耐候钢母材、焊材和焊接性能，结果表明，该耐候钢厚度方向性能满足GB/T5313-2010中最高标准Z35级的要求；采用TMCP与回火工艺生产的耐候钢综合力学性能优良，焊接性能和热加工性能优良。田智杰等人[30] 开展了TMCP与回火工艺生产的Q420qFNH耐候钢焊接参数研究，其中，考虑了对接焊缝、熔透角焊缝、坡口角焊缝和T形角焊缝，同时焊接方法包含实芯焊丝气体保护焊、药芯焊丝气体保护焊和埋弧焊，焊接后采用磁粉探伤、焊材成分及其耐大气腐蚀指数计算等评估焊接性能，结果表明，所采用的焊接材料与该耐候钢匹配，且焊接参数合适，钢材焊接性能优良。这些研究应用为我国今后在极寒地区建造桥梁积累了大量的宝贵经验。

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。

世界上第一座3D 打印不锈钢桥阿特堡瓦运河桥在前面试验室测试研究(包括200kN的静载试验)的基础上，2021年7月在荷兰阿姆斯特丹老城的阿特堡瓦运河上安装后投入使用[31] ，如图11。该桥不锈钢由安赛乐米塔尔公司生产，桥长为12.5m，宽6.3m，用钢量4.5t，材料为308 LSi奥氏体不锈钢。项目由Joris Laarman实验室与Arup公司联合设计，荷兰MX3D公司打印。

图11 荷兰阿姆斯特丹阿特堡瓦运河不锈钢桥梁

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。

正交异性钢桥面疲劳裂纹常见于顶板与U肋焊缝、横肋与U肋焊缝和横肋开孔处等，当裂纹贯穿板件时将导致板件局部刚度降低与承载能力下降。钢桥面常见修复方法通常有止裂孔法、补焊法和补强法等[34] 。其中，补强法通常采用焊接或栓接利用盖板对开裂部位进行局部加强，然而焊接残余应力引起的裂纹萌生与栓接预紧力损失导致无法有效阻止裂纹扩展等因素，是其效果不佳的主要原因。粘贴增强板材作为补强法的补充避免了上述影响因素，姜旭和吕志林等采用CFRP涂抹结构胶对开裂部位进行补强，试验结果显示，静载条件下该方法可以有效增强开裂部位局部刚度，加固后CFRP与钢板间具有协同工作能力，循环荷载作用下可以有效延长构件使用寿命，胶结层的脱粘现象是其主要失效模式[35][36] ；姜旭和强旭红还等对铁基形状记忆合金(Fe-SMA)的力学性能和激活回复特性进行了研究，并用Fe-SMA板对正交异性钢桥面疲劳裂纹进行了局部修复，取得了良好的加固效果，并对横隔板疲劳裂纹进行了实桥加固应用，跟踪监测结果验证了Fe-SMA板加固方法的可行性和有效性，如图13所示。

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

对于跨越水上航道的大跨度钢桥而言，典型运营风险是遭受船舶撞击。1957年至2007年，武汉长江大桥被船撞75次，平均每年被撞1.5次。2020年7月7日，江西上饶一采砂船撞击桥墩，致使桥梁梁体塌落；2021年1月5日，江苏南通一船撞上一桥梁桥墩，致使桥面垮塌。Sha等[53] 研究了船舶撞击桥梁上部结构钢主梁的结构效应，讨论了冲击位置和结构强度的影响，提出了一种简单有效的提高钢梁抗碰撞能力的加固方法。Guo等[54] 基于双塔斜拉桥与船舶复杂碰撞系统非线性动力学分析，计算了船体冲击力、塔架和桩基变形以及撞击深度，对大跨度桥梁在局部冲刷和船舶冲击等多种灾害下的安全性进行评估。Wang等[55] 基于桥舰两个方面的设计思想，研究了柔性导向防撞装置对船-桥碰撞平台动力响应和耗能能力的影响，验证了装置在减小码头冲击力和改变船舶航行方向方面的有效性和可靠性。此外，车辆撞击桥梁也是桥梁运营中面临的安全风险之一。2017年4月25日，上海一辆土方车突然失控、撞向外白渡桥钢桁架。2019年5月18日，浙江杭州某人行天桥被一辆超高的平板运输车撞击，导致天桥被整体撞落。Wang等[56] 通过对4座受损钢梁桥进行无损现场测试，研究了损伤对桥梁承载能力、刚度的影响。

4.3 钢桥风致效应分析研究

大跨钢桥的高、长、轻、柔特征使桥梁及桥面行驶车辆对气象环境，尤其是局地阵风的响应更为敏感。抗风设计是大跨钢桥的设计专项之一，在现有设计条件下大跨钢桥抗风安全风险相对较小，但在一些偶然条件下可能会出现特定的小幅振动，从而影响行车舒适性。此外，大跨钢桥在风荷载作用下可能产生振动，缆索也可能在特定的风雨条件下发生振动，导致结构、缆索的损伤。2018年8月，杭州湾跨海大桥上，强台风“云雀”将一辆集装箱卡车吹倒。2020年5月5日，广东虎门悬索桥发生多次涡振，对桥面行驶车辆的安全造成一定威胁。我国也是受特异风致灾害影响最为严重的国家之一，随着全球不断变暖，每年从东南沿海登陆我国的台风频度和强度有持续增强趋势。特异风及其作用效应已远超各国既有规范适用范围，潜在特异风环境对桥梁结构的致灾机理和风险目前仍未探明。国内外学者对此类问题做了相关研究，Xu等[57] 采用香港青马大桥安装的风和结构健康监测系统的现场数据，分析了台风约克作用下桥址处的风特性、桥梁加速度、位移响应以及桥梁在强风作用下列车运行时的动力特性。Xu等[58] 采用分离涡模拟和模态分析法研究了高速列车与类龙卷风涡旋的相互作用，考虑列车运行路径、龙卷风强度、列车速度等，对列车的运行安全性进行评价。

4.4 钢桥地震作用响应分析研究

多年来，国内外地震灾害多有发生，此类灾害及其引发的次生灾害也越来越受到关注，此类问题也有一些研究成果，Li等[59] 提出了一种用于评价钢桥墩超低周疲劳断裂寿命的显微镜损伤指标，基于微观损伤指标对厚壁钢桥墩双向循环加载下超低周疲劳断裂寿命进行了评价。Xie等[60] 考虑潜在损伤区域的局部变形，以一座无铰钢拱桥为例，研究了钢板局部不稳定和焊接接头的超低周疲劳损伤对桥梁结构的影响，分析了钢拱桥地震损伤特征及拱肋钢板厚度对抗震性能的影响。Kang等[61] 提出了一种地震和海啸流对钢桥在地震和大漂浮物冲击下的累积响应的有效评估方法，将来自同一断层运动的地震效应、地震引发的海啸和影响钢桥延性需求的船舶撞击效应进行量化，进行了一系列的地震反应分析、冲击分析和损伤评估。

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

一般情况下钢桥的火灾敏感性、易损性比混凝土桥要高一些。高温下，钢材的强度和弹性模量会显著降低，并引发承载能力不足和变形过大，进而导致桥梁构件和体系失效。桥梁火灾来源一类是桥面车辆自燃或碰撞引发的火灾，另一类是桥下车辆自燃、堆积物燃烧等。2021年10月2日，意大利罗马市一座钢拱桥起火进而导致桥梁局部坍塌；2022年10月8日，俄罗斯克里米亚大桥公路桥车辆爆炸，如图19(其铁路桥、公路桥相邻平行)，公路桥部分孔跨严重受损，铁路桥车辆起火。国内外学者对此类问题做了相关研究，Zhu等[65] 采用拉丁超立方抽样法进行蒙特卡罗模拟，通过累积正态分布函数得到了将两种强度测量与每个损伤级别相关联的二元易损性曲线，评估了由2007年油罐车火灾而倒塌的加利福尼亚州奥克兰麦克阿瑟立交桥的火灾损害。Selamet等[66] 通过试验研究了抗拉强度为1860MPa的平行钢绞线束的大跨悬索桥吊索的防火性能。Cui等[67] 提出了一种考虑中间钢塔附近油轮火灾的三塔悬索桥稳定性能的研究方法，研究结论对钢塔悬索桥的安全评估、管理和维护具有重要的参考价值。

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。

桥梁在主余震作用下的易损性和韧性分析对于灾后桥梁功能评估和恢复有着重要意义，为增强应对相应灾害的迅速反应能力，Gidaris等[69] 提出了一种基于非线性响应时程分析和随机模拟的克里金(Kriging)代理模型。该代理模型考虑了主余震作用间的相关性与结构和震害的随机性，能够用于高效分析桥梁在主震之后的应急修复方案以提升桥梁应对余震的能力。相似地，Soleimani和Hajializadeh[70] 提出了一种集成学习模型，用于高效评估公路桥梁在不同烈度的地震作用下的韧性指标。Pang等[71] 研究了通过记忆合金增强的约束性滑动支座对桥梁抗震韧性的提高能力，并提出了相应的最优参数设计方法。在进行参数最优设计时，Pang等[71] 充分考虑了地震的变异性，并使用了高斯过程回归模型研究了各参数的敏感性。Zhang等[72] 通过试验研究了一种新型节段预制的钢管混凝土桥墩在地震作用下的韧性。受益于特殊设置的能量消耗装置，该桥墩在地震作用下的位移和损伤较传统桥墩有显著降低。Ghasemi和Lee[73] 提出了一种衡量桥梁抗震韧性的指标：即时韧性(Instantaneous Resilience)，该指标综合考虑了桥梁受震前后的可靠度指标和震后的结构冗余程度。与传统韧性评价指标相比，使用该指标时无需开展繁琐的桥梁易损性分析，Ghasemi和Lee[73] 基于一座典型钢梁桥对其进行了说明。Wang等[74] 讨论了AASHTO和欧洲规范中现有的韧性设计准则，指出规范仍应针对灾害性的偶然事件(如钢桥构件疲劳断裂)做出特定的韧性要求。Fang等[75] 总结了近年来在提高钢结构抗震韧性方面的进展，包括使用智能材料，新型构件和结构形式，这对钢桥的韧性设计有一定的启发意义。

除针对单座桥梁的韧性设计外，对桥梁交通网络的韧性设计也愈发成为研究的热点和重点。由于桥梁破坏可能导致显著的交通堵塞、混乱、乃至中断，从而影响局部地区的功能和运行，越来越多的研究者开始从网络层面研究桥梁韧性。Rathore和Garg[76] 总结了多灾害环境下影响桥梁和桥梁网络韧性的因素和机理，包括地震、洪涝、滑坡、台风和海啸等。Capacci等[77] 总结了桥梁结构老化对桥梁网络抗震韧性的影响及相应的分析和应对方法。总体而言，在不同灾害下的单座桥梁韧性评估为桥梁网络韧性分析和优化提供重要基础，而从桥梁网络层面又往往引出了新的研究问题，包括如灾前应急规划[78] 和灾后资源分配等[79] [80] 。

参考文献

[1] 别业山,舒思利,万田保.温州瓯江北口大桥北锚碇设计[J].桥梁建设,2022,52(02):97-103.

[2] 高宗余, 史方华. 温州瓯江北口大桥主桥设计关键技术[J]. 桥梁建设, 2017(01):4-8.

[3] 罗扣,舒思利,万田保,王晓阳.温州瓯江北口大桥中塔结构形式比选[J].桥梁建设,2018,48(01):88-93.

[4] 岳万友,冯子哲,饶克夏,冯爱华,林锐.绿汁江大桥超大倾角隧道锚快速施工技术[J].世界桥梁,2021,49(03):40-45.

[5] 常付平,陈亮,邵长宇,逯东洋.济南凤凰黄河大桥主桥设计[J].桥梁建设,2021,51(05):101-107.

[6] 覃早,李洋,丁建华,王世钊.明月峡长江大桥双壁钢围堰设计施工关键技术[J].中国铁路,2021(12):47-55.DOI:10.19549/j.issn.1001-683x.2021.12.047.

[7] 吴凯,高有德.明月峡长江大桥桥塔施工方案研究[J].世界桥梁,2021,49(05):20-26.

[8] 谢珍,孟庆虎.珠机城际金海大桥主跨合龙[J].世界桥梁,2022,50(05):129.

[9] Wang Yingliang, Reiner Saul, Wide Cable-supported Bridges for Rail-cum-road Traffic, Structural Engineering International[J], 2020,vol.30, No4,552-559.

[10] 刘小林,侯鹏飞.孟加拉帕德玛大桥主桥结构设计[J].世界桥梁,2022,50(04):1-7.

[11] 杨光武，郑亚鹏. 福州道庆洲大桥总体设计及关键技术[J]. 桥梁建设, 2020,50(2): 62-68.

[12] 黄云涌,聂玉东,李昶. 黑河(中国)-布拉戈维申斯克(俄罗斯)黑龙江大桥总体设计[J]. 公路, 2022(07): 354-358.

[13] 石永久, 余香林, 班慧勇, 等. 高性能结构钢材与钢结构体系研究与应用[J]. 建筑结构, 2021, 51(17):145-151+128. DOI:10.19701/j.jzjg.2021.17.021.

[14] 周鲁军, 杨善武. 海洋工程用钢的大气腐蚀与耐候钢的发展[J]. 中国冶金, 2022, 32(08):7-24. DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20220180.

[15] 马燕, 张清华, 柴翔雨, 等. 耐候钢及其焊接节点大气腐蚀经时演化预测方法[J/OL]. 中国公路学报: 1-16 [2023-02-11]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1313.U.20221108.0834.002.html.

[16] 赵而年, 孙洪斌, 张鑫, 等. 高性能桥梁耐候钢典型焊缝接头疲劳性能试验研究[J]. 桥梁建设, 2022, 52(02):75-81.

[17] 宗亮, 张居正, 赵博, 等. 工业海洋大气环境下焊接耐候钢Q355NHD腐蚀后力学性能研究[J]. 中国公路学报, 2022, 35(06):168-179. DOI:10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.06.014.

[18] 张宇, 郑凯锋, 衡俊霖, 等. 耐候钢和高性能钢焊接接头腐蚀疲劳性能研究[J]. 铁道学报, 2022, 44(07):171-178.

[19] 梁健宇, 姚谏, 张玉玲. 免涂装耐候钢腐蚀后的疲劳实验研究[J]. 工业建筑, 2018, 048(011):149-153,174.

[20] Zhang Y , Zheng K , Zhu J , et al. Research on corrosion and fatigue performance of weathering steel and High-Performance steel for bridges[J]. Construction and Building Materials, 289.

[21] Liao X, Huang Y, Qiang B, et al. Corrosion fatigue tests in synthetic seawater with constant temperature liquid circulating system[J]. Int. J. Fatigue, 2020, 135: 105542.

[22] 苏翰, 赵力国, 吴建明, 杜进生. 腐蚀Q345qDNH耐候钢对接焊缝疲劳性能研究. 建筑结构学报, 2021, 42(2): 473-481.

[23] Su H, Wang J, Du J. Fatigue behavior of corroded non-load-carrying bridge weathering steel Q345qDNH fillet welded joints[J]. Structures, 2020, 26: 859-869.

[24] 张宇, 郑凯锋, 胡博. 免涂装耐候钢的腐蚀模型及其桥梁强度和稳定设计方法研究[J/OL]. 铁道标准设计: 1-11[2023-02-11]. https://doi.org/10.13238/j.issn.1004-2954.202112230007.

[25] 彭宁琦, 付贵勤, 周文浩, 等. 高强韧耐候桥梁钢Q690qNH的防断选材及验收方法[J]. 钢铁, 2022, 57(03):97-107. DOI:10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20210583.

[26] 周文浩. 高强韧耐候桥梁钢Q690qNH的不预热焊接试验[J]. 金属材料与冶金工程, 2022, 50(02):59-64.

[27] 程鹏, 刘静, 黄峰, 等. 690 MPa级耐候桥梁钢在模拟工业大气环境下的腐蚀行为研究[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2022, 42(04):563-572.

[28] 卓晓, 李立新, 安同邦, 等.Q420qFNH耐候桥梁钢焊接接头的腐蚀行为研究[J]. 热加工工艺, 2021, 50(15):20-25. DOI:10.14158/j.cnki.1001-3814.20192869.

[29] 徐向军, 田智杰, 高建忠, 等.桥梁用新型超低温高性能Q420qFNH耐候钢焊接试验研究[J]. 金属加工(热加工), 2019(11):8+1-7.

[30] 田智杰, 徐向军, 高建忠, 等. 新型超低温高性能耐候桥梁用钢Q420qFNH钢焊接试验研究[J]. 金属加工(热加工), 2019(06):49-54.

[31] Gardner L, Kyvelou P, Herbert G, Buchanan C. Testing and initial verification of the world's first metal 3D printed bridge. Journal of constructional steel research. 2020 Sep 1;172:106233.

[32] Feng X, Zheng K, Heng J, et al. Fatigue performance of rib-to-deck joints in orthotropic steel deck with PWHT[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2022, 196: 107420.

[33] 张清华, 笪乐天, 李俊, 等. 纵肋与顶板新型双面焊构造细节的疲劳强度问题[J]. 中国公路学报, 2022, 35(08): 162-174. DOI:10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.08.015.

[34] 任翔, 王怡, 余兴, 等. 冻融/干湿环境影响下CFRP板-钢界面黏结性能试验[J]. 中国公路学报, 2022, 35(02):247-258. DOI: 10.19721/j.cnki.1001-7372.2022.02.022.

[35] 吕志林,姜旭,强旭红等.高弹模CFRP粘贴法修复钢桥板疲劳裂纹[J].建筑钢结构进展,2022,24(05):92-100.

[36] 邓扬,刘涛磊,曹宝雅等.钢桥面顶板-U肋焊缝表贴增强板材疲劳加固方法研究[J].中国公路学报,2022,35(02):201-211.

[37] Heng J, Zheng K, Gou C, Zhang Y, Bao Y. Fatigue performance of rib-to-deck joints in orthotropic steel decks with thickened edge U-ribs[J]. Journal of Bridge Engineering, 2017, 22(9): 4017059.

[38] 郑凯锋, 张宇, 衡俊霖, 王亚伟. 高强度耐候钢及其在桥梁中的应用与前景[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2020, 52(3):1-9.

[39] Zhang Y, Zheng K, Heng J*, Zhu J. Corrosion-Fatigue Evaluation of Uncoated Weathering Steel Bridges[J]. Applied Sciences, 2019, 9(17):3461.

[40] Kwon K, Dan M F, Soliman M. Probabilistic Fatigue Life Estimation of Steel Bridges by Using a Bilinear S-N Approach[J]. Journal of Bridge Engineering, 2012, 17(1):58-70.

[41] Guo T, Dan MF, Chen Y. Fatigue reliability assessment of steel bridge details integrating weigh-in-motion data and probabilistic finite element analysis[J]. Computers & Structures, 2012, 112-113(4):245-257.

[42] 鲁乃唯, 刘扬, 邓扬. 随机车流作用下悬索桥钢桥面板疲劳损伤与寿命评估[J]. 中南大学学报自然科学版, 2015, 11:4300-4306.

[43] Heng J, Zheng K, Kaewunruen S, et al. Dynamic Bayesian network-based system-level evaluation on fatigue reliability of orthotropic steel decks[J]. Eng. Fail. Anal., 2019, 105: 1212-1228.

[44] Zhang W, Yuan H. Corrosion fatigue effects on life estimation of deteriorated bridges under vehicle impacts[J]. Engineering Structures, 2014, 71:128-136.

[45] Deng L, Yan W, Nie L. A simple corrosion fatigue design method for bridges considering the coupled corrosion-overloading effect[J]. Engineering Structures, 2019, 178:309-317.

[46] Ye X, Liu T, Ni Y. Probabilistic corrosion fatigue life assessment of a suspension bridge instrumented with long-term structural health monitoring system[J]. Advances in Structural Engineering. 2017, 20(5): 674-681.

[47] Zhu J, Zhang W, Li X. Fatigue damage assessment of orthotropic steel deck using dynamic Bayesian networks[J]. Int. J. Fatigue, 2019, 118: 44-53.

[48] Hu D, Su X, Liu X, et al. Bayesian-based probabilistic fatigue crack growth evaluation combined with machine-learning-assisted GPR[J]. Eng. Fract. Mech., 2020, 229: 106933.

[49] Heng J, Zhou Z, Zou Y, Kaewunruen S. (2021). GPR-assisted evaluation of probabilistic fatigue crack growth in rib-to-deck joints in orthotropic steel decks considering mixed failure models. Engineering Structures.

[50] Heng J, Zheng K, Feng X, et al. Machine learning-assisted probabilistic fatigue assessment of rib-to-deck joints in orthotropic steel decks. Engineering Structures, 265: 114496.

[51] Caredda G, Porcu M C, Buitrago M, et al. Analysing local failure scenarios to assess the robustness of steel truss-type bridges[J]. Engineering Structures, 2022, 262: 114341.

[52] Ji X L, Zhu L, Su R K L, et al. Lateral overturning process and failure mechanism of curved steel-concrete composite box-girder bridges under specific overloading vehicles[C]//Structures. Elsevier, 2022, 35: 638-649.

[53] Sha Y, Amdahl J, Liu K. Design of steel bridge girders against ship forecastle collisions[J]. Engineering structures, 2019, 196: 109277.

[54] Guo X, Zhang C, Chen Z Q. Dynamic performance and damage evaluation of a scoured double-pylon cable-stayed bridge under ship impact[J]. Engineering Structures, 2020, 216: 110772.

[55] Wang F, Chang H J, Ma B H, et al. Flexible guided anti-collision device for bridge pier protection against ship collision: Numerical simulation and ship collision field test[J]. Ocean Engineering, 2023, 271: 113696.

[56] Wang Y, Thrall A P, Baah P, et al. Behavior of steel girder bridges damaged by vehicular collision[J]. Engineering Structures, 2022, 255: 113929.

[57] Xu Y L, Guo W W, Chen J, et al. Dynamic response of suspension bridge to typhoon and trains. I: Field measurement results[J]. Journal of Structural Engineering, 2007, 133(1): 3-11.

[58] Xu R, Wu F, Zhong M, et al. Numerical investigation on the aerodynamics and dynamics of a high-speed train passing through a tornado-like vortex[J]. Journal of Fluids and Structures, 2020, 96: 103042.

[59] Li S, Lin J, Zhuge H, et al. Ultra-low cycle fatigue fracture initiation life evaluation of thick-walled steel bridge piers with microscopic damage index under bidirectional cyclic loading[C]//Structures. Elsevier, 2022, 43: 669-681.

[60] Xie X, Zhuge H, Tang Z, et al. Damage characteristics of thin-walled steel arch bridges subjected to in-plane earthquake action[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2018, 151: 70-82.

[61] Kang L, Magoshi K, Ge H, et al. Accumulative response of large offshore steel bridge under severe earthquake and ship impact due to earthquake-induced tsunami flow[J]. Engineering Structures, 2017, 134: 190-204.

[62] Guo X, Zhang C, Chen Z Q. Experimental and numerical assessment of scoured bridges with protective bonded steel plates against vessel impact[J]. Engineering Structures, 2022, 252: 113628.

[63] Kosi? M, Prendergast L J, An?lin A. Analysis of the response of a roadway bridge under extreme flooding-related events: Scour and debris-loading[J]. Engineering Structures, 2023, 279: 115607.

[64] Sasidharan M, Parlikad A K, Schooling J, et al. A bridge scour risk management approach to deal with uncertain climate future[J]. Transportation Research Part D: Transport and Environment, 2023, 114: 103567.

[65] Zhu Z, Quiel S E, Khorasani N E. Bivariate structural-fire fragility curves for simple-span overpass bridges with composite steel plate girders[J]. Structural Safety, 2023, 100: 102294.

[66] Selamet S, Ozer A Y, Ildan K B. Experimental study on the fire performance of prestressed steel parallel wire strands[J]. Engineering Structures, 2023, 280: 115709.

[67] Cui C, Chen A, Ma R. Stability assessment of a suspension bridge considering the tanker fire nearby steel-pylon[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2020, 172: 106186.

[68] 袁万城, 王思杰, 李怀峰, 等. 桥梁抗震智能与韧性的发展[J]. 中国公路学报, 2021, 34(2): 98.

[69] GIDARIS I, PADGETT J E, MISRA S. Probabilistic fragility and resilience assessment and sensitivity analysis of bridges incorporating aftershock effects[J/OL]. Sustainable and Resilient Infrastructure, 2022, 7(1): 17-39. DOI:10.1080/23789689.2019.1708174.

[70] SOLEIMANI F, HAJIALIZADEH D. Bridge seismic hazard resilience assessment with ensemble machine learning[J/OL]. Structures, 2022, 38: 719-732. DOI:10.1016/j.istruc.2022.02.013.

[71] PANG Y, SUN Y, ZHONG J. Resilience-based performance and design of SMA/sliding bearing isolation system for highway bridges[J/OL]. Bulletin of Earthquake Engineering, 2021, 19(14): 6187-6211. DOI:10.1007/s10518-021-01220-y.

[72] ZHANG D, LI N, LI Z X. Seismic Performance of Precast Segmental Concrete-Filled Steel-Tube Bridge Columns with Internal and External Energy Dissipaters[J/OL]. Journal of Bridge Engineering, 2021, 26(11): 04021085. DOI:10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001792.

[73] HOOMAN GHASEMI S, YUN LEE J. Measuring Instantaneous Resilience of a Highway Bridge Subjected to Earthquake Events[J/OL]. Transportation Research Record, 2021, 2675(9): 1681-1692. DOI:10.1177/03611981211009546.

[74] WANG E, LIU Z, LI M, 等. Implication of bridge resilience design and lessons from negative examples[J/OL]. Advances in Bridge Engineering, 2022, 3(1): 23. DOI:10.1186/s43251-022-00077-8.

[75] FANG C, WANG W, QIU C, 等. Seismic resilient steel structures: A review of research, practice, challenges and opportunities[J/OL]. Journal of Constructional Steel Research, 2022, 191: 107172. DOI:10.1016/j.jcsr.2022.107172.

[76] RATHORE A, GARG R K. Assessing Resilience of Transportation Networks Under Multi-hazards: A Review[C/OL]//PAL I, KOLATHAYAR S. Sustainable Cities and Resilience. Singapore: Springer, 2022: 29-43. DOI:10.1007/978-981-16-5543-2_3.

[77] CAPACCI L, BIONDINI F, FRANGOPOL D M. Resilience of aging structures and infrastructure systems with emphasis on seismic resilience of bridges and road networks: Review[J/OL]. Resilient Cities and Structures, 2022, 1(2): 23-41. DOI:10.1016/j.rcns.2022.05.001.

[78] WU Y, CHEN S. Resilience modeling and pre-hazard mitigation planning of transportation network to support post-earthquake emergency medical response[J/OL]. Reliability Engineering & System Safety, 2023, 230: 108918. DOI:10.1016/j.ress.2022.108918.

[79] WU Y, HOU G, CHEN S. Post-earthquake resilience assessment and long-term restoration prioritization of transportation network[J/OL]. Reliability Engineering & System Safety, 2021, 211: 107612. DOI:10.1016/j.ress.2021.107612.

[80] ZHANG Z, JI T, WEI H H. Dynamic emergency inspection routing and restoration scheduling to enhance the post-earthquake resilience of a highway–bridge network[J/OL]. Reliability Engineering & System Safety, 2022, 220: 108282. DOI:10.1016/j.ress.2021.108282.